2.2. Система технологій теплових електростанцій
На теплових електростанціях (ТЕС) джерелом енергії є органічне паливо, насамперед вугілля, а також пальні сланці, нафтовий мазут, газ. В стадії промислового випробування знаходяться ТЕС, що працюють на значно дешевих від газу пиловугільному та водовугільному видах палива. Система технологій теплоенергетики складається з таких ланок (при роботі на вугіллі).
1. Видобуток вугілля (підземним або відкритим засобом).
2. Збагачення і підготовка до спалювання.
3. Спалювання вугілля й одержання пари високого тиску.
4. Конверсія теплової енергії пари послідовно в механічну енергію турбоелектрогенератора й електричну (в одному блоці турбоелектрогенератора).
Основне устаткування паротурбінних ТЕС:
1) котлоагрегат (паровий котел, пароперегрівник).
2) турбогенератор (парова турбіна, сполучена з електрогенератором).
Теплові електростанції, на яких у ролі приводу електрогенераторів застосовують так звані конденсаційні турбіни, називають конденсаційними електростанціями (КЕС).
Паротурбінні електростанції, що виробляють і відпускають споживачам одночасно 2 види енергії: електричну і тепло (одержуване в результаті часткового використання відпрацьованої пари), називають теплоелектроцентраллю (ТЕЦ).
При спалюванні палива в топці котлоагрегату 1 вода, що надходить до нього по трубах, перетворюється в пару. Під високим тиском пара подається в турбіну 2, де вона, діючи на лопаті ротора турбіни, призводить його до обертового руху. Ротор турбіни механічно пов’язаний із ротором електрогенератора 3, у трифазній статорній обмотці якого при обертанні виробляється електроенергія.
Пара, що відпрацювала в турбіні, подається трубопроводом в конденсатор 4, що є частиною турбоагрегату. Конденсатор являє собою теплообмінник для здійснення переходу води з пароподібного стану в рідке. Конденсація пари відбувається в результаті потрапляння пари в паропровід теплообмінника з більш низькою температурою, ніж температура насичення пари при даному тиску. Конденсація пари супроводжується виділенням тепла, яке відводиться від гарячого паропроводу за допомогою охолодженої води, що циркулює за допомогою циркуляційного насоса 5 через теплообмінник 4 і градирню 6.
Градирня – пустотіла споруда для охолодження води атмосферним повітрям. Насос 7 подає воду усередину градирні, де вона розбризкується у виді фонтана. Охолодження відбувається в основному за рахунок випару води наскрізним повітряним потоком, що рухається знизу вгору.
На рис. 2.1 зображено спрощену технологічну систему ТЕС. Реальні агрегати конструктивно значно складніші.
u
Рис.2.1. Технологічна схема конденсаційної ТЕС:
1 – котлоагрегат, 2 – турбіна, 3 – електрогенератор,
4 – конденсатор, 5 – циркуляційний насос, 6 – градирня,
7 – насос градирні, 8 – конденсаційний насос 1-го ступеню,
9 – знесолююча установка; 10 – конденсаційний насос 2-го ступеню, 11 – підігрівник низького тиску;12 – деаератор;
13 – бустерний живильний насос; 14 – живильний насос;
15 – підігрівник високого тиску.
Перетворенню пари у воду, крім охолодження, сприяє вакуум, утворюваний у паропроводі теплообмінника конденсаційними насосами 1-го і 2-го ступенів (8 і 10). Далі вода через знесолюючу установку 9, підігрівники низького і високого тисків 11, 15 і деаератор 12 за допомогою бустерного 13 і живильного 14 насосів спрямовується в котлоагрегат для повторного використання.
Деаератор являє собою апарат для видалення з води розчинених у ній кисню і диоксиду вуглецю, що викликають корозію труб та іншого устаткування. За принципом дії деаератори бувають термічні, хімічні та інші.
Бустерний насос – це вакуумний насос, установлений між конденсаційними насосами з метою приведення у відповідність різних рівнів їхнього випускного тиску.
Таким чином утворюється замкнений пароводяний тракт: котлоагрегат – парова турбіна – конденсатор-котлоагрегат.
Підвищення тиску і температури пари перед турбінами і зниження кінцевої температури і тиску відпрацьованої пари збільшує коефіцієнт корисної дії (ККД) конденсаційної електростанції. При роботі КЕС практично вся енергія, надана парі при спалюванні палива, перетвориться в електричну. Частина виробленої електроенергії витрачається на забезпечення власних потреб електростанції (робота допоміжного устаткування, освітлення, вентиляція й ін.). Загальний ККД сучасних КЕС досягає 35-42%. Зазвичай КЕС працюють на місцевих твердих паливах, мазуті та природному газі.
Конденсаційні електростанції є основним типом потужних теплових електростанцій.
Теплові конденсаційні електростанції часто називають ДРЕС, тобто державні районні електростанції. Але зараз ця назва застаріла і не відповідає дійсності. Раніш, коли не було енергосистем, кожна ТЕС забезпечувала споживачів у межах того району, де сама розміщувалась. В даний час за наявності єдиних енергосистем країни слово “районна” втратило сенс.
ТЕЦ обладнують переважно теплофікаційними турбінами, тобто турбінами без конденсатора. В таких турбінах тиск на виході останнього ступеню вище атмосферного. Пара, що відпрацювала в турбіні, або подається в теплофікаційну мережу, або направляється в спеціальні водонагрівники, де віддає тепло воді, що йде на обігрівання житла, забезпечення комунально-побутових потреб у гарячій воді і технологічних потреб промислових підприємств.
Комбіноване виробництво електроенергії і тепла сприяє ефективнішому використанню палива в порівнянні з роздільним виробітком електроенергії на КЕС і тепла в місцевих котельнях. Крім того, місцеві котельні не завжди раціонально використовують паливо, забруднюють атмосферу викидами продуктів згорання і тим самим погіршують навколишнє середовище населених пунктів. Такі міста як Київ і Харків для тепло- і електропостачання використовують декілька ТЕЦ.
Приклад. Щоб усвідомити екологічну проблему ТЕС, варто проаналізувати кількісні характеристики відходів у ланцюзі потоку енергії від видобутку вугілля до одержання електроенергії.
Але розрахунки зручніше робити, задаючись потужністю електрогенератора і по черзі переходити до попередньої стадії конверсії.
Тому, якщо потужність достатньо великого турбогенератора складає 1000 МДж/с, коефіцієнт корисної дії конверсії механічної енергії парової турбіни в електричну – 0.95, а енергії пари в механічну – 0.37, то коефіцієнт конверсії хімічної енергії вугілля в теплову енергію пари і далі в електричну буде дорівнювати добуткові:
η = 0,95 × 0,37 = 0,36.
Якщо питома теплота горіння якісного кам’яного вугілля становить біля 28 МДж/кг, то щомиті потрібно спалювати
P
q = ,
η · Q
де P – потужність турбогенератора, МДж;
η – коефіцієнт корисної дії;
Q – питома теплота горіння, МДж/с;
1000 МДж
q = = 98,2 кг .
0,36 × 28 МДж × кг-1
Тобто 98,2 кг вугілля, що спалюється за 1с, еквівалентні 1000 МДж, тобто потужності у 1000 МВт.
На ТЕС сумарні річні викиди шкідливих речовин, в які входять оксиди сірки, азоту, вуглецю, альдегіди і пилюка золи на 1000 МВт встановленої потужності складають орієнтовно від 1300т на газових до 165000т на пиловугільних.
Впровадження в експлуатацію на Старобешевській ТЕС котла з циркуляційним киплячим спалюванням пиловугільного палива позволило вдвоє знизити собівартість електроенергії, питомі викиди золи – в 20 раз, SO2 – в 11 раз, окислів азоту – в 3,3 рази, виключити викиди CO.
У атмосфері оксиди сірки й азоту утворюють із парами води відповідні кислоти, що згубно діють на рослинність і фауну водойм. Крім того великий питомий (на одиницю виробленої електроенергії) викид радіоактивних речовин дає ТЕС, що працює на вугіллі. У вугіллі завжди містяться природні радіоактивні речовини, при спалюванні вугілля вони практично повністю потрапляю у навколишнє середовище.
- Міністерство освіти і науки україни
- 1.1. Поняття про технологію
- 1.2. Поняття про виробничий і технологічний процеси
- 1.3. Економічна оцінка технологічного процесу
- 1.4. Типи виробництв і їх основні технологічні ознаки
- 1.5.1. Визначення сировини і її класифікація
- 1.5.2. Збагачення сировини
- Сепаратора
- 1.5.3. Види і основні характеристики палива
- 1.5.4. Основні джерела і характеристики води
- 1.5.5. Класифікація вод
- 1.5.6. Очищення і знезараження води
- 1.5.7. Повітря у технологічних процесах
- Склад повітря і його властивості
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- 2.1. Основні види і джерела енергії
- 2.2. Система технологій теплових електростанцій
- 2.3. Система технологій гес
- 2.4. Система технологій аес і проблеми
- 2.5. Біохімічні джерела енергії
- 2.6. Екологічно чисті нетрадиційні системи
- Основні поняття
- Геотермальна енергетика Питання для обговорення
- 3.1. Визначення видобувної промисловості
- 3.2. Різновиди природних ресурсів і способи експлуатації
- 3.3. Видобувні підприємства та їхні відмінні риси
- 3.4. Технологічний і життєвий цикли
- 3.5. Гірничогеологічні умови розробки
- 3.6.1. Викопне вугілля, його марки і властивості
- 3.6.2. Засоби видобутку вугілля
- 3.6.3. Технологія очисних робіт
- 3.6.4. Комплексна механізація видобутку вугілля
- 3.6.5. Допоміжні технологічні процеси
- 3.6.6. Використання вугілля
- 3.7.1. Особливості нафти та її використання
- 3.7.2. Умови залягання нафти і буріння свердловин
- 3.7.3. Підняття нафти на поверхню
- 3.7.4. Збереження і транспортування нафти і
- 3.7.5. Технологія видобутку газу
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- 4.1. Поняття про металургійний завод і комбінат
- 4.2. Вихідні матеріали для виплавки чавуну
- 4.3. Технологія виплавки чавуну
- 4.4. Матеріальний баланс доменної плавки
- 4.5. Продукція доменного виробництва
- 4.6. Технологія виробництва сталі
- 4.7. Прокатне виробництво
- 4.8. Кольорова металургія
- 4.9. Технологія порошкової металургії
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- Заліковий модуль 2 Технології ведучих галузей народного господарства
- 5.1. Поняття про технологію машинобудування
- 5.2. Ливарне виробництво
- 5.3. Ковальсько-штампувальне виробництво
- 5.4. Обробка металів різанням
- 5.5. Маловідхідні фізико-хімічні методи обробки металів
- 5.6. Підготовка виробцтва продукції.
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- Змістовий модуль 6. Система технологій в хімічній промисловості
- 6.1.Технологія коксохімічного виробництва
- Вихід продуктів із 1 т шихти, %, на Авдіївському коксохімічному заводі
- 6.2. Технологія переробки нафти
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- 7.1. Властивості будівельних матеріалів
- 7.2. Виробництво цементу і його різновиди
- 7.3. Виробництво гіпсу і вапна
- 7.4. Виробництво безвипальних кам’яних матеріалів
- 7.5. Виробництво бетону, залізобетону і виробів з них
- 7.6. Класифікація будинків і споруд та
- 7.7. Загальні принципи організації будівництва
- 7.8. Сучасні методи виконання основних
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- Змістовий модуль 8. Система технологій в харчовій промисловості
- 8.1. Технологія виробництва цукру
- 8.2. Технологія виробництва кефіру
- 8.3. Технологія виробництва борошна
- 8.4. Технологія виробництва рослинної олії
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- Змістовий модуль 9. Нанотехнології
- 9.1. Поняття про нанотехнології та наноматеріали
- 9.2. Напрямки розвитку нанотехнологій
- 9.3. Використання нанотехнологій в машинобудуванні
- 9.4. Перспективи розвитку нанотехнологій в машинобудуванні
- Основні поняття
- Питання для обговорення
- Література
- Системи технологій
- 83015, М. Донецьк-15, вул. Челюскінців, 163а