Procesul tehnologic de transformare a materiei prime (combustibil) în produsul final (electricitate) se reflectă în schemele tehnologice ale centralelor electrice.

Schema tehnologică a centralei termice care funcționează pe cărbune , prezentat în figura 3.4. Este un set complex de căi și sisteme interconectate: sistem de pregătire a prafului; sistem de alimentare cu combustibil și aprindere (calea combustibilului); sistem de îndepărtare a zgurii și a cenușii; cale gaz-aer; un sistem de trasee abur-apă, inclusiv un cazan abur-apă și o instalație de turbină; un sistem de pregătire și furnizare de apă suplimentară pentru a completa pierderile de apă de alimentare; sistem tehnic de alimentare cu apă care asigură răcirea cu abur; sistem de instalatii de incalzire a apei din retea; sistem de alimentare electrică, inclusiv un generator sincron, un transformator de creștere, un aparat de comutare de înaltă tensiune etc.

Mai jos este o scurtă descriere a principalelor sisteme și tracturi ale schemei tehnologice TPP folosind exemplul unei CHP pe cărbune.

Orez. 3.3. Schema tehnologică a centralei pe cărbune pulverizat

1. Sistem de preparare a prafului. calea combustibilului. Livrarea combustibilului solid se face pe calea ferată în vagoane speciale de tip gondolă 1 (A se vedea figura 3.4). Vagoane de telegondolă cu cărbune sunt cântărite pe cântarul feroviar. Iarna, telegondolele cu cărbune sunt trecute printr-o seră de dezghețare, în care pereții telegondolei sunt încălzite cu aer încălzit. În continuare, telegondola este împinsă în dispozitivul de descărcare - autobasculant 2 , în care se rotește în jurul axei longitudinale la un unghi de aproximativ 180 0 ; cărbunele este aruncat pe grătarele care acoperă buncărele de primire. Cărbunele din buncăre este alimentat prin alimentatoare către transportor 4 , prin care intră fie în depozitul de cărbuni 3 , sau prin departamentul de zdrobire 5 în cazanul de buncăr de cărbune brut 6 , care poate fi livrat și dintr-un depozit de cărbune.

Din instalația de concasare, combustibilul intră în buncărul de cărbune brut 6 , iar de acolo prin alimentatoare până la morile de cărbune pulverizat 7 . Praful de cărbune este transportat pneumatic prin separator 8 si ciclon 9 la buncărul de praf de cărbune 10 , iar de acolo alimentatoare 11 furnizate arzatoarelor. Aerul de la ciclon este aspirat de ventilatorul morii 12 și alimentat în camera de ardere a cazanului 13 .

Întreaga cale de combustibil, împreună cu depozitul de cărbune, aparține sistemului de alimentare cu combustibil, care este întreținut de personalul departamentului de combustibil și transport al TPP.

Cazanele pe cărbune pulverizate au în mod necesar și un combustibil de pornire, de obicei păcură. Păcurul este livrat în rezervoare de cale ferată, în care este încălzit cu abur înainte de descărcare. Cu ajutorul pompelor de prima și a doua creștere, este alimentat la duzele de ulei. Combustibilul de pornire poate fi și gaz natural care vine de la conducta de gaz prin stația de control al gazului până la arzătoarele cu gaz.

La centralele termice care ard combustibil petrol-gaz, economia de combustibil este mult simplificată în comparație cu centralele termice pe cărbune pulverizat. Depozitul de cărbune, departamentul de zdrobire, sistemul de transport, cărbunele brut și buncărele de praf, precum și sistemele de colectare și îndepărtare a cenușii devin inutile.

2. Calea gazelor. Sistem de îndepărtare a cenușii. Aerul necesar arderii este furnizat la sursa de aer

boilere de încălzire cu abur cu ventilator de tiraj 14 . Aerul este preluat de obicei din partea superioară a cazanelor și (pentru cazanele cu abur de mare capacitate) din exteriorul cazanului.

Gazele formate în timpul arderii în camera de ardere, după părăsirea acesteia, trec secvențial prin conductele de gaz ale centralei cazanului, unde în supraîncălzitor (primar și secundar, dacă se realizează ciclul cu reîncălzirea aburului) și economizorul de apă, ele degajă căldură fluidului de lucru, iar aeroterma celui alimentat aerului cazanului cu abur. Apoi în colectoare de cenușă (precipitatoare electrostatice) 15 gazele sunt curățate de cenușa zburătoare și prin coș 17 aspiratoare de fum 16 sunt eliberate în atmosferă.

Zgura și cenușa care cad sub camera de ardere, încălzitorul de aer și colectoarele de cenușă sunt spălate cu apă și introduse prin canale către pompele de bager 33 care le pompează la haldele de cenuşă.

3. Calea aburului. Abur supraîncălzit dintr-un cazan de abur într-un supraîncălzitor 13 prin conducte de abur și un sistem de duze intră în turbină 22 .

Condens din condensator 23 turbinele sunt alimentate de pompe de condens 24 prin încălzitoare regenerative de joasă presiune 18 la dezaerator 20 în care se aduce apa la fiert; in acelasi timp, se elibereaza din gazele agresive O 2 si CO 2 dizolvate in el, ceea ce previne coroziunea pe traiectoria abur-apa. Apa este furnizată de la dezaerator prin pompe de alimentare. 21 prin încălzitoare de înaltă presiune 19 în economizorul cazanului, asigurând preîncălzirea apei și crescând semnificativ eficiența TPP.

Calea abur-apă a unui TPP este cea mai complexă și responsabilă, deoarece această cale are cele mai ridicate temperaturi ale metalelor și cele mai mari presiuni ale aburului și apei.

Pentru a asigura funcționarea căii abur-apă, un sistem de pregătire și alimentare cu apă suplimentară pentru a completa pierderile de fluid de lucru, precum și un sistem de alimentare tehnică cu apă a TPP pentru alimentarea cu apă de răcire a condensatorului turbinei sunt necesare.

4. Sistem suplimentar de preparare și alimentare cu apă. Apa suplimentara se obtine in urma tratarii chimice a apei brute, efectuata in filtre speciale schimbătoare de ioni pentru tratarea chimică a apei.

Pierderile de abur și condens din cauza scurgerilor pe calea abur-apă sunt completate în această schemă cu apă demineralizată chimic, care este furnizată din rezervorul de apă demineralizată printr-o pompă de transfer la conducta de condens din spatele condensatorului turbinei.

Dispozitivele pentru tratarea chimică a apei de completare sunt amplasate în uzina chimică 28 (atelier de tratare chimică a apei).

5. Sistem de racire cu abur. Apa de răcire este furnizată condensatorului de la puțul de alimentare cu apă 26 pompe de circulatie 25 . Apa de răcire încălzită în condensator este evacuată într-un puț de colectare 27 aceeași sursă de apă la o oarecare distanță de locul de admisie, suficientă pentru ca apa încălzită să nu se amestece cu admisia.

În multe scheme tehnologice ale centralelor termice, apa de răcire este pompată prin tuburile condensatorului prin pompe de circulație. 25 iar apoi intră în turnul de răcire (turnul de răcire), unde, din cauza evaporării, apa este răcită prin aceeași scădere de temperatură la care a fost încălzită în condensator. Sistemul de alimentare cu apă cu turnuri de răcire este utilizat în principal în centralele termice. IES folosește un sistem de alimentare cu apă cu iazuri de răcire. La răcirea prin evaporare a apei, vaporii sunt aproximativ egali cu cantitatea de abur care se condensează în condensatoarele turbinelor. Prin urmare, este necesară completarea sistemelor de alimentare cu apă, de obicei cu apă dintr-un râu.

6. Sistem de instalatii de incalzire a apei din retea. Schemele pot include o centrală de încălzire în rețea mică pentru încălzirea centralei electrice și a satului adiacent. La încălzitoarele de rețea 29 a acestei unitati, aburul provine de la extractiile turbinei, condensul este evacuat prin conducta 31 . Apa din rețea este furnizată încălzitorului și îndepărtată din acesta prin conducte 30 .

7. Sistem electric de alimentare. Un generator electric rotit de o turbină cu abur generează un curent electric alternativ, care trece printr-un transformator crescător către barele colectoare ale unui tablou deschis (OSG) al unei centrale termice. De asemenea, magistralele sistemului auxiliar sunt conectate la ieșirile generatorului prin transformatorul auxiliar. Astfel, consumatorii de nevoile auxiliare ale unității de putere (motoare electrice ale unităților auxiliare - pompe, ventilatoare, mori etc.) sunt alimentați de la generatorul unității de putere. Pentru alimentarea cu energie electrică a motoarelor electrice, dispozitivelor de iluminat și dispozitivelor centralei electrice, există un tablou electric de nevoi proprii 32 .

În cazuri speciale (urgențe, descărcare de sarcină, porniri și opriri), puterea auxiliară este furnizată prin transformatorul redundant al magistralei de distribuție de exterior. Alimentarea de încredere a motoarelor electrice ale unităților auxiliare asigură fiabilitatea funcționării unităților de putere și a centralelor termice în ansamblu. Încălcarea alimentării cu energie a nevoilor proprii duce la defecțiuni și accidente.

Diferența fundamentală dintre schema tehnologică a unei centrale electrice cu turbină cu gaz (GTP) și cea a unei turbine cu abur este că într-un GTP energia chimică a combustibilului este transformată în energie mecanică într-o unitate - o turbină cu gaz, ca urmare a căreia nu este nevoie de un cazan de abur.

Instalația de turbină cu gaz (Fig. 3.5) este formată dintr-o cameră de ardere CS, o turbină cu gaz GT, un compresor de aer K și un generator electric G. Compresorul K aspiră aer atmosferic, îl comprimă la o medie de 6–10 kg/cm 2 și îl livrează în camera de ardere CS. Combustibilul (de exemplu, ulei solar, gaz natural sau industrial) intră și el în camera de ardere, care arde în aer comprimat.

Orez. 3.4. Diagrama de flux simplificată a unei turbine cu gaz

centrale electrice pe combustibil lichid sau gazos: Т – combustibil; IN -

aer; CS - camera de ardere; GT - turbină cu gaz; K - compresor de aer; G - generator electric
Gazele fierbinți cu o temperatură de 600–800 °C din camera de ardere intră în turbina cu gaz GT. Trecând prin turbină, ele se extind la presiunea atmosferică și, mișcându-se cu viteză mare între pale, rotesc arborele turbinei. Gazele de evacuare sunt eliberate în atmosferă prin conducta de evacuare. O parte semnificativă din puterea turbinei cu gaz este cheltuită pentru rotația compresorului și a altor dispozitive auxiliare.

Principalele avantaje ale instalațiilor cu turbine cu gaz în comparație cu turbinele cu abur sunt:

1) lipsa centralei de cazane și epurare chimică a apei;

2) o nevoie semnificativ mai redusă de apă de răcire, ceea ce face posibilă utilizarea turbinelor cu gaz în zone cu resurse de apă limitate;

3) un număr semnificativ mai mic de personal operațional;

4) pornire rapidă;

5) costul mai mic al energiei electrice generate.
3.1.3. Diagrame de amplasare TPP
TPP-urile în funcție de tipul (structura) schemei termice sunt împărțite în bloc și non-bloc.

Cu o diagramă bloc toate echipamentele principale si auxiliare ale instalatiei nu au legaturi tehnologice cu echipamentele altei instalatii a centralei electrice. La centralele pe combustibili fosili, aburul este furnizat fiecărei turbine numai de la una sau două cazane conectate la aceasta. O instalație de turbină cu abur, a cărei turbină este alimentată cu abur dintr-un singur cazan cu abur, se numește monobloc, în prezența a două cazane pentru o turbină - bloc dublu.

Cu o schemă non-blocare Aburul TPP de la toate cazanele cu abur intră pe linia comună și numai de acolo este distribuit către turbinele individuale. În unele cazuri, este posibil să direcționați aburul direct de la cazanele cu abur către turbine, totuși, linia comună de legătură este păstrată, astfel încât aburul de la toate cazanele poate fi întotdeauna utilizat pentru a alimenta orice turbină. Liniile prin care se alimentează cu apă cazanele de abur (conductele de alimentare) sunt, de asemenea, reticulate.

TPP-urile bloc sunt mai ieftine decât cele non-bloc, deoarece schema de conducte este simplificată, numărul de fitinguri este redus. Este mai ușor să gestionați unitățile individuale la o astfel de stație; instalațiile de tip bloc sunt mai ușor de automatizat. În funcționare, funcționarea unui bloc nu se reflectă în blocurile învecinate. Când centrala este extinsă, unitatea ulterioară poate avea o capacitate diferită și poate funcționa pe parametri noi. Acest lucru face posibilă instalarea unor echipamente mai puternice cu parametri mai mari la stația extensibilă, de ex. vă permite să îmbunătățiți echipamentele și să îmbunătățiți performanța tehnică și economică a centralei electrice. Procesele de instalare a echipamentelor noi nu afectează funcționarea unităților instalate anterior. Cu toate acestea, pentru funcționarea normală a TPP-urilor bloc, fiabilitatea echipamentelor lor ar trebui să fie mult mai mare decât la cele non-bloc. În blocuri nu există cazane de abur de rezervă; dacă productivitatea posibilă a cazanului este mai mare decât debitul necesar pentru o anumită turbină, o parte din abur (așa-numita rezervă ascunsă, care este utilizată pe scară largă la TPP-uri non-unitare) nu poate fi transferată aici într-o altă instalație. Pentru instalațiile cu turbine cu abur cu reîncălzire a aburului, schema bloc este practic singura posibilă, deoarece schema non-bloc a stației în acest caz va fi prea complicată.

În țara noastră, centralele cu turbine cu abur ale centralelor termice fără extracție controlată a aburului cu presiune inițială P 0 ≤8,8 MPa si instalatii cu extractii controlate la P 0 ≤12,7 MPa, care funcționează în cicluri fără supraîncălzire intermediară a aburului, sunt construite non-bloc. La presiuni mai mari (la IES la P 0 ≥12,7 MPa, iar la CHP cu P 0 \u003d 23,5 MPa), toate turbinele cu abur funcționează în cicluri cu reîncălzire, iar stațiile cu astfel de instalații sunt construite în blocuri.

Clădirea principală (cladirea principală) adăpostește echipamentele principale și auxiliare utilizate direct în procesul tehnologic al centralei electrice. Se numește aranjarea reciprocă a echipamentelor și a structurilor clădirii amenajarea clădirii principale a centralei electrice.

Clădirea principală a unei centrale electrice constă, de obicei, dintr-o cameră de mașini, o cameră de cazane (cu un buncăr pentru combustibili solizi) sau o cameră de reactoare la o centrală nucleară și o cameră de dezaerator. În sala mașinilor, împreună cu echipamentele principale (în primul rând turbine), există: pompe de condens, încălzitoare regenerative de joasă și înaltă presiune, unități de pompare de alimentare, evaporatoare, convertoare de abur, încălzitoare de rețea (la CHP), încălzitoare auxiliare și alte tipuri de căldură. schimbătoare.

Într-un climat cald (de exemplu, în Caucaz, Asia Centrală etc.), în absența unor precipitații semnificative, furtuni de praf etc. la CPP-uri, în special cele de motorină, se folosește o dispunere deschisă a echipamentelor. În același timp, deasupra cazanelor sunt amenajate șoproaie, turbinele sunt protejate de adăposturi luminoase; Echipamentele auxiliare ale instalației de turbine sunt amplasate într-o cameră de condensare închisă. Capacitatea cubică specifică a clădirii principale a IES cu aspect deschis este redusă la 0,2–0,3 m 3 /kW, ceea ce reduce costul construcției IES. Macarale rulante și alte mecanisme de ridicare sunt instalate în incinta centralei electrice pentru instalarea și repararea echipamentelor electrice.

Pe fig. 3.6. este dată schema de amplasare a unității de putere a unei centrale electrice pe cărbune pulverizat: I - încăpere pentru generatoare de abur; II - camera mașinilor, III - stație de pompare a apei de răcire; 1 - dispozitiv de descărcare; 2 – instalatie de concasare; 3 – economizor de apă și încălzitor de aer; 4 – supraîncălzitoare; 5 , 6 – camera de ardere; 7 – arzătoare de cărbune pulverizat; 8 - generator de aburi; 9 - ventilator moara; 10 – buncăr de praf de cărbune; 11 – alimentatoare de praf; 12 – reîncălzirea conductelor de abur; 13 - dezaerator; 14 - turbină cu abur; 15 - generator electric; 16 – transformator electric de creștere; 17 - condensator; 18 – conducte de alimentare și evacuare a apei de răcire; 19 – pompe de condens; 20 – HDPE regenerativ; 21 - pompe de alimentare; 22 – HPH regenerativă; 23 – ventilator; 24 - colector de cenusa; 25 – canale de spălare a zgurii și cenușii; EE– energie electrică de înaltă tensiune.

Pe fig. 3.7 prezintă o diagramă simplificată a unei centrale electrice cu motorină cu o capacitate de 2400 MW, indicând amplasarea doar a echipamentului principal și a unei părți din echipamentul auxiliar, precum și dimensiunile structurilor (m): 1 – camera cazanelor; 2 – compartiment turbine; 3 - compartiment condensator; 4 - camera generatoarelor; 5 - compartiment dezaerator; 6 – ventilator; 7 – aeroterme regenerative; 8 – aparate de comutare de nevoi proprii (RUSN); 9 - șemineu.

Orez. 3.7. Aspectul clădirii principale a petrolului și gazelor

centrale electrice cu o capacitate de 2400 MW
Echipamentul principal al IES (cazane și unități cu turbine) este situat în clădirea principală, cazane și instalație de pulverizare (la IES, arderea, de exemplu, cărbunele sub formă de praf) - în camera cazanelor, unitățile cu turbine și auxiliarele acestora. echipamente - în sala de turbine a centralei electrice. La IES este instalat în principal un cazan pe turbină. Un cazan cu o unitate de turbină și echipamentele lor auxiliare formează o parte separată - un monobloc al unei centrale electrice.

Turbinele cu o capacitate de 150–1200 MW necesită cazane cu o capacitate de 500–3600 m 3 /h de abur, respectiv. Anterior, la centrala raionului de stat erau folosite două cazane per turbină, adică. blocuri duble . La CPP-urile fără supraîncălzire intermediară a aburului cu turbine cu o capacitate de 100 MW sau mai puțin, s-a folosit o schemă centralizată nebloc, în care aburul de la cazane este deviat către o linie comună de abur, iar din acesta este distribuit între turbine. .

Dimensiunile clădirii principale depind de puterea echipamentului amplasat în ea: lungimea unui bloc este de 30–100 m, lățimea este de 70–100 m. Înălțimea camerei mașinilor este de aproximativ 30 m, camera cazanelor. este de 50 m sau mai mult. Eficiența costurilor amenajării clădirii principale este estimată aproximativ prin capacitatea cubică specifică, care este egală cu aproximativ 0,7–0,8 m 3 /kW la o centrală electrică pe cărbune pulverizat. , iar pe motorină - aproximativ 0,6–0,7 m 3 / kW. O parte din echipamentele auxiliare ale camerei cazanelor (aspiratoare de fum, suflante, colectoare de cenusa, cicloane de praf si separatoare de praf ale sistemului de preparare a prafului) este adesea instalata in exteriorul cladirii, in aer liber.

IES sunt construite direct la sursele de alimentare cu apă (râu, lac, mare); adesea se creează un rezervor (iaz) lângă IES. Pe teritoriul IES, pe lângă clădirea principală, există dotări și dispozitive pentru alimentarea tehnică cu apă și tratarea chimică a apei, instalații pentru combustibili, transformatoare electrice, tablouri, laboratoare și ateliere, depozite de materiale, spații de birouri pentru personalul care deservește IES. . Combustibilul este de obicei furnizat pe teritoriul IES cu trenuri. Cenușa și zgura din camera de ardere și colectoarele de cenușă sunt îndepărtate hidraulic. Pe teritoriul IES se construiesc căi ferate și drumuri, se construiesc concluzii linii de înaltă tensiune, Teren de inginerie și comunicații subterane. Suprafața teritoriului ocupată de instalațiile IES este, în funcție de capacitatea centralei, tipul de combustibil și alte condiții, 25–70 ha. .

IES-urile mari pe cărbune pulverizat din Rusia sunt ocupate la o rată de 1 persoană pentru fiecare 3 MW de capacitate (aproximativ 1.000 de oameni la un CPP de 3.000 MW); in plus, este nevoie de personal de intretinere.

Capacitatea IES depinde de resursele de apă și combustibil, precum și de cerințele de protecție a naturii: asigurarea curățeniei normale a bazinelor de aer și apă. Emisiile cu produse de ardere a combustibilului sub formă de particule solide în aer în zona de funcționare a IES sunt limitate de instalarea unor colectoare de cenușă avansate (filtre electrice cu o eficiență de aproximativ 99%). Impuritățile rămase, oxizi de sulf și azot, sunt dispersate cu ajutorul coșurilor de fum înalte, care sunt construite pentru a îndepărta impuritățile dăunătoare în straturile superioare ale atmosferei. Coșurile de fum cu o înălțime de până la 300 m sau mai mult sunt construite din beton armat sau cu 3-4 puțuri metalice în interiorul unei carcase de beton armat sau a unui cadru metalic comun.

Gestionarea a numeroase echipamente diverse IES este posibilă numai pe baza unei automatizări complexe a proceselor de producție. Turbinele moderne cu condensare sunt complet automatizate. În unitatea cazanului este automatizat controlul proceselor de ardere a combustibilului, alimentarea centralei cu apă, menținerea temperaturii de supraîncălzire a aburului etc. Alte procese ale IES sunt, de asemenea, automatizate: menținerea modurilor de funcționare stabilite, pornirea și oprirea unităților, protecția echipamentelor în timpul modurilor anormale și de urgență.
3.1.4. Echipamentul principal al TPP
La echipamentul principal al TPP includ cazane de abur (generatoare de abur), turbine, generatoare sincrone, transformatoare.

Toate unitățile listate sunt standardizate conform indicatorilor relevanți. Alegerea echipamentului este determinată în primul rând de tipul centralei electrice și capacitatea acesteia. Aproape toate centralele nou proiectate sunt de tip bloc, principala lor caracteristică este capacitatea turbinelor.

În prezent, sunt produse unități de putere de condensare domestice în serie ale TPP-urilor cu o capacitate de 200, 300, 500, 800 și 1200 MW. Pentru CHP, împreună cu unitățile cu o capacitate de 250 MW, sunt utilizate unități cu turbine cu o capacitate de 50, 100 și 175 MW, în care principiul blocului este combinat cu legăturile individuale ale echipamentelor.

Având în vedere puterea centralei, gama de echipamente incluse în unitățile de putere este selectată în funcție de puterea acesteia, parametrii de abur și tipul de combustibil utilizat.
3.1.4.1. cazane cu abur
fierbător cu aburi(PC) – schimbător de căldură pentru producerea de abur cu o presiune care depășește presiunea atmosferică, formând împreună cu echipamente auxiliare unitatea cazanului.

Caracteristicile PC-ului sunt:

capacitatea de abur;
parametrii de funcționare a aburului (temperatura și presiunea) după supraîncălzitoarele primare și intermediare;
suprafata de incalzire, de ex. suprafata, pe de o parte spalata de gazele de ardere, iar pe de alta - de apa de alimentare;
eficienta, adica raportul dintre cantitatea de căldură conținută în abur și puterea calorică a combustibilului utilizat pentru producerea acestui abur.

Debitul de abur pentru turbină este de obicei stabilit pentru funcționarea de iarnă a centralei electrice. Performanța cazanului de abur trebuie selectată ținând cont de creșterea debitului de abur către turbină din cauza creșterii presiunii în condensator în timpul verii, a scurgerilor de abur și de condens, a includerii instalațiilor de rețea pentru alimentarea cu căldură și a altor costuri. În conformitate cu aceasta, performanța cazanului de abur este selectată în funcție de debitul maxim de abur proaspăt prin turbină, ținând cont de consumul de abur pentru nevoile proprii ale centralei și oferind o anumită marjă pentru utilizarea unei rezerve rotative și a altor scopuri.

Caracteristici pentru un PC sunt si greutatea, dimensiunile, consumul de metal si echipamentele disponibile pentru mecanizarea si automatizarea intretinerii.

Primele PC-uri aveau formă sferică. PC-ul, construit în 1765 de I. Polzunov, care a creat primul motor universal cu abur și astfel a pus bazele utilizării energetice a aburului, avea această formă. La început, PC-urile erau făcute din cupru, apoi din fontă. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, nivelul de dezvoltare a metalurgiei feroase a făcut posibilă fabricarea PC-urilor cilindrice din oțel din material tablă prin nituire. Schimbările treptate în designul PC-urilor au dus la numeroase variații. Cazanul cilindric, care avea un diametru de până la 0,9 și o lungime de 12 m, a fost montat folosind o căptușeală de cărămidă, în care erau așezate toate canalele de gaz. Suprafața de încălzire a unui astfel de PC a fost formată numai în partea inferioară a cazanului.

Dorința de a crește parametrii PC a dus la creșterea dimensiunilor și la creșterea numărului de debite de apă și abur. Creșterea numărului de fire a mers în două direcții: dezvoltarea cazane cu tub de gaz, în special, cazane de abur cu tuburi de gaz locomotive și dezvoltarea cazane cu tuburi de apa, care stau la baza centralelor moderne. O creștere a suprafeței de încălzire a cazanelor cu tub de apă a fost însoțită de o creștere a dimensiunilor și, în primul rând, a înălțimii PC-ului. Eficiența PC-ului a ajuns la 93-95%.

Inițial, PC-urile cu tuburi de apă erau doar PC-uri bar tip mistret , în care mănunchiuri de țevi (coiluri) drepte sau curbe erau combinate cu tamburi cilindric de oțel (Fig. 3.8).

Orez. 3.8. Schema schematică a unui PC tip tobă:

1 - camera de ardere; 2 - arzator; 3 – conducte de ecran; 4 -Tobă;

5 - burlane; 6 – supraîncălzitor; 7 - supraîncălzitor secundar (intermediar); 8 – economizor; 9 - incalzitor de aer.
În camera de ardere 1 arzatoarele sunt amplasate 2, prin care un amestec de combustibil cu aer încălzit intră în cuptor. Numărul și tipul arzătoarelor depind de performanța acestora, de puterea blocului și de tipul de combustibil. Cei mai obișnuiți trei combustibili sunt cărbunele, gazul natural și păcură. Cărbunele este mai întâi transformat în praf de cărbune, care este suflat prin arzătoare în cuptor cu ajutorul aerului.

Pereții camerei de ardere sunt acoperiți cu țevi (ecrane) din interior 3, care absorb căldura din gazele fierbinți. Apa pătrunde în țevile ecranului prin țevile descendante neîncălzite 5 din tobă 4, în care un nivel dat este menţinut constant . În tuburile de ecran, apa fierbe și se mișcă în sus sub forma unui amestec de abur-apă, apoi intră în spațiul de abur al tamburului. Astfel, in timpul functionarii cazanului se produce o circulatie naturala a apei cu abur in circuit: tambur - burlane - tevi sita - tambur. Prin urmare, cazanul prezentat în Fig. 3.8 se numește cazan cu tambur cu circulație naturală. Eliminarea aburului la turbină este completată prin alimentarea cu apă de alimentare a tamburului cazanului cu ajutorul pompelor.

Aburul care a intrat în spațiul de abur al tamburului de la conductele de sită este saturat și, în această formă, deși are presiune de lucru completă, nu este încă potrivit pentru utilizare într-o turbină, deoarece are o eficiență relativ scăzută. În plus, conținutul de umiditate al aburului saturat în timpul expansiunii în turbină crește până la limitele periculoase pentru fiabilitatea palelor rotorului. Prin urmare, aburul din tambur este direcționat către supraîncălzitor 6, unde i se dă o cantitate suplimentară de căldură, datorită căreia devine supraîncălzit din saturat. În același timp, temperatura sa crește la aproximativ 560 ° C și, în consecință, performanța sa crește. În funcție de locația supraîncălzitorului în cazan și, prin urmare, de tipul de schimb de căldură efectuat în acesta, se disting radiația, ecranul (semiradiația) și supraîncălzitoarele convective.

Supraîncălzitoare cu radiații plasat pe tavanul camerei de ardere sau pe pereții acesteia, adesea între conductele ecranelor. Ei, asemenea ecranelor de evaporare, percep căldura emisă de torța combustibilului ars. Supraîncălzitoare cu ecran, realizate sub formă de ecrane plate separate de țevi conectate în paralel, sunt fixate la ieșirea cuptorului în fața părții convective a cazanului. Schimbul de căldură în ele se realizează atât prin radiație, cât și prin convecție. Supraîncălzitoare convective sunt amplasate în coșul unității cazanului, de obicei în spatele ecranelor sau în spatele cuptorului; sunt pachete cu mai multe rânduri de bobine. Supraîncălzitoarele, constând numai din trepte convective, sunt de obicei instalate în cazane de presiune medie și joasă la o temperatură a aburului supraîncălzit nu mai mare de 440-510 ºС. În cazanele de înaltă presiune cu supraîncălzire semnificativă a aburului, se folosesc supraîncălzitoare combinate, inclusiv părți convective, ecrane și uneori radiative.

La o presiune a aburului de 14 MPa (140 kgf/cm2) și mai mult, în spatele supraîncălzitorului primar este instalat de obicei un supraîncălzitor secundar (intermediar). 7 . Acesta, ca și cel primar, este format din țevi de oțel îndoite în bobine. Aici este trimis abur, care a funcționat în cilindrul de înaltă presiune (HPC) al turbinei și are o temperatură apropiată de temperatura de saturație la o presiune de 2,5–4 MPa . În supraîncălzitorul secundar (intermediar), temperatura acestui abur crește din nou la 560 ° C, în mod corespunzător, performanța acestuia crește, după care trece prin cilindrul de medie presiune (MPC) și cilindrul de joasă presiune (LPC), unde se extinde. la presiunea aburului evacuat (0,003–0,007 MPa ). Utilizarea reîncălzirii cu abur, în ciuda complexității proiectării cazanului și a turbinei și a creșterii semnificative a numărului de conducte de abur, are mari avantaje economice în comparație cu cazanele fără reîncălzire cu abur. Debitul de abur pentru turbină este aproximativ la jumătate, în timp ce consumul de combustibil este redus cu 4–5%. Prezența supraîncălzirii intermediare a aburului reduce, de asemenea, umiditatea aburului în ultimele etape ale turbinei, reducând astfel uzura palelor de către picăturile de apă și crescând ușor eficiența cilindrului de joasă presiune a turbinei.

În plus, în partea de coadă a cazanului există suprafețe auxiliare concepute pentru a utiliza căldura gazelor de ardere. Economizorul de apă este amplasat în această parte convectivă a cazanului. 8, unde apa de alimentare este încălzită înainte de a intra în tambur și încălzitorul de aer 9, folosit pentru a încălzi aerul înainte de a fi alimentat în arzătoare și în circuitul de pulverizare, ceea ce crește eficiența PC-ului. Gazele de evacuare răcite cu o temperatură de 120–150 °C sunt aspirate de un aspirator de fum în coș.

Îmbunătățirea ulterioară a PC-urilor cu tuburi de apă a făcut posibilă crearea unui PC format în întregime din țevi de oțel cu diametru mic, în care apa pătrunde sub presiune de la un capăt și iese abur cu parametri specificați din celălalt - așa-numitul cazan cu trecere o dată (Fig. 3.9). Astfel, acesta este PC, în care evaporarea completă a apei are loc în timpul unei singure treceri (cu curgere directă) a apei prin suprafața de încălzire prin evaporare. Cu ajutorul unei pompe de alimentare, apa este furnizată PC-ului cu trecere o dată printr-un economizor. Într-un astfel de cazan nu există tambur și burlane.

Orez. 3.9. Schema schematică a unui PC cu trecere o dată:

1 - ecrane ale părții inferioare de radiație; 2 – arzatoare; 3 – ecrane ale părții superioare de radiație; 4 – supraîncălzitor ecran; 5 – supraîncălzitor convectiv; 6 – supraîncălzitor secundar; 7 – economizor de apă; 8 – alimentare cu apă de alimentare; 9 - îndepărtarea aburului la turbină; 10 – alimentare cu abur de la HPC pentru supraîncălzire secundară; 11 – evacuarea aburului la centrala de presiune dupa supraincalzire secundara; 12 – îndepărtarea gazelor de ardere către aeroterma
Suprafața de încălzire a cazanului poate fi reprezentată ca o serie de serpentine paralele, în care apa se încălzește pe măsură ce se mișcă, se transformă în abur, iar apoi aburul este supraîncălzit la temperatura dorită. Aceste serpentine sunt amplasate atât pe pereții camerei de ardere, cât și în conductele de gaz ale cazanului. Dispozitivele cuptorului, supraîncălzitorul secundar și încălzitorul de aer al cazanelor cu trecere o dată nu diferă de cazanele cu tambur.

În cazanele cu tambur, pe măsură ce apa se evaporă, concentrația de sare din apa rămasă din cazan crește și, tot timpul, o proporție mică din această apă din cazan în cantitate de aproximativ 0,5% este necesară aruncarea din cazan pentru a preveni concentrația de sare de la creșterea peste o anumită limită. Acest proces se numește epurare cazan. Pentru cazanele cu trecere o dată, această metodă de îndepărtare a sărurilor acumulate nu este aplicabilă din cauza lipsei volumului de apă și, prin urmare, standardele de calitate a apei de alimentare pentru acestea sunt mult mai stricte.

Un alt dezavantaj al PC-urilor cu o singură trecere este consumul crescut de energie pentru antrenarea pompei de alimentare.

PC-urile cu flux direct sunt instalate, de regulă, pe condens centrale electrice unde cazanele sunt alimentate cu apă demineralizată. Utilizarea lor în centrale termice și electrice combinate este asociată cu costuri crescute pentru tratarea chimică a apei suplimentare (de completare). Cel mai eficient PC cu flux direct pentru presiuni supercritice (peste 22 MPa), unde alte tipuri de cazane nu sunt aplicabile.

În unitățile de putere, fie un cazan este instalat pe turbină ( monoblocuri), sau două cazane de jumătate de capacitate. La beneficii blocuri duble poate fi pusă pe seama posibilității de funcționare a unității cu jumătate de sarcină pe turbină în cazul deteriorării uneia dintre cazane. Cu toate acestea, prezența a două cazane în unitate complică semnificativ întreaga schemă și controlul unității, ceea ce în sine reduce fiabilitatea unității în ansamblu. În plus, operarea unității la jumătate de sarcină este extrem de neeconomică. Experiența unui număr de stații a arătat posibilitatea de funcționare a monoblocurilor nu mai puțin fiabilă decât a blocurilor duble.

În instalații bloc pentru presiuni de până la 130 kgf/cm 2 (13 MPa) sunt utilizate atât cazane cu tambur, cât și cu flux direct. În instalații pentru o presiune de 240 kgf/cm 2 (24 MPa) si mai sus se folosesc numai cazane cu flux direct.

Cazan de incalzire - aceasta este o unitate de cazan a unei centrale combinate de căldură și energie (CHP), care asigură alimentarea simultană cu abur turbinelor de încălzire și producerea de abur sau apă caldă pentru nevoi tehnologice, de încălzire și de altă natură. Spre deosebire de cazanele IES, cazanele combinate de căldură și putere utilizează de obicei condensul poluat returnat ca alimentare cu apă. Pentru astfel de condiții de funcționare, cazanele cu tambur cu evaporare în etape sunt cele mai potrivite. La majoritatea CHPP-urilor, cazanele de încălzire sunt reticulate pentru abur și apă. În Federația Rusă, cazanele cu tambur cu o capacitate de abur de 420 t/h (presiunea aburului 14 MPa, temperatură 560 ºС) sunt cele mai comune la CHPP. Din 1970, la CCE puternice cu sarcini de încălzire predominante, când aproape tot condensul este returnat în formă pură, monoblocuri cu cazane cu trecere o dată cu o putere de abur de 545 t/h (25 MPa). , 545 ºС).

Încălzirea PC-urilor pot include, de asemenea cazane de vârf cu apă caldă, care sunt utilizate pentru încălzirea suplimentară a apei cu o creștere a încărcăturii termice peste cea mai mare oferită de extracțiile cu turbine. În același timp, apa este încălzită mai întâi cu abur în cazane până la 110-120 ºС, iar apoi în cazane până la 150-170 ºС. În țara noastră, aceste cazane sunt de obicei instalate lângă clădirea principală a CET. Utilizarea cazanelor de apă caldă de vârf relativ ieftine pentru a elimina vârfurile pe termen scurt ale sarcinilor termice poate crește dramatic numărul de ore de utilizare a echipamentului principal de încălzire și poate crește eficiența funcționării acestuia.

Pentru alimentarea cu căldură a zonelor rezidențiale, se folosesc adesea cazane de apă caldă pe gaz de tip KVGM, care funcționează pe gaz. Ca combustibil de rezervă al unor astfel de cazane, se utilizează păcură, pentru încălzirea căreia se folosesc cazane de abur cu tambur ulei-gaz.

3.1.4.2. Turbine cu abur
Turbină cu abur(PT) este un motor termic în care energia potențială a aburului este convertită în energia cinetică a jetului de abur, iar aceasta din urmă este transformată în energia mecanică de rotație a rotorului.

Au încercat să creeze un PT mult timp. Este cunoscută o descriere a unui PT primitiv făcută de Heron din Alexandria (secolul I î.Hr.). Însă, abia la sfârșitul secolului al XIX-lea, când termodinamica, ingineria mecanică și metalurgia au atins un nivel suficient, K.G. Laval (Suedia) și C.A. Parsons (Marea Britanie), independent unul de celălalt în 1884-1889, a creat PT-uri adecvate industrial.

Laval a aplicat expansiunea aburului în duze conice fixe într-o etapă de la presiunea inițială la cea finală și a direcționat jetul rezultat (cu o viteză de evacuare supersonică) către un rând de lame de lucru montate pe un disc. PT-urile care funcționează pe acest principiu sunt numite activ vineri. Imposibilitatea obținerii unei puteri agregate mari și viteza de rotație foarte mare a PT-urilor Laval cu o singură treaptă (până la 30.000 rpm pentru primele probe) au condus la faptul că acestea și-au păstrat semnificația doar pentru antrenarea mecanismelor auxiliare.

Parsons a creat o etapă în mai multe etape PT reactiv, în care dilatarea aburului s-a realizat într-un număr mare de etape amplasate secvenţial, nu numai în canalele paletelor fixe (de ghidare), ci şi între paletele mobile (de lucru). De ceva timp, antitancul cu reacție al lui Parsons a fost folosit în principal pe navele de război, dar treptat a făcut loc unor combinate mai compacte. activ-reactiv PT, în care partea reactivă a presiunii înalte este înlocuită cu un disc activ. Ca urmare, pierderile datorate scurgerii de abur prin golurile din aparatul cu lame au scăzut, turbina a devenit mai simplă și mai economică.

Centralele FH active au evoluat spre crearea de structuri în mai multe etape, în care expansiunea aburului se realizează într-un număr de etape dispuse succesiv. Acest lucru a făcut posibilă creșterea semnificativă a puterii unitare a PT, menținând în același timp o viteză de rotație moderată necesară pentru conectarea directă a arborelui PT cu mecanismul rotit de acesta, în special, un generator electric.

Există mai multe opțiuni de proiectare pentru turbinele cu abur, permițându-le să fie clasificate în funcție de o serie de criterii.

În sensul de mers se distinge fluxul de abur PT axial, în care fluxul de abur se deplasează de-a lungul axei turbinei și PT radial, direcția fluxului de abur în care este perpendiculară, iar paletele rotorului sunt paralele cu axa de rotație. În Federația Rusă, sunt construite numai PT-uri axiale.

După numărul de cutii (cilindri) PT este subdivizat în cu o singură cocă, cu cocă dublăȘi cu trei carene(cu cilindri de înaltă, medie și joasă presiune) . Designul cu mai multe vase face posibilă exploatarea diferențelor mari de entalpie disponibile prin găzduirea unui număr mare de trepte de presiune, utilizarea metalelor de înaltă calitate în partea de înaltă presiune și bifurcarea fluxului de abur în partea de joasă presiune. În același timp, un astfel de PT se dovedește a fi mai scump, mai greu și mai complex.

După numărul de arbori distinge cu un singur arbore PT, în care arborii din toate cazurile sunt pe aceeași axă, precum și cu ax dublu sau cu trei arbori, constând din două sau trei PT-uri paralele cu un singur arbore conectate printr-un proces termic comun, iar pentru PT-uri de nave, de asemenea, printr-un angrenaj comun (reductor).

Partea fixă a PT (corpului) este detașabilă în plan orizontal pentru a permite montarea rotorului. Corpul are caneluri pentru instalarea diafragmelor, al căror conector coincide cu planul conectorului corpului. De-a lungul periferiei diafragmelor există canale de duză formate din lame curbilinii turnate în corpul diafragmelor sau sudate pe acesta. În locurile în care arborele trece prin pereții carcasei, sunt instalate garnituri de capăt de tip labirint pentru a preveni scurgerea aburului în exterior (din partea de înaltă presiune) și aspirația aerului în carcasă (din partea de joasă presiune). Garniturile labirint sunt instalate si in locurile in care rotorul trece prin diafragme pentru a evita scurgerea aburului de la etapa la etapa, ocolind duzele. La capătul frontal al arborelui este instalat un regulator limită (regulator de siguranță), care oprește automat PT atunci când viteza crește cu 10-12% peste valoarea nominală. Capătul din spate al rotorului este echipat cu un dispozitiv de rotire a arborelui acţionat electric pentru o rotaţie lentă (4-6 rpm) a rotorului după oprirea PT, ceea ce este necesar pentru răcirea sa uniformă.

Pe fig. 3.10 prezintă schematic dispunerea uneia dintre treptele intermediare ale unei turbine cu abur TPP moderne. Scena este formată dintr-un disc cu lame și o diafragmă. Diafragma este o partiție verticală între două discuri, în care paletele de ghidare fixe sunt amplasate de-a lungul întregii circumferințe împotriva palelor rotorului, formând duze pentru expansiunea aburului. Diafragmele sunt realizate din două jumătăți cu o despicare orizontală, fiecare fiind fixată în jumătatea corespunzătoare a carcasei turbinei.

Orez. 3.10. Dispozitivul unuia dintre treptele unei etape multiple

turbine: 1 - ax; 2 - disc; 3 - lama de lucru; 4 – peretele cilindrului turbinei; 5 - grila duzei; 6 - diafragma;

7 – etanșare cu diafragmă
Un număr mare de trepte obligă turbina să fie realizată din mai mulți cilindri, plasând în fiecare 10-12 trepte. Turbinele cu abur de reîncălzire în primul cilindru de înaltă presiune (HPC) au de obicei un grup de trepte care convertesc energia aburului din parametrii inițiali la presiunea la care aburul intră în reîncălzire. După supraîncălzirea intermediară a aburului în turbine cu o capacitate de 200 și 300 MW, aburul intră în încă doi cilindri - cilindrul central de presiune și cilindrul de joasă presiune.

Procesul tehnologic de transformare a materiei prime (combustibil) în produsul final (electricitate) se reflectă în schemele tehnologice ale centralelor electrice.

Schema tehnologică a centralei termice care funcționează pe cărbune, prezentat în figura 3.4. Este un set complex de căi și sisteme interconectate: sistem de pregătire a prafului; sistem de alimentare cu combustibil și aprindere (calea combustibilului); sistem de îndepărtare a zgurii și a cenușii; cale gaz-aer; un sistem de trasee abur-apă, inclusiv un cazan abur-apă și o instalație de turbină; un sistem de pregătire și furnizare de apă suplimentară pentru a completa pierderile de apă de alimentare; sistem tehnic de alimentare cu apă care asigură răcirea cu abur; sistem de instalatii de incalzire a apei din retea; sistem de alimentare electrică, inclusiv un generator sincron, un transformator de creștere, un aparat de comutare de înaltă tensiune etc.

Mai jos este o scurtă descriere a principalelor sisteme și tracturi ale schemei tehnologice TPP folosind exemplul unei CHP pe cărbune.

Orez. 3.3. Schema tehnologică a centralei pe cărbune pulverizat

2. Calea gazelor. Sistem de îndepărtare a cenușii. Aerul necesar arderii este furnizat la sursa de aer

boilere de încălzire cu abur cu ventilator de tiraj 14 . Aerul este preluat de obicei din partea superioară a cazanelor și (pentru cazanele cu abur de mare capacitate) din exteriorul cazanului.

3. Calea aburului. Abur supraîncălzit dintr-un cazan de abur într-un supraîncălzitor 13 prin conducte de abur și un sistem de duze intră în turbină 22 .

Calea abur-apă a unui TPP este cea mai complexă și responsabilă, deoarece această cale are cele mai ridicate temperaturi ale metalelor și cele mai mari presiuni ale aburului și apei.

Dispozitivele pentru tratarea chimică a apei de completare sunt amplasate în uzina chimică 28 (atelier de tratare chimică a apei).

Orez. 3.4. Diagrama de flux simplificată a unei turbine cu gaz

centrale electrice pe combustibil lichid sau gazos: Т – combustibil; IN -

aer; CS - camera de ardere; GT - turbină cu gaz; K - compresor de aer; G - generator electric

Gazele fierbinți cu o temperatură de 600–800 °C din camera de ardere intră în turbina cu gaz GT. Trecând prin turbină, ele se extind la presiunea atmosferică și, mișcându-se cu viteză mare între pale, rotesc arborele turbinei. Gazele de evacuare sunt eliberate în atmosferă prin conducta de evacuare. O parte semnificativă din puterea turbinei cu gaz este cheltuită pentru rotația compresorului și a altor dispozitive auxiliare.

Principalele avantaje ale instalațiilor cu turbine cu gaz în comparație cu turbinele cu abur sunt:

1) lipsa centralei de cazane și epurare chimică a apei;

2) o nevoie semnificativ mai redusă de apă de răcire, ceea ce face posibilă utilizarea turbinelor cu gaz în zone cu resurse de apă limitate;

3) un număr semnificativ mai mic de personal operațional;

4) pornire rapidă;

5) costul mai mic al energiei electrice generate.

Diagrame de amplasare TPP

TPP-urile în funcție de tipul (structura) schemei termice sunt împărțite în bloc și non-bloc.

Orez. 3.7. Aspectul clădirii principale a petrolului și gazelor

centrale electrice cu o capacitate de 2400 MW

Echipamentul principal al IES (cazane și unități cu turbine) este situat în clădirea principală, cazane și instalație de pulverizare (la IES, arderea, de exemplu, cărbunele sub formă de praf) - în camera cazanelor, unitățile cu turbine și auxiliarele acestora. echipamente - în sala de turbine a centralei electrice. La IES este instalat în principal un cazan pe turbină. Un cazan cu o unitate de turbină și echipamentele lor auxiliare formează o parte separată - un monobloc al unei centrale electrice.

IES sunt construite direct la sursele de alimentare cu apă (râu, lac, mare); adesea se creează un rezervor (iaz) lângă IES. Pe teritoriul IES, pe lângă clădirea principală, există dotări și dispozitive pentru alimentarea tehnică cu apă și tratarea chimică a apei, instalații de combustibil, transformatoare electrice, aparate de comutare, laboratoare și ateliere, depozite de materiale, spații de birouri pentru personalul care deservește IES. . Combustibilul este de obicei furnizat pe teritoriul IES cu trenuri. Cenușa și zgura din camera de ardere și colectoarele de cenușă sunt îndepărtate hidraulic. Pe teritoriul IES se construiesc căi ferate și drumuri, se construiesc prizele liniilor de transport electric, terenul de inginerie și comunicațiile subterane. Suprafața teritoriului ocupată de instalațiile IES este, în funcție de capacitatea centralei, tipul de combustibil și alte condiții, 25–70 ha. .

TINERETUL ȘI SPORTUL UCRAINEI

YU.DAR. GICHEV

CENTRALELE TERMICE

Castb eu

Dnepropetrovsk NMetAU 2011

MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI,

TINERETUL ȘI SPORTUL UCRAINEI

ACADEMIA NAȚIONALĂ DE METALURGICĂ A UCRAINEI

YU.DAR. GICHEV

CENTRALELE TERMICE

Castb eu

Ill 23. Bibliografie: 4 nume.

Responsabil pentru lansare, Dr. tech. științe, prof.

Recenzători: , Dr. tech. științe, prof. (DNURT)

Cand. tehnologie. Științe, Conf. univ. (NMetAU)

Academia Ucrainei, 2011

INTRODUCERE…………………………………………………………………………………..4

1 INFORMAȚII GENERALE DESPRE CENTRALELE TERMICE……...5

1.1 Definirea și clasificarea centralelor electrice………………………….5

1.2 Schema tehnologică a centralei termice……………8

1.3 Indicatori tehnico-economici ai TPP……………………………….11

1.3.1 Indicatori energetici…………………………………………….11

1.3.2 Indicatori economici…………………………………………….13

1.3.3 Indicatori de performanță……………………………………………15

1.4 Cerințe pentru TPP………………………………………16

1.5 Caracteristicile centralelor termice industriale…………16

2 CONSTRUCȚIA SCHEMELOR TERMICE A TPP………………………………………...17

2.1 Concepte generale de circuite termice……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….

2.2 Parametrii inițiali ai aburului……………………………………………….18

2.2.1 Presiunea inițială a aburului……………………………………….18

2.2.2 Temperatura inițială a aburului………………………………...20

2.3 Reîncălzirea aburului………………………………………..22

2.3.1 Eficiența energetică a reîncălzirii...24

2.3.2 Presiunea de reîncălzire…………………………26

2.3.3 Implementarea tehnică a reîncălzirii……27

2.4 Parametrii finali ai aburului………………………….………….29

2.5 Încălzirea cu regenerare a apei de alimentare……………………………….30

2.5.1 Eficiența energetică a încălzirii regenerative...30

2.5.2 Implementarea tehnică a încălzirii regenerative......34

2.5.3 Temperatura de încălzire a apei de alimentare regenerativă..37

2.6 Construirea schemelor termice ale centralelor termice pe baza principalelor tipuri de turbine……..39

2.6.1 Construirea unei scheme termice bazată pe turbina „K”…………...39

2.6.2 Construirea unei scheme termice pe baza turbinei „T”….………..41

LITERATURA………………………………………………………………………...44

INTRODUCERE

Disciplina „Centrale termice” din mai multe motive are o importanță deosebită în rândul disciplinelor citite pentru specialitatea 8 (7). - ingineria energiei termice.

În primul rând, din punct de vedere teoretic, disciplina acumulează cunoștințele acumulate de studenți la aproape toate disciplinele anterioare principale: „Combustibil și arderea acestuia”, „Cazane”, „Superalimentatoare și motoare termice”, „Surse de alimentare cu căldură pt. întreprinderi industriale”, „Purificarea gazelor” și altele.

În al doilea rând, din punct de vedere practic, centralele termice (TPP) sunt o întreprindere energetică integrată care include toate elementele principale ale economiei energetice: un sistem de preparare a combustibilului, un atelier de cazane, un magazin de turbine, un sistem de transformare și alimentare. energie termică către consumatori externi, sisteme de utilizare și neutralizare a emisiilor nocive.

În al treilea rând, din punct de vedere industrial, centralele termice sunt întreprinderile producătoare de energie dominantă în sectoarele energetice interne și externe. Centralele termice reprezintă aproximativ 70% din capacitatea instalată generatoare de energie electrică în Ucraina, iar ținând cont de centralele nucleare, unde sunt implementate și tehnologiile cu turbine cu abur, capacitatea instalată este de aproximativ 90%.

Aceste note de curs au fost elaborate în conformitate cu programul de lucru și programa pentru specialitatea 8(7). - ingineria termoenergetică și ca teme principale include: informații generale despre centralele termice, principiile de construire a circuitelor termice ale centralelor electrice, selecția echipamentelor și calculele circuitelor termice, amenajarea echipamentelor și funcționarea centralelor termice.

Disciplina „Centrale termice” contribuie la sistematizarea cunoștințelor dobândite de studenți, la extinderea orizontului profesional al acestora și poate fi utilizată în cursuri într-o serie de alte discipline, precum și în pregătirea lucrărilor de diplomă ale specialiștilor și de master. teze.

1 INFORMAȚII GENERALE DESPRE CENTRALELE TERMICE

1.1 Definirea și clasificarea centralelor electrice

Centrală electrică- o întreprindere energetică concepută pentru a transforma diferite tipuri de combustibil și resurse energetice în energie electrică.

Principalele opțiuni pentru clasificarea centralelor electrice:

I. În funcție de tipul de combustibil convertit și de resursele energetice:

1) centrale termice (TPP), în care energie electrică se obține prin transformarea combustibililor hidrocarburi (cărbune, gaze naturale, păcură, VER combustibile și altele);

2) centrale nucleare (CNE), în care electricitatea se obține prin transformarea energiei atomice în combustibil nuclear;

3) centrale hidroelectrice (CHP), în care energia electrică se obține prin conversia energiei mecanice a debitului unei surse naturale de apă, în primul rând râurile.

Această opțiune de clasificare poate include și centralele electrice care utilizează surse de energie netradiționale și regenerabile:

centrale solare;

centrale geotermale;

centrale eoliene;

· centralele mareomotrice și altele.

II. Pentru această disciplină este de interes o clasificare mai aprofundată a centralelor termice care, în funcție de tipul de motoare termice, se împart în:

1) centrale cu turbine cu abur (STP);

2) centrale cu turbine cu gaz (GTP);

3) centrale electrice cu ciclu combinat (CGE);

4) centrale electrice pe motoare cu ardere internă (ICE).

Dintre aceste centrale, centralele cu turbine cu abur sunt dominante, reprezentând peste 95% din capacitatea totală instalată a TPP-urilor.

III. În funcție de tipul de purtători de energie furnizați unui consumator extern, centralele electrice cu turbine cu abur sunt împărțite în:

1) centralele electrice în condensare (CPP), care furnizează numai energie electrică unui consumator extern;

2) centrale termice și electrice combinate (CHP) care furnizează consumatorii externi atât căldură, cât și energie electrică.

IV. În funcție de scopul și subordonarea departamentului, centralele electrice sunt împărțite în:

1) centrale electrice regionale, care sunt concepute pentru a furniza energie electrică tuturor consumatorilor din regiune;

2) centralele industriale, care fac parte din întreprinderile industriale și sunt concepute pentru a furniza energie electrică în primul rând consumatorilor întreprinderilor.

V. În funcție de durata de utilizare a capacității instalate pe parcursul anului, centralele electrice se împart în:

1) de bază (B): 6000 ÷ 7500 h/an, adică peste 70% din durata anului;

2) semibază (P/B): 4000÷6000 h/an, 50÷70%;

3) semi-vârf (P/P): 2000÷4000 h/an, 20÷50%;

4) vârf (P): până la 2000 h/an, până la 20% din durata anului.

Această opțiune de clasificare poate fi ilustrată prin exemplul unui grafic al duratei sarcinilor electrice:

Figura 1.1 - Graficul duratei sarcinilor electrice

VI. În funcție de presiunea aburului care intră în turbine, centralele termice cu turbine cu abur se împart în:

1) presiune joasă: până la 4 MPa;

2) presiune medie: până la 9 - 13 MPa;

3) presiune înaltă: până la 25 - 30 MPa, inclusiv:

● presiune subcritică: până la 18 - 20 MPa

● presiune critică și supracritică: peste 22 MPa

VII. În funcție de putere, centralele cu turbine cu abur sunt împărțite în:

1) centrale electrice de mică capacitate: putere totală instalată până la 100 MW cu o capacitate unitară a turbogeneratoarelor instalate până la 25 MW;

2) putere medie: putere totală instalată până la 1000 MW cu o putere unitară a turbogeneratoarelor instalate până la 200 MW;

3) putere mare: puterea totală instalată este de peste 1000 MW cu o putere unitară a turbogeneratoarelor instalate de peste 200 MW.

VIII. În funcție de metoda de conectare a generatoarelor de abur la turbogeneratoare, centralele termice sunt împărțite în:

1) TPP-uri centralizate (non-bloc), în care aburul de la toate cazanele intră într-o conductă centrală de abur și apoi este distribuit între turbogeneratoare (vezi Fig. 1.2);

1 – generator de abur; 2 - turbină cu abur; 3 - conductă centrală (principală) de abur; 4 – condensator turbină cu abur; 5 - generator electric; 6 - transformator.

Figura 1.2 - Schema schematică a unui TPP centralizat (nebloc).

2) centrale termice bloc, în care fiecare dintre generatoarele de abur instalate este conectat la un turbogenerator bine definit (vezi Fig. 1.3).

1 – generator de abur; 2 - turbină cu abur; 3 – supraîncălzitor intermediar; 4 – condensator turbină cu abur; 5 - generator electric; 6 - transformator.

Figura 1.3 - Schema schematică a unui bloc TPP

Spre deosebire de schema bloc non-bloc a unui TPP, aceasta necesită mai puține costuri de capital, este mai ușor de operat și creează condiții pentru automatizarea completă a unei centrale cu turbine cu abur a unei centrale electrice. În diagrama bloc, numărul de conducte și volumele de producție ale stației pentru amplasarea echipamentelor sunt reduse. Când se utilizează supraîncălzirea intermediară a aburului, utilizarea diagramelor bloc este obligatorie, deoarece în caz contrar nu este posibilă controlul fluxului de abur eliberat din turbină pentru supraîncălzire.

1.2 Schema tehnologică a centralei termice

Schema tehnologică descrie principalele părți ale centralei electrice, relația lor și, în consecință, arată succesiunea operațiunilor tehnologice din momentul în care combustibilul este livrat la stație până la furnizarea de energie electrică către consumator.

Ca exemplu, Figura 1.4 prezintă o diagramă de flux de proces pentru o centrală electrică cu turbină cu abur cu cărbune pulverizat. Acest tip de TPP predomină în rândul centralelor termice de bază care operează în Ucraina și în străinătate.

Soare - consum de combustibil la statie; Dp. d. este performanța generatorului de abur; Ds. n. – consum condiționat de abur pentru nevoile proprii ale stației; Dt - debitul de abur către turbină; Evyr - cantitatea de energie electrică generată; Esn - consumul de energie electrică pentru nevoile proprii ale stației; Eop - cantitatea de energie electrică furnizată unui consumator extern.

Figura 1.4 - Un exemplu de schemă tehnologică a unei centrale electrice pe cărbune pulverizat cu turbină cu abur

Se obișnuiește să se împartă schema tehnologică a TPP în trei părți, care sunt marcate cu linii punctate în Figura 1.4:

eu … Calea combustibil-gaz-aer, care include:

1 – economie de combustibil (dispozitiv de descărcare, depozit de cărbune brut, instalații de concasare, buncăre de cărbune măcinat, macarale, transportoare);

2 – sistem de pulverizare (mori de cărbune, ventilatoare fine, buncăre de praf de cărbune, alimentatoare);

3 – ventilator pentru alimentarea cu aer pentru arderea combustibilului;

4 - generator de aburi;

5 – curatarea gazelor;

6 - aspirator de fum;

7 - șemineu;

8 – pompa baguer pentru transportul amestecului de hidrocenusa si zgura;

9 – furnizarea de hidrocenusa si amestec de zgura pentru eliminare.

În general, calea combustibil-gaz-aer include : economie de combustibil, sistem de pregătire a prafului, mijloace de suflare a tirajului, coșuri cazanului și sistem de îndepărtare a cenușii și zgurii.

II … Calea Steam, care include:

10 - turbină cu abur;

11 – condensator turbină cu abur;

12 - pompa de circulatie a sistemului de alimentare cu apa circulanta pentru racirea condensatorului;

13 – dispozitiv de răcire a sistemului de inversare;

14 - furnizarea de apă suplimentară, compensând pierderile de apă în sistemul de circulație;

15 – alimentarea cu apă brută pentru prepararea apei epurate chimic, care compensează pierderea condensului la stație;

16 - tratarea chimică a apei;

17 – pompa de tratare chimica a apei care furnizeaza apa tratata chimic suplimentar fluxului de condensat de abur evacuat;

18 – pompa de condens;

19 – boiler regenerativ de alimentare cu apă de joasă presiune;

20 - dezaerator;

21 - pompe de alimentare;

22 – boiler regenerativ de alimentare cu apă de înaltă presiune;

23 – pompe de drenaj pentru îndepărtarea condensului de abur de încălzire din schimbătorul de căldură;

24 – extractii regenerative de abur;

25 - Supraîncălzitor intermediar.

În general, traseul abur-apă include: parte abur-apă a cazanului, turbină, unitate de condens, sisteme pentru prepararea apei de răcire în circulație și a apei suplimentare tratate chimic, un sistem de încălzire regenerativă a apei de alimentare și dezaerare a apei de alimentare.

III … Partea electrică, care include:

26 - generator electric;

27 - transformator pentru energie electrică furnizată unui consumator extern;

28 - bare ale tabloului deschis al centralei electrice;

29 – transformator pentru energie electrică de nevoi proprii ale centralei electrice;

30 - bare ale dispozitivului de distribuire a energiei electrice de nevoi proprii.

Astfel, partea electrică include: generator de energie, transformatoare și bare de distribuție.

1.3 Indicatori tehnico-economici ai TPP

Indicatorii tehnici și economici ai TPP-urilor sunt împărțiți în 3 grupe: energetice, economice și, respectiv, operaționale, care, respectiv, sunt destinate să evalueze nivelul tehnic, eficiența și calitatea funcționării centralei.

1.3.1 Performanța energetică

Principalii indicatori energetici ai TPP-urilor includ: k.p.d. centrale electrice (), consum specific de căldură (), consum specific de combustibil pentru producerea de energie electrică ().

Acești indicatori se numesc indicatori ai eficienței termice a stației.

În funcție de rezultatele funcționării efective a centralei electrice, eficiența este determinată de relațiile:

; (1.1)

; (1.2)

La proiectarea unei centrale electrice și pentru analizarea funcționării acesteia, eficiență sunt determinate de produse care ţin cont de eficienţă. elemente individuale ale stației:

unde ηkot, ηturbo – eficiență magazine de cazane și turbine;

ηt. p. - k.p.d. fluxul de căldură, care ține cont de pierderile de căldură de către purtătorii de căldură din interiorul stației ca urmare a transferului de căldură către mediu prin pereții conductei și a scurgerilor de agent de căldură, ηt. n. = 0,98 ... 0,99 (cf. 0,985);

esn este ponderea energiei electrice cheltuite pentru nevoile proprii ale centralei electrice (acționare electrică în sistemul de preparare a combustibilului, acționare a echipamentului de tiraj al atelierului de cazane, acționare a pompei etc.), esn = Esn/Evyr = 0,05…0,10 (cf. 0,075);

qsn este ponderea consumului de căldură pentru nevoi proprii (tratarea chimică a apei, dezaerarea apei de alimentare, funcționarea ejectoarelor de abur care asigură vid în condensator etc.), qsn = 0,01…0,02 (cf. 0,015).

K. p.d. magazinul de cazane poate fi reprezentat ca un k.p.d. generator de abur: ηcat = ηp. d. = 0,88…0,96 (cf. 0,92)

K. p.d. atelierul de turbine poate fi reprezentat ca un randament electric absolut. turbogenerator:

ηturb = ηt. g. = ηt ηoi ηm, (1,5)

unde ηt este randamentul termic. ciclul unei instalații cu turbină cu abur (raportul dintre căldura utilizată și căldura furnizată), ηt = 0,42…0,46 (cf. 0,44);

ηoi este randamentul relativ intern. turbine (ținând cont de pierderile din interiorul turbinei datorate frecării cu aburului, revărsărilor, ventilației), ηoi = 0,76…0,92 (cf. 0,84);

ηm - randamentul electromecanic, care ia în considerare pierderile în transferul de energie mecanică de la turbină la generator și pierderile în generatorul electric în sine, ηeng = 0,98 ... 0,99 (cf. 0,985).

Luând în considerare produsul (1.5), expresia (1.4) pentru eficiență centrala neta ia forma:

ηsnet = ηpg ηt ηoi ηm ηtp (1 – esn) (1 – qsn); (1,6)

iar după înlocuire valorile medii vor fi:

ηsnet = 0,92 0,44 0,84 0,985 0,985 (1 - 0,075) (1 - 0,015) = 0,3;

În general, pentru o centrală electrică, randamentul modificări nete în: ηsnet = 0,28…0,38.

Consumul specific de căldură pentru producerea de energie electrică este determinat de raportul:

, (1.7)

unde Qfuel este căldura primită din arderea combustibilului .

; (1.8)

unde rn este coeficientul normativ de eficienta a investitiilor de capital, anul-1.

Valoarea reciprocă a pH-ului oferă perioada de rambursare, de exemplu, la pH = 0,12 an-1, perioada de rambursare va fi:

Aceste costuri sunt utilizate pentru a selecta cea mai economică opțiune pentru construirea unei noi sau reconstrucția unei centrale electrice existente.

1.3.3 Performanță

Indicatorii de performanță evaluează calitatea funcționării centralei electrice și includ în special:

1) factor de personal (număr de personal de service la 1 MW de putere instalată a centralei), W (pers/MW);

2) factorul de utilizare a capacității instalate a centralei electrice (raportul dintre producția efectivă de energie electrică și producția maximă posibilă)

; (1.16)

3) numărul de ore de utilizare a capacității instalate

4) factorul de disponibilitate a echipamentului și factorul de utilizare tehnică a echipamentului

; (1.18)

Factorii de pregătire a echipamentului pentru magazinele de cazane și turbine sunt: Kgotkot = 0,96…0,97, Kgotturb = 0,97…0,98.

Coeficientul de utilizare a echipamentelor pentru centrale termice este: KispTES = 0,85 ... 0,90.

1.4 Cerințe pentru TPP

Cerințele pentru TPP-uri sunt împărțite în 2 grupuri: tehnice si economice.

Cerințele tehnice includ:

Fiabilitate (alimentare neîntreruptă în conformitate cu cerințele consumatorilor și cu programul de expediere a sarcinilor electrice);

Manevrabilitate (capacitatea de a crește sau elimina rapid sarcina, precum și de a porni sau opri unitățile);

· randament termic (eficienta maxima si consum specific minim de combustibil pentru diversele moduri de functionare ale centralei);

· respectarea mediului (emisii nocive minime în mediu și nedepășirea emisiilor admise în diferite moduri de funcționare ale stației).

Cerințe economice sunt reduse la costul minim al energiei electrice, sub rezerva respectării tuturor cerințelor tehnice.

1.5 Caracteristicile centralelor termice industriale

Printre principalele caracteristici ale centralelor termice industriale se numără:

1) comunicare bidirecțională a centralei cu principalele magazine tehnologice (centrala asigură sarcina electrică a magazinelor tehnologice și, în funcție de necesitate, modifică alimentarea cu energie electrică, iar magazinele în unele cazuri sunt surse de SRE termice și combustibile care sunt utilizate la centralele electrice);

2) comunitatea unui număr de sisteme de centrale electrice și magazine tehnologice ale întreprinderii (alimentare cu combustibil, alimentare cu apă, facilități de transport, bază de reparații, ceea ce reduce costul construirii unei stații);

3) prezența la centralele industriale, pe lângă turbogeneratoare, a turbocompresoarelor și turbosuflantelor pentru alimentarea cu gaze de proces a atelierelor întreprinderii;

4) predominanța centralelor termice (CHP) în rândul centralelor industriale;

5) capacitate relativ mică a centralelor termice industriale:

70…80%, ≤ 100 MW.

Centralele termice industriale asigură 15 ... 20% din totalul producției de energie electrică.

2 CONSTRUCȚIA SCHEMELOR TERMICE ALE TPP

2.1 Concepte generale ale schemelor termice

Schemele termice se referă la căile abur-apă ale centralelor electrice și arată :

1) poziția relativă a echipamentului principal și auxiliar al stației;

2) racordarea tehnologică a echipamentului prin liniile conductei de transportatori de căldură.

Schemele termice pot fi împărțite în 2 tipuri:

1) fundamentale;

2) desfășurat.

În diagramele schematice echipamentul este prezentat în măsura necesară pentru calculul circuitului termic și analiza rezultatelor calculului.

Pe baza diagramei schematice, sunt rezolvate următoarele sarcini:

1) determinați debitele și parametrii purtătorilor de căldură în diferite elemente ale circuitului;

2) alege echipamentul;

3) elaborați scheme termice detaliate.

Scheme termice extinse include toate echipamentele stației, inclusiv de rezervă, toate conductele stației cu supape de închidere și control.

Pe baza schemelor detaliate, sunt rezolvate următoarele sarcini:

1) amplasarea reciprocă a echipamentelor în proiectarea centralelor electrice;

2) executarea desenelor de lucru în timpul proiectării;

3) funcţionarea staţiilor.

Construirea schemelor termice este precedată de rezolvarea următoarelor întrebări:

1) alegerea tipului de instalație, care se realizează pe baza tipului și numărului de sarcini energetice așteptate, adică IES sau CHP;

2) determina puterea electrică și termică a stației în ansamblu și puterea blocurilor sale individuale (agregate);

3) alegeți parametrii inițiali și finali ai aburului;

4) determina necesitatea supraincalzirii intermediare a aburului;

5) alegeți tipurile de generatoare de abur și turbine;

6) elaborarea unei scheme de încălzire regenerativă a apei de alimentare;

7) combină principalele soluții tehnice conform schemei termice (capacitatea unităților, parametrii de abur, tipul turbinelor) cu o serie de probleme auxiliare: prepararea apei suplimentare tratate chimic, dezaerarea apei, utilizarea apei de purjare a generatorului de abur, antrenare a pompelor de alimentare si altele.

Dezvoltarea schemelor termice este influențată în principal de 3 factori:

1) valoarea parametrilor inițiali și finali ai aburului în instalația de turbine cu abur;

2) supraîncălzirea intermediară a aburului;

3) încălzirea regenerativă a apei de alimentare.

2.2 Parametrii inițiali de abur

Parametrii inițiali ai aburului sunt presiunea (P1) și temperatura (t1) aburului în amonte de supapa de oprire a turbinei.

2.2.1 Presiunea inițială a aburului

Presiunea inițială a aburului afectează eficiența. centralele electrice și, în primul rând, prin randamentul termic. ciclu al unei centrale cu turbine cu abur, care, la determinarea randamentului. centrala electrică are o valoare minimă (ηt = 0,42…0,46):

Pentru a determina randamentul termic. poate fi folosit este- diagrama vaporilor de apă (vezi Fig. 2.1):

(2.2)

unde Nad este pierderea de căldură adiabatică a aburului (pentru un ciclu ideal);

qsubv - cantitatea de căldură furnizată ciclului;

i1, i2 – entalpia de abur înainte și după turbină;

i2" este entalpia condensului aburului evacuat în turbină (i2" = cpt2).

Figura 2.1 - La definirea randamentului termic.

Rezultatele calculului prin formula (2.2) dau următoarele valori ale eficienței:

ηt, fracții de unități

Aici, 3,4 ... 23,5 MPa sunt presiunile standard ale aburului adoptate pentru centralele cu turbine cu abur din sectorul energetic al Ucrainei.

Din rezultatele calculului rezultă că odată cu creșterea presiunii inițiale a aburului, valoarea eficienței crește. Împreună cu asta, creșterea presiunii are o serie de consecințe negative:

1) cu o creștere a presiunii, volumul de abur scade, aria de curgere a căii de curgere a turbinei și lungimea palelor scad și, în consecință, debitele de abur cresc, ceea ce duce la o scădere a eficienței relative interne. . turbine (ηоі);

2) o creștere a presiunii duce la o creștere a pierderilor de abur prin garniturile capului turbinei;

3) creșterea consumului de metal pentru echipamente și a costului instalației cu turbine cu abur.

Pentru a elimina impactul negativ odata cu o crestere a presiunii trebuie crescuta si puterea turbinei, ceea ce asigura :

1) creșterea consumului de abur (exclude o scădere a zonei de curgere în turbină și a lungimii palelor);

2) reduce deformarea relativă a aburului prin garniturile mecanice;

3) o creștere a presiunii împreună cu o creștere a puterii face posibilă compactarea conductelor și reducerea consumului de metal.

Raportul optim dintre presiunea inițială a aburului și puterea turbinei, obținut pe baza unei analize a funcționării centralelor în exploatare în străinătate, este prezentat în Figura 2.2 (raportul optim este marcat cu hașurare).

Figura 2.2 - Relația dintre puterea turbogeneratorului (N) și presiunea inițială a aburului (P1).

2.2.2 Temperatura inițială a aburului

Odată cu creșterea presiunii inițiale a aburului, conținutul de umiditate al aburului la ieșirea turbinei crește, ceea ce este ilustrat prin grafice pe diagrama iS (vezi Fig. 2.3).

P1 > P1" > P1"" (t1 = const, P2 = const)

x2< x2" < x2"" (y = 1 – x)

y2 > y2" > y2""

Figura 2.3 - Natura modificării conținutului final de umiditate al aburului cu creșterea presiunii inițiale a aburului.

Prezența umidității aburului crește pierderile prin frecare, reduce eficiența relativă internă. și provoacă eroziunea prin picurare a palelor și a altor elemente ale traseului de curgere a turbinei, ceea ce duce la distrugerea acestora.

Umiditatea maximă admisă a aburului (y2dop) depinde de lungimea palelor (ll); de exemplu:

ll ≤ 750…1000 mm y2perm ≤ 8…10%

ll ≤ 600 mm y2adm ≤ 13%

Pentru a reduce umiditatea aburului, împreună cu o creștere a presiunii aburului, temperatura acestuia ar trebui crescută, ceea ce este ilustrat în Figura 2.4.

t1 > t1" > t1"" (P2 = const)

x2 > x2" > x2"" (y = 1 - x)

y2< y2" < y2""

Figura 2.4 - Natura modificării conținutului final de umiditate al aburului cu creșterea temperaturii inițiale a aburului.

Temperatura aburului este limitată de rezistența la căldură a oțelului din care sunt fabricate supraîncălzitorul, conductele și elementele turbinei.

Este posibil să se utilizeze oțeluri de 4 clase:

1) oțeluri carbon și mangan (cu temperatură limită tpr ≤ 450…500°С);

2) oțeluri crom-molibden și crom-molibden-vanadiu din clasa perlitei (tpr ≤ 570…585°С);

3) oțeluri cu conținut ridicat de crom din clasa martensită-feritică (tpr ≤ 600…630°С);

4) oțeluri inoxidabile crom-nichel din clasa austenitică (tpr ≤ 650…700°С).

Când treceți de la o clasă de oțel la alta, costul echipamentelor crește dramatic.

Clasa de oțel

Cost relativ

În această etapă, din punct de vedere economic, este oportun să se utilizeze oțel perlitic cu o temperatură de lucru tr ≤ 540°C (565°C). Oțelurile martensit-feritice și austenitice duc la o creștere bruscă a costurilor echipamentelor.

Trebuie remarcată și influența temperaturii inițiale a aburului asupra eficienței termice. ciclul turbinei cu abur. O creștere a temperaturii aburului duce la o creștere a eficienței termice:

Centrale hidraulice (HPP) și depozitare prin pompare (PSPP) care utilizează energia apei în cădere

Centrale nucleare (CNP) care utilizează energia fisiunii nucleare

Centrale diesel (DPP)

Centrale termice cu turbină cu gaz (GTU) și centrale cu ciclu combinat (CCGT)

Centrale solare (SPP)

Centrale eoliene (WPP)

Centrale geotermale (GEOTES)

Centrale mareomotrice (TPP)

Cel mai adesea în energia modernă se disting energia tradițională și cea netradițională.

Sectorul energetic tradițional este împărțit în principal în industria energiei electrice și industria energiei termice.

Cel mai convenabil tip de energie este electrică, care poate fi considerată baza civilizației. Transformarea energiei primare în energie electrică se realizează la centralele electrice.

Țara noastră produce și consumă o cantitate imensă de energie electrică. Este produs aproape în totalitate de cele trei tipuri principale de centrale electrice: centrale termice, nucleare și hidroelectrice.

Aproximativ 70% din electricitatea mondială este generată de centrale termice. Acestea sunt împărțite în centrale termice în condensare (CPP), care produc numai energie electrică, și centrale termice combinate (CHP), care produc energie electrică și căldură.

În Rusia, aproximativ 75% din energie este produsă de centralele termice. TPP-urile sunt construite în zonele de extracție a combustibilului sau în zonele de consum de energie. Este avantajoasă să construiești centrale hidroelectrice pe râurile de munte cu curgere plină. Prin urmare, cele mai mari centrale hidroelectrice sunt construite pe râurile siberiene. Yenisei, Angara. Dar pe râurile plate s-au construit și cascade de hidrocentrale: Volga, Kama.

Centralele nucleare sunt construite în zonele în care se consumă multă energie, iar alte resurse energetice nu sunt suficiente (în partea de vest a țării).

Principalul tip de centrale electrice din Rusia sunt termice (TPP). Aceste instalații generează aproximativ 67% din energia electrică a Rusiei. Amplasarea lor este influențată de factorii de combustibil și de consum. Cele mai puternice centrale electrice sunt situate în locurile de extragere a combustibilului. Centralele termice care utilizează combustibil transportabil, cu conținut ridicat de calorii, sunt orientate spre consumator.

Fig.1. Schema schematică a unei centrale termice

Schema schematică a unei centrale termice este prezentată în Fig.1. Trebuie avut în vedere faptul că în proiectarea sa pot fi prevăzute mai multe circuite - lichidul de răcire din reactorul de combustibil poate să nu ajungă imediat la turbină, dar să renunțe la căldura sa din schimbătorul de căldură la lichidul de răcire al următorului circuit, care poate deja intră în turbină sau poate transfera în continuare energia acesteia către următorul contur. De asemenea, în orice centrală electrică este prevăzut un sistem de răcire a lichidului de răcire uzat pentru a aduce temperatura lichidului de răcire la valoarea necesară pentru reciclare. Dacă există o așezare în apropierea centralei electrice, atunci acest lucru se realizează prin utilizarea căldurii vehiculului de căldură reziduală pentru a încălzi apa pentru încălzirea caselor sau apă caldă, iar dacă nu, atunci căldura în exces a vehiculului de căldură reziduală este pur și simplu evacuată în atmosfera din turnurile de răcire. Turnurile de răcire sunt folosite cel mai adesea ca condensator pentru aburul evacuat la centralele nenucleare.

Echipamentul principal al TPP este un boiler-generator de abur, o turbină, un generator, un condensator de abur, o pompă de circulație.

În cazanul generatorului de abur, atunci când combustibilul este ars, se eliberează energie termică, care este transformată în energie de vapori de apă. În turbină, energia vaporilor de apă este transformată în energie mecanică de rotație. Generatorul transformă energia mecanică de rotație în energie electrică. Schema CHP este diferită prin faptul că, pe lângă energia electrică, generează și căldură prin eliminarea unei părți a aburului și încălzirea apei furnizate rețelei de căldură cu aceasta.

Există centrale termice cu turbine cu gaz. Fluidul de lucru și ele - gaz cu aer. Gazul este eliberat în timpul arderii combustibilului organic și este amestecat cu aerul încălzit. Amestecul gaz-aer la 750-770°C este alimentat în turbină, care rotește generatorul. Centralele termice cu turbine cu gaz sunt mai manevrabile, ușor de pornit, oprit și reglat. Dar puterea lor este de 5-8 ori mai mică decât cele cu abur.

Procesul de generare a energiei electrice la centralele termice poate fi împărțit în trei cicluri: chimic - procesul de ardere, în urma căruia căldura este transferată în abur; mecanic - energia termică a aburului este transformată în energie de rotație; electrică - energia mecanică este transformată în energie electrică.

Eficiența globală a unui TPP constă din produsul randamentului (η) al ciclurilor:

Eficiența unui ciclu mecanic ideal este determinată de așa-numitul ciclu Carnot:

unde T 1 si T 2 - temperatura aburului la intrarea si iesirea turbinei cu abur.

La centralele termice moderne T 1 =550°C (823°K), T 2 =23°C (296°K).

Ținând cont practic de pierderi η TES = 36-39%. Datorită utilizării mai complete a energiei termice, randamentul CHP = 60-65%.

O centrală nucleară diferă de o centrală termică prin faptul că cazanul este înlocuit cu un reactor nuclear. Căldura reacției nucleare este folosită pentru a produce abur.

Energia primară la centralele nucleare este energia nucleară internă, care este eliberată în timpul fisiunii nucleare sub formă de energie cinetică colosală, care, la rândul ei, este transformată în căldură. Instalația în care au loc aceste transformări se numește reactor.

Prin miezul reactorului trece un lichid de răcire, care servește la îndepărtarea căldurii (apă, gaze inerte etc.). Lichidul de răcire transportă căldura în generatorul de abur, dând-o apei. Vaporii de apă rezultați intră în turbină. Puterea reactorului este controlată cu tije speciale. Ele sunt introduse în miez și modifică fluxul de neutroni și, prin urmare, intensitatea reacției nucleare.

Combustibilul nuclear natural al unei centrale nucleare este uraniul. Pentru protecția biologică împotriva radiațiilor se folosește un strat de beton gros de câțiva metri.

La arderea a 1 kg de cărbune se pot obține 8 kWh de energie electrică, iar cu un consum de 1 kg de combustibil nuclear se generează 23 de milioane de kWh de energie electrică.

De mai bine de 2000 de ani, omenirea folosește energia apei a Pământului. Acum energia apei este utilizată în hidrocentrale (HPP) de trei tipuri:

centrale hidraulice (HPP);
centralele mareomotrice (TPP) care utilizează energia mareelor mărilor și oceanelor;
stații de pompare-stocare (PSPP) care acumulează și utilizează energia rezervoarelor și a lacurilor.

Resursele hidroenergetice din turbina centralei sunt transformate în energie mecanică, care este transformată în energie electrică în generator.

Astfel, principalele surse de energie sunt combustibilul solid, petrolul, gazul, apa, energia dezintegrarii nucleelor de uraniu și alte substanțe radioactive.

Procesul de conversie a energiei termice în energie electrică se reflectă în scheme termice simplificate (principale) sau complete.

Schema schematică a centralei termice prezintă principalele fluxuri de purtători de căldură asociate echipamentelor principale și auxiliare în procesele de transformare a căldurii combustibilului ars pentru generarea și furnizarea de energie electrică și căldură către consumatori. În practică, un circuit termic este redus la o diagramă a căii abur-apă a unei centrale termice (unitate de putere), ale cărei elemente sunt de obicei prezentate în imagini condiționate.

O diagramă termică simplificată (principală) a unei centrale termice pe cărbune este prezentată în fig. 3.1.

Cărbunele este alimentat în buncărul de combustibil 1 , iar de la ea - la instalația de zdrobire 2 unde se transformă în praf. Praful de cărbune intră în cuptorul generatorului de abur (cazanul de abur) 3 , care are un sistem de tuburi în care circulă apa purificată chimic, numită apă nutritivă. Apa in cazan

Orez. 3.1. Schema termică simplificată a unei turbine cu abur

centrală termică pe cărbune pulverizat și aspectul roții turbinei cu abur

se încălzește, se evaporă, iar aburul saturat rezultat este adus în supraîncălzitor la o temperatură de 400-650 ° C și sub o presiune de 3 ... 25 MPa intră în turbina cu abur prin conducta de abur. 4 . Parametrii aburului supraîncălzit T 0 , P 0 (temperatura și presiunea la intrarea turbinei) depind de puterea unităților. La IES, tot aburul este folosit pentru a genera electricitate. Într-o centrală de cogenerare, o parte a aburului este utilizată complet în turbină pentru a genera energie electrică în generator. 5 și apoi merge la condensator 6 , iar celălalt, care are o temperatură și o presiune ridicate, este preluat din treapta intermediară a turbinei și utilizat pentru alimentarea cu căldură (linia întreruptă în fig. 3.1). Pompa de condens 7 prin dezaerator 8 iar apoi pompa de alimentare 9 introdus în generatorul de abur. Cantitatea de abur extrasa depinde de nevoile intreprinderilor de energie termica.

Schema termică completă (PTS) diferă de cel de principiu prin faptul că afișează complet echipamente, conducte, supape de închidere, control și protecție. Schema termică completă a unității de putere constă din diagrame ale unităților individuale, inclusiv unitatea la nivelul întregii fabrici (rezervoare de condens cu pompe de transfer, alimentarea rețelei de încălzire, încălzire cu apă brută etc.). Conductele auxiliare includ conducte de ocolire, drenaj, scurgere, auxiliare, aspirarea amestecului de abur-aer. Denumirile liniilor și fitingurilor PTS sunt după cum urmează:

3.1.1.1. Scheme termice ale CES

Majoritatea CPP-urilor din țara noastră folosesc praf de cărbune drept combustibil. Este nevoie de câteva sute de grame de cărbune pentru a genera 1 kWh de energie electrică. Într-un cazan cu abur, mai mult de 90% din energia eliberată de combustibil este transferată în abur. În turbină, energia cinetică a jeturilor de abur este transferată rotorului (vezi Fig. 3.1). Arborele turbinei este conectat rigid la arborele generatorului. Turbinele moderne cu abur pentru centrale termice sunt mașini de mare viteză (3000 rpm) extrem de economice, cu o durată de viață lungă.

CPP-uri de mare putere pe combustibil organic sunt în prezent construite în principal pentru parametri inițiali ridicati ai aburului și presiune finală scăzută (vid profund). Acest lucru face posibilă reducerea consumului de căldură pe unitatea de energie electrică generată, deoarece parametrii inițiali sunt mai mari P 0 Și T 0 înaintea turbinei și sub presiunea finală a aburului P k, cu atât eficiența instalației este mai mare. Prin urmare, aburul care intră în turbină este adus la parametri înalți: temperatură - până la 650 ° C și presiune - până la 25 MPa.

Figura 3.2 prezintă scheme termice simplificate tipice ale IES alimentate cu combustibili fosili. Conform schemei din figura 3.2, dar căldura este furnizată ciclului numai atunci când este generat abur și încălzit la temperatura de supraîncălzire selectată t bandă; conform schemei din figura 3.2, b Odată cu transferul de căldură în aceste condiții, căldura este furnizată aburului după ce acesta a funcționat în partea de înaltă presiune a turbinei.

Prima schemă se numește schemă fără reîncălzire, a doua - schemă cu reîncălzire a aburului.. După cum se știe din cursul termodinamicii, eficiența termică a celei de-a doua scheme cu aceiași parametri inițiali și finali și alegerea corectă a parametrilor de reîncălzire este mai mare.

Conform ambelor scheme, abur de la cazanul de abur 1 merge la turbină 2 situat pe acelasi arbore cu generatorul electric 3 . Aburul evacuat se condensează în condensator 4 racit de apa tehnica care circula in tuburi. Turbină Pompă Condens Condens 5 prin încălzitoare regenerative 6 introdus în dezaerator 8 .

Dezaeratorul servește la îndepărtarea gazelor dizolvate în el din apă; în același timp, în ea, precum și în încălzitoarele regenerative, apa de alimentare este încălzită cu abur prelevat în acest scop din scurgerea turbinei. Dezaerarea apei se efectuează pentru a aduce conținutul de oxigen și dioxid de carbon din ea la valori acceptabile și, prin urmare, pentru a reduce rata de coroziune a metalului în căile de apă și abur. În același timp, un dezaerator poate fi absent într-un număr de scheme termice CPP. În acest așa-numit regim de apă cu oxigen neutru, o anumită cantitate de oxigen, peroxid de hidrogen sau aer este furnizată în apa de alimentare; dezaeratorul din circuit nu este necesar.

R
este. 3.1. Scheme termice tipice ale turbinei cu abur

unități de condensare care funcționează cu combustibil organic fără

reîncălzire cu abur ( dar) și cu un intermediar

supraîncălzire ( b)

Apa dezaerata prin pompa de alimentare 9 prin încălzitoare 10 alimentat în centrala de cazane. Condens de abur de încălzire format în încălzitoare 10 , cade în cascadă în dezaerator 8 , iar condensul aburului de încălzire a încălzitoarelor 6 este alimentat de o pompă de drenaj 7 în linia prin care curge condensul din condensator 4 .

Schemele termice descrise sunt în mare măsură tipice și se modifică nesemnificativ odată cu creșterea puterii unității și a parametrilor inițiali ai aburului.

Deaeratorul și pompa de alimentare împart circuitul de încălzire regenerativă în grupuri de HPH (încălzitor de înaltă presiune) și HDPE (încălzitor de joasă presiune). Grupul HPH constă de obicei din 2-3 încălzitoare cu un scurgere în cascadă până la dezaerator. Dezaeratorul este alimentat cu abur de aceeași extracție ca și HPH din amonte. O astfel de schemă de pornire a unui dezaerator pentru abur este larg răspândită. Deoarece în dezaerator se menține o presiune constantă a aburului, iar presiunea în extracție scade proporțional cu scăderea debitului de abur către turbină, o astfel de schemă creează o marjă de presiune pentru extracție, care se realizează în HPH din amonte. Grupul HDPE este format din 3–5 încălzitoare regenerative și 2–3 auxiliare. În prezența unei unități de evaporare (turn de răcire), condensatorul evaporatorului este conectat între LPH.

CPP-urile care produc numai energie electrică au o eficiență scăzută (30–40%), deoarece o cantitate mare de căldură generată este evacuată în atmosferă prin condensatoare de abur, turnuri de răcire și se pierde cu gazele de ardere și apa de răcire a condensatorului.