Žiaľ, prechod na výstavbu tepelných elektrární s kombinovaným cyklom (CCGT) namiesto parných turbín viedol k ešte viac prudký pokles diaľkového vykurovania v celkovej výrobe energie. To následne vedie k zvýšeniu energetickej náročnosti HDP a zníženiu konkurencieschopnosti domácich produktov, ako aj k zvýšeniu nákladov na bývanie a komunálne služby.

¦ vysoká účinnosť výroby elektriny v CCGT CHPP s využitím kondenzačného cyklu až 60 %;

¦ ťažkosti s umiestnením CCGT CHP zariadení v hustých mestských oblastiach, ako aj zvýšenie dodávok paliva do miest;

¦ podľa zavedenej tradície sú CCGT KVET vybavené podobne ako stanice parných turbín vykurovacími turbínami typu T.

Výstavba tepelných elektrární s turbínami typu P od 90. rokov 20. storočia. storočia bola prakticky zastavená. V časoch pred perestrojkou pochádzalo asi 60 % tepelnej záťaže miest z priemyselných podnikov. Ich potreba tepla na realizáciu technologických procesov bola počas celého roka pomerne stabilná. V ranných a večerných hodinách maximálnej spotreby elektrickej energie v mestách boli špičky v napájaní vyhladené zavedením vhodných režimov na obmedzenie dodávok elektrickej energie do priemyselných podnikov. Inštalácia turbín typu P na KVET bola ekonomicky opodstatnená z dôvodu ich nižšej ceny a efektívnejšej spotreby energetických zdrojov v porovnaní s turbínami typu T. paroplynový energetický zdroj palivo

Posledných 20 rokov v dôsledku prudkého poklesu priemyselná produkcia Režim dodávok energie pre mestá sa výrazne zmenil. V súčasnosti mestské tepelné elektrárne pracujú podľa vykurovacieho plánu, v ktorom je letná tepelná záťaž len 15-20% vypočítaná hodnota. Denný harmonogram spotreby elektrickej energie sa stal nerovnomernejším zaraďovaním elektrickej záťaže obyvateľstvom vo večerných hodinách, čo súvisí s rýchlym nárastom poskytovania elektrickej energie obyvateľom. domáce prístroje. Okrem toho sa ukázalo, že vyrovnanie harmonogramu spotreby energie zavedením vhodných obmedzení pre priemyselných spotrebiteľov z dôvodu ich malého podielu na celkovej spotrebe energie je nemožné. Jediná vec nie je taká dobrá efektívnym spôsobom Riešením problému bolo zníženie večerného maxima zavedením znížených taríf v noci.

Preto v tepelných elektrárňach s parnými turbínami s turbínami typu P, kde je výroba tepelnej a elektrickej energie prísne prepojená, sa použitie takýchto turbín ukázalo ako nerentabilné. Protitlakové turbíny sa dnes vyrábajú len s malým výkonom, aby sa zvýšila prevádzková účinnosť mestských parných kotolní ich prevedením do kogeneračného režimu.

Tento zabehnutý prístup bol zachovaný aj pri výstavbe CCGT KVET. Zároveň v paroplynovom cykle neexistuje striktný vzťah medzi dodávkou tepelnej a elektrickej energie. Na týchto staniciach s turbínami typu P je možné pokrytie večerného maximálneho elektrického zaťaženia dosiahnuť dočasným zvýšením dodávky elektriny v cykle plynovej turbíny. Krátkodobé zníženie dodávky tepla do vykurovacieho systému nemá vplyv na kvalitu vykurovania vzhľadom na tepelnoakumulačnú schopnosť budov a tepelnej siete.

Schematický diagram CCGT kogeneračnej jednotky s protitlakovými turbínami zahŕňa dve plynové turbíny, kotol na odpadové teplo, turbínu typu P a špičkový kotol (obr. 2). Špičkový kotol, ktorý môže byť inštalovaný mimo areálu CCGT, nie je na obrázku znázornený.

Z obr. 2 je vidieť, že CCGT blok tepelnej elektrárne pozostáva z plynovej turbínovej jednotky pozostávajúcej z kompresora 1, spaľovacej komory 2 a plynovej turbíny 3. Výfukové plyny z plynovej turbíny sú smerované do odpadového tepla. kotla (HRB) 6 alebo do obtokového potrubia 5, v závislosti od polohy brány 4, a prechádzajú cez sériu výmenníkov tepla, v ktorých sa ohrieva voda, para sa oddeľuje v nízkotlakových bubnoch 7 a vysokotlakových bubnoch 8 a odoslaná do jednotky parnej turbíny (STU) 11. Navyše nasýtená para nízky tlak vstupuje do medzikomoru STU a vysokotlaková para sa predhrieva v regeneračnom kotli a posiela sa do hlavy STU. Para opúšťajúca STU sa kondenzuje v sieťovom vodnom výmenníku tepla 12 a je posielaná čerpadlami 13 kondenzátu. do plynového ohrievača 14 kondenzátu, a potom poslaný do odvzdušňovača 9 a z neho na KU.

Keď tepelná záťaž neprekročí základnú, stanica pracuje úplne podľa plánu vykurovania (ATEC = 1). Ak tepelné zaťaženie prekročí základné zaťaženie, zapne sa špičkový kotol. Potrebné množstvo elektriny pochádza z externých výrobných zdrojov prostredníctvom mestských elektrických sietí.

Sú však možné situácie, keď potreba elektriny prevyšuje objem jej dodávky z externých zdrojov: v mrazivých dňoch so zvýšením spotreby elektriny vykurovacími spotrebičmi pre domácnosť; v prípade havárií na výrobných zariadeniach a elektrických sieťach. V takýchto situáciách je výkon plynových turbín v tradičnom prístupe úzko spätý s výkonom kotla na odpadové teplo, ktorý je zase diktovaný potrebou tepelnej energie v súlade s harmonogramom vykurovania a môže byť nedostatočný na uspokojenie zvýšeného dopyt po elektrine.

Na pokrytie vzniknutého nedostatku elektriny sa plynová turbína čiastočne prepne okrem kotla na odpadové teplo aj na vypúšťanie splodín spaľovania priamo do atmosféry. Jednotka CCGT KVET je tak dočasne prevedená do zmiešaného režimu - s paroplynovými a plynovými turbínovými cyklami.

Je známe, že jednotky s plynovou turbínou majú vysokú manévrovateľnosť (rýchlosť získavania a vybíjania elektrickej energie). Preto stále v Sovietsky čas Mali slúžiť spolu s prečerpávacími stanicami na vyhladenie režimu napájania.

Okrem toho je potrebné poznamenať, že výkon, ktorý vyvíjajú, sa zvyšuje s klesajúcou teplotou vonkajšieho vzduchu a presne pri nízke teploty Počas najchladnejšieho obdobia roka sa pozoruje maximálna spotreba energie. Toto je uvedené v tabuľke.

Keď výkon dosiahne viac ako 60 % vypočítanej hodnoty, emisie škodlivých plynov NOx a CO sú minimálne (obr. 3).

Aby sa predišlo zníženiu výkonu plynových turbín o viac ako 40%, je počas medziohrevu jedna z nich vypnutá.

Zvýšenie energetickej účinnosti tepelných elektrární možno dosiahnuť centralizovaným zásobovaním chladením mestských mikroštvrtí. V prípade havarijných situácií na CCGT CHPP je vhodné postaviť nízkovýkonové plynové turbíny v samostatných budovách.

V oblastiach hustej mestskej zástavby veľkých miest je vhodné pri rekonštrukciách existujúcich tepelných elektrární s parnými turbínami, ktoré už majú vyčerpanú životnosť, vytvoriť na ich základe paroplynovú elektráreň s turbínami typu R. Výsledkom je, že uvoľňujú sa plochy, ktoré zaberá chladiaci systém (chladiace veže a pod.), ktoré je možné využiť na iné účely.

Porovnanie CCGT CHPP s protitlakovými turbínami (typ P) a CCGT CHPP s kondenzačnými extrakčnými turbínami (typ T) nám umožňuje urobiť nasledovné závery.

  • 1. V oboch prípadoch faktor palivovej účinnosti závisí od podielu výroby elektriny na základe tepelnej spotreby na celkovom objeme výroby.
  • 2. V CCGT KVET s turbínami typu T dochádza k celoročným stratám tepelnej energie v okruhu chladenia kondenzátu; najväčšie straty - v letné obdobie, kedy je množstvo odberu tepla obmedzené len dodávkou teplej vody.
  • 3. V CCGT KVET s turbínami typu R sa účinnosť stanice znižuje len v obmedzenom časovom období, kedy je potrebné pokryť vzniknutý výpadok v napájaní.
  • 4. Charakteristiky manévrovateľnosti (rýchlosť zaťaženia a prepadu) plynových turbín sú mnohonásobne vyššie ako charakteristiky parných turbín.

Teda pre podmienky výstavby staníc v centrách veľké mestá CCGT CHPP s protitlakovými turbínami (typ P) sú vo všetkých ohľadoch lepšie ako kombinované CHPP s kondenzačnými extrakčnými turbínami (typ T). Ich umiestnenie si vyžaduje podstatne menšiu plochu, hospodárnejšie využívajú palivo a menší je aj ich škodlivý vplyv na životné prostredie.

Na to je však potrebné vykonať príslušné zmeny v regulačnom rámci pre projektovanie čerpacích staníc s kombinovaným cyklom.

Prax v posledných rokoch ukazuje, že investori, ktorí budujú prímestské CCGT CHP elektrárne v dosť voľných oblastiach, uprednostňujú výrobu elektriny a zásobovanie teplom považujú za vedľajšiu činnosť. Vysvetľuje to skutočnosť, že účinnosť staníc, dokonca aj v kondenzačnom režime, môže dosiahnuť 60% a výstavba vykurovacích sietí si vyžaduje dodatočné náklady a početné schválenia rôznych štruktúr. V dôsledku toho môže byť koeficient zahrievania ATPP nižší ako 0,3.

Preto je nevhodné pri projektovaní CCGT CHP, aby každá jednotlivá stanica zahrnula do technického riešenia optimálnu hodnotu ACHP. Úlohou je nájsť optimálny podiel vykurovania v systéme zásobovania teplom celého mesta.

V súčasnosti sa koncepcia výstavby výkonných tepelných elektrární na miestach, kde sa vyrába palivo, ďaleko od veľkých miest, vyvinutá v sovietskych časoch, opäť stala aktuálnou. Je to dané jednak zvýšením podielu využívania lokálnych palív v regionálnom palivovo-energetickom komplexe, ako aj vytvorením nových návrhov teplovodov (vzduchové uloženie) s takmer zanedbateľným poklesom teplotného potenciálu pri preprave chladiva.

Takéto tepelné elektrárne môžu byť vytvorené buď na báze parného turbínového cyklu s priamym spaľovaním lokálneho paliva, alebo plynového cyklu s kombinovaným cyklom s využitím plynu získaného z plynárenských zariadení.


Do tepelných elektrární(CHP) zahŕňajú elektrárne, ktoré vyrábajú a dodávajú spotrebiteľom nielen elektrinu, ale aj termálna energia. V tomto prípade para z medziodťahov turbíny, čiastočne už využívaná v prvých fázach expanzie turbíny na výrobu elektriny, ako aj horúca voda s teplotou 100 – 150 °C, ohrievaná parou odoberanou z turbíny , slúžia ako chladiace kvapaliny. Para z parného kotla vstupuje parovodom do turbíny, kde expanduje na tlak v kondenzátore a jej potenciálna energia sa premieňa na mechanickú prácu rotácie rotora turbíny a rotora generátora s ním spojeného. Po niekoľkých expanzných stupňoch sa časť pary odoberie z turbíny a pošle parovodom k spotrebiču pary. Miesto odberu pary, a teda aj jej parametre sú nastavené s ohľadom na požiadavky spotrebiteľa. Keďže teplo v tepelnej elektrárni sa vynakladá na výrobu elektrickej a tepelnej energie, účinnosť tepelných elektrární sa líši vo výrobe a dodávke elektriny a výrobe a dodávke tepelnej energie.

Jednotky s plynovou turbínou(GTU) pozostávajú z troch hlavných prvkov: vzduchového kompresora, spaľovacej komory a plynovej turbíny. Vzduch z atmosféry vstupuje do kompresora poháňaného štartovacím motorom a je stlačený. Potom sa pod tlakom privádza do spaľovacej komory, kde je súčasne palivovým čerpadlom dodávané kvapalné alebo plynné palivo. Aby sa teplota plynu znížila na prijateľnú úroveň (750-770 °C), do spaľovacej komory sa privádza 3,5-4,5-krát viac vzduchu, ako je potrebné na spaľovanie paliva. V spaľovacej komore je rozdelený na dva prúdy: jeden prúd vstupuje do plameňovej trubice a zabezpečuje úplné spálenie paliva a druhý prúdi okolo plameňovej trubice zvonku a zmiešaním s produktmi spaľovania znižuje ich teplotu. Po spaľovacej komore vstupujú plyny do plynovej turbíny, ktorá je umiestnená na rovnakom hriadeli ako kompresor a generátor. Tam expandujú (približne na atmosférický tlak), vykonávajú prácu otáčaním hriadeľa turbíny a potom sú vyhodené von komínom. Výkon plynovej turbíny je výrazne menší ako výkon parnej turbíny a v súčasnosti je účinnosť okolo 30 %.

Zariadenia s kombinovaným cyklom(CCG) sú kombináciou jednotiek parnej turbíny (STU) a plynovej turbíny (GTU). Táto kombinácia umožňuje znížiť straty odpadového tepla z plynových turbín alebo tepla z výfukových plynov parných kotlov, čo zabezpečuje zvýšenie účinnosti v porovnaní s jednotlivými parnými turbínami a plynovými turbínami. Okrem toho sa takouto kombináciou dosiahne množstvo konštrukčných výhod vedúcich k lacnejšej inštalácii. Rozšírili sa dva typy CCGT jednotiek: jednotky s vysokotlakovými kotlami a jednotky s odvodom spalín z turbíny do spaľovacej komory bežného kotla. Vysokotlakový kotol beží na plyn alebo čistené kvapalné palivo. Spaliny opúšťajúce kotol pri vysokej teplote a pretlaku sú nasmerované do plynovej turbíny, na tom istom hriadeli, s ktorým je umiestnený kompresor a generátor. Kompresor tlačí vzduch do spaľovacej komory kotla. Para z vysokotlakového kotla smeruje do kondenzačnej turbíny na tom istom hriadeli, s ktorým je umiestnený generátor. Para odsávaná v turbíne prechádza do kondenzátora a po kondenzácii je čerpadlom privádzaná späť do kotla. Výfukové plyny turbíny sa privádzajú do ekonomizéra na ohrev napájacej vody kotla. V tejto schéme nie je potrebný odsávač dymu na odstraňovanie výfukových plynov z vysokotlakového kotla, funkciu dúchadla vykonáva kompresor. Účinnosť inštalácie ako celku dosahuje 42-43%. V inej schéme zariadenia s kombinovaným cyklom sa teplo výfukových plynov turbíny využíva v kotle. Možnosť odvádzania výfukových plynov z turbíny do spaľovacej komory kotla je založená na skutočnosti, že v spaľovacej komore agregátu plynovej turbíny dochádza k spaľovaniu paliva (plynu) s veľkým prebytkom vzduchu a obsahom kyslíka vo výfukových plynoch. (16-18%) postačuje na spálenie väčšiny paliva.



29. JE: štruktúra, typy reaktorov, parametre, prevádzkové charakteristiky.

Jadrové elektrárne sú klasifikované ako tepelné elektrárne, pretože ich zariadenie obsahuje generátory tepla, chladiacu kvapalinu a elektrický generátor. prúd - turbína.

JE môžu byť kondenzačné elektrárne, elektrárne na kombinovanú výrobu tepla a elektriny (CHP), jadrové elektrárne (HSP).

Jadrové reaktory sú klasifikované podľa rôznych kritérií:

1. podľa úrovne energie neutrónov:

Na tepelných neutrónoch

Na rýchlych neutrónoch

2. podľa typu moderátora neutrónov: voda, ťažká voda, grafit.

3. podľa typu chladiacej kvapaliny: voda, ťažká voda, plyn, tekutý kov

4. podľa počtu okruhov: jedno-, dvoj-, trojokruhové

V moderných reaktoroch sa tepelné neutróny používajú hlavne na štiepenie jadier zdrojového paliva. Všetky z nich majú v prvom rade tzv jadro, do ktorej sa nakladá jadrové palivo s obsahom uránu 235 moderátor(zvyčajne grafit alebo voda). Na zníženie úniku neutrónov z jadra je jadro obklopené reflektor , zvyčajne z rovnakého materiálu ako moderátor.

Za reflektorom sa nachádza mimo reaktora ochrana betónu z rádioaktívneho žiarenia. Zaťaženie reaktora jadrovým palivom zvyčajne výrazne prevyšuje kritické zaťaženie. Aby sa reaktor nepretržite udržiaval v kritickom stave pri dohorení paliva, do aktívnej zóny sa zavádza silný absorbér neutrónov vo forme tyčiniek bórmočoviny. Takéto tyče volal regulácia alebo kompenzáciu. Počas jadrového štiepenia sa uvoľňuje veľké množstvo teplo, ktoré sa odoberá chladiaca kvapalina do výmenníka tepla parný generátor, kde sa mení na pracovnú tekutinu – paru. Vstúpi para turbína a otáča svoj rotor, ktorého hriadeľ je spojený s hriadeľom generátor. Para vyčerpaná v turbíne vstupuje kondenzátor, potom kondenzovaná voda opäť ide do výmenníka tepla a cyklus sa opakuje.

Parno-plyn sa nazývajú elektrárne (PGU), v ktorej sa teplo výfukových plynov zariadenia s plynovou turbínou priamo alebo nepriamo využíva na výrobu elektriny v cykle parnej turbíny.

Na obr. Obrázok 4.10 znázorňuje schematický diagram najjednoduchšieho zariadenia s kombinovaným cyklom, takzvaný typ využitia. Výfukové plyny plynovej turbíny vstupujú do rekuperačný kotol- protiprúdový výmenník tepla, v ktorom pôsobením tepla horúcich plynov vzniká para vysokých parametrov smerovaná do parnej turbíny.

Obrázok 4.10. Schematický diagram najjednoduchšieho zariadenia s kombinovaným cyklom

Kotol na odpadové teplo je obdĺžniková šachta, v ktorej sú umiestnené výhrevné plochy tvorené postriebrenými rúrkami, do ktorých sa privádza pracovná kvapalina závod s parnou turbínou(voda alebo para). V najjednoduchšom prípade sa vykurovacie plochy kotla na odpadové teplo skladajú z troch prvkov: ekonomizéra 3, výparníka 2 a prehrievača 1. Ústredným prvkom je výparník, pozostávajúci z bubna 4 (dlhý valec naplnený do polovice vodou), niekoľkých zvislých rúr 7 a pomerne tesne inštalovaných zvislých rúrok samotného výparníka 8. Výparník funguje na princípe prirodzenej konvekcie. Odparovacie potrubia sú umiestnené v zóne s vyššími teplotami ako zvodiče. Preto sa v nich voda ohrieva, čiastočne vyparuje a preto sa stáva ľahšou a stúpa hore do bubna. Uvoľnený priestor sa naplní chladnejšou vodou cez zvody z bubna. Nasýtená para sa zhromažďuje v hornej časti bubna a posiela sa do potrubí prehrievača 1. Prúd pary z bubna 4 je kompenzovaný prívodom vody z ekonomizéra 3. V tomto prípade bude privádzaná voda prechádzať cez odparovacie potrubie mnohokrát pred úplným odparením. Preto sa opísaný kotol na odpadové teplo nazýva kotol s prirodzenou cirkuláciou.

Ekonomizér ohrieva vstupnú napájaciu vodu takmer na bod varu. Z bubna sa suchá nasýtená para dostáva do prehrievača, kde sa prehreje nad teplotu nasýtenia. Teplota výslednej prehriatej pary t 0 je samozrejme vždy nižšia ako teplota plynov q G prichádzajúce z plynovej turbíny (zvyčajne 25 - 30 °C).

Pod schémou kotla na odpadové teplo na obr. Obrázok 4.10 ukazuje zmenu teplôt plynov a pracovnej tekutiny pri ich pohybe smerom k sebe. Teplota plynu postupne klesá z hodnoty q Г na vstupe na hodnotu qух teplota výfukových plynov. Pohyb smerom k Napájacia voda zvýši svoju teplotu v ekonomizéri na bod varu(bodka A). Pri tejto teplote (na hranici varu) voda vstupuje do výparníka. Voda sa v nej vyparuje. Zároveň sa nemení jeho teplota (proces a - b). Na mieste b pracovná kvapalina je vo forme sušiny nasýtená para. Ďalej sa prehrievač prehreje na hodnotu t 0 .

Para vznikajúca na výstupe z prehrievača smeruje do parnej turbíny, kde expanduje a pracuje. Z turbíny výfuková para vstupuje do kondenzátora a kondenzuje pomocou napájacieho čerpadla. 6 , zvyšujúci tlak napájacej vody, sa posiela späť do kotla na odpadové teplo.

Zásadný rozdiel medzi parnou elektrárňou (SPU) paroplynovej elektrárne a klasickým zdrojom tepelnej elektrárne je teda len v tom, že v kotle na odpadové teplo sa nespaľuje palivo a teplo potrebné na prevádzku zdroja tepla CCGT zariadenie sa odoberá z výfukových plynov zariadenia s plynovou turbínou. Všeobecná forma kotol na odpadové teplo je znázornený na obr. 4.11.

Obrázok 4.11. Celkový pohľad na kotol na odpadové teplo

Elektráreň s CCGT jednotkou je znázornená na obr. 4.12, na ktorom je znázornená tepelná elektráreň s tromi pohonnými jednotkami. Každá pohonná jednotka pozostáva z dvoch susediacich jednotiek s plynovou turbínou 4 typu V94.2 spol Siemens, z ktorých každý má svoje vlastné výfukové plyny vysoká teplota odošle do svojho kotla na odpadové teplo 8 . Para generovaná týmito kotlami je smerovaná do jednej parnej turbíny 10 s elektrickým generátorom 9 a kondenzátor umiestnený v kondenzačnej miestnosti pod turbínou. Každý takýto energetický blok má celkový výkon 450 MW (každá plynová turbína a parná turbína má výkon približne 150 MW). Medzi výstupným difúzorom 5 a kotol na odpadové teplo 8 nainštalovaný obtokový (obtokový) komín 12 a plynotesnou bránou 6 .

Obrázok 4.12. Elektráreň s CCGT

Hlavné výhody PSU.

1. Zariadenie s kombinovaným cyklom je v súčasnosti najhospodárnejším motorom používaným na výrobu elektriny.

2. Zariadenie s kombinovaným cyklom je motor, ktorý je najekologickejší. Vysvetľuje to predovšetkým vysoká účinnosť – veď všetko teplo obsiahnuté v palive, ktoré sa nedokázalo premeniť na elektrickú energiu, sa uvoľňuje do okolia a dochádza k jeho tepelnému znečisteniu. Preto zníženie tepelných emisií z CCGT v porovnaní s parnou elektrárňou približne zodpovedá zníženiu spotreby paliva na výrobu elektriny.

3. Zariadenie s kombinovaným cyklom je veľmi dobre ovládateľný motor, s ktorým sa v ovládateľnosti môže porovnávať iba autonómna plynová turbína. Potenciálne vysoká manévrovateľnosť parnej turbíny je zabezpečená prítomnosťou plynovej turbíny v jej konštrukcii, ktorej zaťaženie sa mení v priebehu niekoľkých minút.

4. Pri rovnakom výkone paroplynových elektrární a tepelných elektrární s kombinovaným cyklom je spotreba chladiacej vody v CCGT elektrárni približne trikrát nižšia. Je to dané tým, že výkon parnej časti CCGT je 1/3 celkového výkonu a GTU prakticky nepotrebuje chladiacu vodu.

5. CCGT má nižšie náklady na inštalovanú jednotku výkonu, čo súvisí s menším objemom stavebnej časti, absenciou zložitého energetického kotla, drahým komínom, regeneračným vykurovacím systémom na napájaciu vodu, použitím tzv. jednoduchšia parná turbína a systém zásobovania technickou vodou.

ZÁVER

Hlavnou nevýhodou všetkých tepelných elektrární je, že všetky druhy používaného paliva sú nenahraditeľné prírodné zdroje, ktoré postupne končia. Okrem toho tepelné elektrárne spotrebúvajú značné množstvo paliva (každý deň jedna štátna okresná elektráreň s výkonom 2000 MW spáli dva vlaky uhlia denne) a sú ekologicky najšpinavšími zdrojmi elektriny, najmä ak sú v prevádzke na palivá s vysokým obsahom popola síry. Preto v súčasnosti popri využívaní jadrových a vodných elektrární prebieha aj vývoj elektrární využívajúcich obnoviteľné alebo iné alternatívne zdroje energie. Tepelné elektrárne sú však napriek všetkému hlavnými výrobcami elektriny vo väčšine krajín sveta a ostanú nimi minimálne najbližších 50 rokov.

TESTOVACIE OTÁZKY NA PREDNÁŠKU 4

1. Tepelný diagram tepelnej elektrárne – 3 body.

2. Technologický proces výroba elektriny v tepelných elektrárňach – 3 body.

3. Usporiadanie moderných tepelných elektrární – 3 body.

4. Vlastnosti jednotiek plynových turbín. Bloková schéma jednotky plynovej turbíny. Účinnosť GTU – 3 body.

5. Tepelný diagram agregátu plynovej turbíny – 3 body.

6. Vlastnosti CCGT. Štrukturálny diagram PSUU. Účinnosť CCGT – 3 body.

7. Tepelná schéma CCGT bloku – 3 body.


PREDNÁŠKA 5

JADROVÉ ELEKTRÁRNE. PALIVO PRE JE. PRINCÍP PREVÁDZKY JADROVÉHO REAKTORA. VÝROBA ELEKTRINY V JE S TEPELNÝMI REAKTORMI. RÝCHLE NEUTRONOVÉ REAKTORY. VÝHODY A NEVÝHODY MODERNÝCH JE

Základné pojmy

Jadrová elektráreň(atómová elektráreň) je elektráreň, generovanie elektrickej energie premenou tepelnej energie uvoľnenej v jadrovom reaktore (reaktoroch) v dôsledku riadenej reťazovej reakcie štiepenia (štiepenia) jadier atómov uránu. Zásadný rozdiel medzi jadrovou elektrárňou a tepelnou elektrárňou je len v tom, že namiesto parogenerátora sa používa jadrový reaktor - zariadenie, v ktorom prebieha riadená jadrová reťazová reakcia sprevádzaná uvoľňovaním energie.

Rádioaktívne vlastnosti uránu prvýkrát objavil francúzsky fyzik Antoine Becquerel v roku 1896. anglický fyzik Ernest Rutherford prvýkrát vykonal umelú jadrovú reakciu pod vplyvom častíc v roku 1919. nemeckí fyzici Otto Hahn A Fritz Strassmann otvorený v roku 1938 , že štiepenie ťažkých jadier uránu pri bombardovaní neutrónmi sprevádzané uvoľňovaním energie. Skutočné využitie tejto energie sa stalo otázkou času.

Prvý jadrový reaktor postavili v decembri 1942 v USA skupina fyzikov na Chicagskej univerzite vedená talianskym fyzikom Enrico Fermi. Prvýkrát bola realizovaná netlmená štiepna reakcia jadier uránu. Jadrový reaktor s názvom SR-1 pozostával z grafitových blokov, medzi ktorými boli umiestnené guľôčky prírodného uránu a jeho oxidu. Rýchle neutróny vznikajúce po štiepení jadra 235 U, boli spomalené grafitom na tepelné energie a následne spôsobili nové jadrové štiepenie. Reaktory, v ktorých väčšina štiepení prebieha pod vplyvom tepelných neutrónov, sa nazývajú tepelné (pomalé) neutrónové reaktory; v takýchto reaktoroch je oveľa viac moderátora ako uránu.

V Európe bol prvý jadrový reaktor F-1 vyrobený a spustený v decembri 1946 v Moskve skupina fyzikov a inžinierov vedená akademikmi Igor Vasilievič Kurčatov. Reaktor F-1 bol vyrobený z grafitových blokov a mal tvar gule s priemerom približne 7,5 m.V centrálnej časti gule s priemerom 6 m boli v otvoroch grafitových blokov umiestnené uránové tyče. . Reaktor F-1, podobne ako SR-1, nemal chladiaci systém, takže pracoval na nízkej úrovni výkonu: od zlomkov po jednotky wattu.

Výsledky výskumu na reaktore F-1 slúžili ako základ pre návrhy priemyselných reaktorov. V roku 1948 sa pod vedením I.V.Kurčatova začalo s prácami na praktické uplatnenie atómová energia na výrobu elektriny.

Prvá priemyselná jadrová elektráreň na svete s výkonom 5 MW bola spustená 27. júna 1954 v Obninsku. región Kaluga . V roku 1958 bola uvedená do prevádzky 1. etapa Sibírskej JE s výkonom 100 MW (celkový projektový výkon 600 MW). V tom istom roku sa začala výstavba priemyselnej jadrovej elektrárne Belojarsk a v apríli 1964 dodával elektrinu spotrebiteľom generátor 1. stupňa. V septembri 1964 bol spustený 1. blok Novovoronežskej JE s výkonom 210 MW. Druhý blok s výkonom 350 MW bol spustený v decembri 1969. V roku 1973 bola spustená Leningradská jadrová elektráreň.

V Spojenom kráľovstve bola v roku 1956 v Calder Hall uvedená do prevádzky prvá priemyselná jadrová elektráreň s výkonom 46 MW. O rok neskôr bola uvedená do prevádzky 60 MW jadrová elektráreň v Shippingport (USA).

Svetoví lídri vo výrobe jadrovej elektriny sú: USA (788,6 miliardy kWh/rok), Francúzsko (426,8 miliardy kWh/rok), Japonsko (273,8 miliardy kWh/rok), Nemecko (158,4 miliardy kWh/rok) a Rusko (154,7 miliardy kWh/rok). Začiatkom roku 2004 bolo vo svete v prevádzke 441 jadrových reaktorov a ruská JSC TVEL dodáva palivo pre 75 z nich.

Najväčšia jadrová elektráreň v Európe - JE Záporožie v Energodare (Ukrajina) - 6 jadrových reaktorov s celkovou kapacitou 6 GW. Najväčšia jadrová elektráreň na svete – Kashiwazaki-Kariwa (Japonsko) – päť varných jadrových reaktorov ( BWR) a dva pokročilé varné jadrové reaktory ( ABWR), ktorej celková kapacita je 8,2 GW.

V súčasnosti v Rusku fungujú tieto jadrové elektrárne: Balakovo, Belojarsk, Bilibinsk, Rostov, Kalinin, Kola, Kursk, Leningrad, Novovoronež, Smolensk.

Vývoj návrhu energetickej stratégie Ruska na obdobie do roku 2030 predpokladá štvornásobné zvýšenie výroby elektriny v jadrových elektrárňach.

Jadrové elektrárne sú klasifikované podľa reaktorov, ktoré sú v nich nainštalované:

l tepelné neutrónové reaktory pomocou špeciálnych moderátorov na zvýšenie pravdepodobnosti absorpcie neutrónov jadrami atómov paliva;

l rýchle neutrónové reaktory .

Podľa druhu dodávanej energie sa jadrové elektrárne delia na:

l jadrové elektrárne(jadrové elektrárne) určené len na výrobu elektriny;

l jadrové elektrárne na kombinovanú výrobu tepla a elektriny (KVET), ktoré vyrábajú elektrickú aj tepelnú energiu.

Momentálne len Rusko zvažuje možnosti výstavby jadrových zásobovacích staníc tepla.

Jadrová elektráreň nepoužíva vzduch na oxidáciu paliva, nevypúšťa popol, oxidy síry, uhlík atď. do atmosféry, má rádioaktívne pozadie nižšie ako v tepelných elektrárňach, ale podobne ako tepelné elektrárne spotrebuje obrovské množstvo vody na chladenie kondenzátorov.

Palivo pre jadrové elektrárne

Hlavný rozdiel medzi jadrovými elektrárňami a tepelnými elektrárňami je používanie jadrového paliva namiesto fosílneho paliva. Jadrové palivo sa získava z prírodného uránu, ktorý sa ťaží buď v baniach (Niger, Francúzsko, Južná Afrika), alebo v povrchových jamách (Austrália, Namíbia), alebo podzemným lúhovaním (Kanada, Rusko, USA). Urán je v prírode rozšírený, ale nie sú tam žiadne bohaté ložiská uránovej rudy. Urán sa nachádza v rôznych horninách a vode v rozptýlenom stave. Prírodný urán je zmes prevažne neštiepneho izotopu uránu 238 U(viac ako 99 %) a štiepny izotop 235 U (približne 0,71 %), čo je jadrové palivo (1 kg 235 U uvoľňuje energiu rovnajúcu sa spaľovaciemu teplu približne 3000 ton uhlia).

Reaktory jadrových elektrární vyžadujú obohacovanie uránu. Na tento účel sa prírodný urán po spracovaní posiela do obohacovacieho závodu, kde sa 90 % prírodného ochudobneného uránu odošle na uskladnenie a 10 % sa obohatí na 3,3 – 4,4 %.

Z obohateného uránu (presnejšie oxidu uraničitého UO 2 alebo oxid dusný uránu U202) sú vyrobené palivové články - palivové tyče- cylindrické tablety s priemerom 9 mm a výškou 15-30 mm. Tieto tablety sú umiestnené v uzavretých nádobách zirkónium(absorpcia neutrónov zirkónom je 32,5-krát menšia ako v prípade ocele) tenkostenné rúrky asi 4 m.

Všetky ďalšie procesy jadrového štiepenia 235 U s tvorbou štiepnych úlomkov, rádioaktívnych plynov a pod. sa dejú vnútri utesnených rúrok palivovej tyče.

Po postupnom štiepaní 235 U a zníženie jeho koncentrácie na 1,26 %, keď sa výkon reaktora výrazne zníži, palivové kazety sa z reaktora vyberú, sú určitý čas uskladnené v chladiacom bazéne a následne odoslané do rádiochemického závodu na spracovanie.

Na rozdiel od tepelných elektrární, kde majú tendenciu úplne spaľovať palivo, V jadrových elektrárňach nie je možné rozdeliť jadrové palivo na 100%. Preto v jadrových elektrárňach nie je možné vypočítať účinnosť na základe mernej spotreby ekvivalentného paliva. Čistá efektívnosť sa používa na hodnotenie prevádzkovej efektívnosti bloku jadrovej elektrárne

,

kde je generovaná energia, je teplo uvoľnené v reaktore súčasne a v rovnakom čase.

Takto vypočítaná účinnosť jadrovej elektrárne je 30 - 32 %, ale nie je úplne rozumné porovnávať ju s účinnosťou tepelnej elektrárne, ktorá je 37 - 40 %.

Okrem izotopu uránu 235 sa ako jadrové palivo používajú aj:

  • izotop uránu 233 ( 233U) ;
  • izotop plutónia 239 ( 239 Pu);
  • izotop tória 232 ( 232 Th) (konvertovaním na 233U).

Ako funguje tepelná elektráreň? kogeneračné jednotky. Zariadenie CHP. Princíp činnosti tepelných elektrární. PGU-450.

Dobrý deň, milé dámy a páni!

Keď som študoval na Moskovskom energetickom inštitúte, chýbala mi prax. V ústave sa zaoberáte najmä „kúskami papiera“, ale ja som chcel skôr vidieť „kúsky železa“. Často bolo ťažké pochopiť, ako konkrétna jednotka funguje, pretože som ju nikdy predtým nevidel. Náčrty ponúkané študentom im nie vždy umožňujú pochopiť úplný obraz a len málokto si dokáže predstaviť skutočný dizajn napríklad parnej turbíny pri pohľade iba na obrázky v knihe.

Táto stránka má vyplniť existujúcu medzeru a poskytnúť všetkým záujemcom, aj keď nie príliš podrobné, ale aspoň vizuálne informácie o tom, ako funguje vybavenie Centrálnej teplárne (CHP) „zvnútra“. Článok pojednáva o celkom novom type pohonnej jednotky PGU-450 pre Rusko, ktorá pri svojej prevádzke využíva zmiešaný cyklus – paroplynový (väčšina tepelných elektrární v súčasnosti využíva len parný cyklus).

Výhodou tejto stránky je, že fotografie na nej prezentované vznikli v čase výstavby pohonnej jednotky, čo umožnilo odfotografovať zariadenie niektorých technologické vybavenie v rozloženom stave. Podľa môjho názoru bude táto stránka najužitočnejšia pre študentov energetických odborov - pre pochopenie podstaty študovanej problematiky, ako aj pre učiteľov - pre použitie jednotlivých fotografií ako učebného materiálu.

Zdrojom energie pre prevádzku tejto pohonnej jednotky je zemný plyn. Pri horení plynu sa uvoľňuje tepelná energia, ktorá sa následne využíva na prevádzku všetkých zariadení v pohonnej jednotke.

Celkovo pracujú v okruhu pohonnej jednotky tri energetické stroje: dve plynové turbíny a jedna parná turbína. Každý z troch strojov je navrhnutý pre menovitý elektrický výkon 150 MW.

Plynové turbíny fungujú podobne ako prúdové motory.

Plynové turbíny vyžadujú na prevádzku dve zložky: plyn a vzduch. Vzduch z ulice vstupuje cez prívody vzduchu. Vstupy vzduchu sú zakryté mriežkami, ktoré chránia inštaláciu plynovej turbíny pred vtákmi a akýmkoľvek odpadom. Majú tiež nainštalovaný systém proti námraze, ktorý zabraňuje zamrznutiu ľadu v zime.

Vzduch vstupuje do vstupu kompresora jednotky plynovej turbíny (axiálneho typu). Potom v stlačenej forme vstupuje do spaľovacích komôr, kde sa okrem vzduchu dodáva aj zemný plyn. Celkovo má každá jednotka plynovej turbíny dve spaľovacie komory. Sú umiestnené na bokoch. Na prvej fotografii nižšie ešte nie je namontované vzduchové potrubie a ľavá spaľovacia komora je pokrytá celofánovou fóliou; na druhej je už okolo spaľovacích komôr namontovaná plošina a nainštalovaný elektrický generátor:

Každá spaľovacia komora má 8 plynových horákov:

V spaľovacích komorách dochádza k procesu spaľovania zmesi plynu a vzduchu a k uvoľňovaniu tepelnej energie. Takto vyzerajú spaľovacie komory „zvnútra“ – presne tam, kde plameň neustále horí. Steny komôr sú obložené ohňovzdorným obkladom:

V spodnej časti spaľovacej komory je malé okienko, ktoré vám umožňuje sledovať procesy prebiehajúce v spaľovacej komore. Video nižšie ukazuje proces spaľovania zmesi plynu a vzduchu v spaľovacej komore jednotky plynovej turbíny v čase jej spustenia a pri prevádzke na 30 % menovitého výkonu:

Vzduchový kompresor a plynová turbína zdieľajú rovnaký hriadeľ a časť krútiaceho momentu turbíny sa využíva na pohon kompresora.

Turbína vyrobí viac práce, ako je potrebné na pohon kompresora a prebytok tejto práce sa využíva na pohon „užitočného zaťaženia“. Ako taká záťaž sa používa elektrický generátor s elektrickým výkonom 150 MW - práve v ňom vzniká elektrická energia. Na fotografii nižšie je „sivá stodola“ presne elektrický generátor. Elektrický generátor je tiež umiestnený na rovnakom hriadeli ako kompresor a turbína. Všetko sa točí spoločne pri frekvencii 3000 ot./min.

Pri prechode plynovej turbíny jej produkty spaľovania odovzdajú časť svojej tepelnej energie, ale nie všetka energia produktov spaľovania sa spotrebuje na rotáciu plynovej turbíny. Značnú časť tejto energie nedokáže využiť plynová turbína, preto splodiny horenia na výstupe z plynovej turbíny (výfukové plyny) stále nesú so sebou veľa tepla (teplota plynov na výstupe z plynovej turbíny je cca 500 st.° S). V leteckých motoroch sa toto teplo nehospodárne uvoľňuje do okolia, ale v uvažovanej pohonnej jednotke sa využíva ďalej - v parnom energetickom cykle.K tomu sú výfukové plyny z výstupu plynovej turbíny „fúkané“ zdola do tzv. „rekuperačné kotly“ – jeden pre každú plynovú turbínu. Dve plynové turbíny - dva kotly na odpadové teplo.

Každý takýto kotol je konštrukcia vysoká niekoľko poschodí.

Tieto kotly využívajú tepelnú energiu z výfuku plynovej turbíny na ohrev vody a jej premenu na paru. Následne sa táto para využíva na prevádzku v parnej turbíne, ale o tom neskôr.

Voda, ktorá sa zahrieva a odparuje, prechádza vnútri rúrok s priemerom približne 30 mm, umiestnených vodorovne, a výfukové plyny z plynovej turbíny tieto rúrky zvonku „umývajú“. Takto sa teplo prenáša z plynov do vody (pary):

Po odovzdaní väčšiny tepelnej energie pare a vode končia výfukové plyny v hornej časti kotla na odpadové teplo a sú odvádzané komínom cez strechu dielne:

Na vonkajšej strane budovy sa komíny z dvoch kotlov na odpadové teplo zbiehajú do jedného vertikálneho komína:

Nasledujúce fotografie vám umožňujú odhadnúť veľkosť komínov. Prvá fotografia zobrazuje jeden z „rohov“, ktorými sú komíny kotlov na odpadové teplo spojené s vertikálnym kmeňom komína, ostatné fotografie zobrazujú proces inštalácie komína.

Vráťme sa však k návrhu kotlov na odpadové teplo. Rúry, ktorými voda prechádza vo vnútri kotlov, sú rozdelené do mnohých sekcií - zväzkov rúrok, ktoré tvoria niekoľko sekcií:

1. Sekcia ekonomizéra (ktorá má pri tejto pohonnej jednotke špeciálny názov - Gas Condensate Heater - GPC);

2. Odparovacia sekcia;

3. Sekcia prehrievania parou.

Sekcia ekonomizéra slúži na ohrev vody od teploty cca 40 °Cna teplotu blízku bodu varu. Potom voda vstupuje do odvzdušňovača - oceľovej nádoby, kde sú parametre vody udržiavané tak, aby sa v nej rozpustené plyny začali intenzívne uvoľňovať. Plyny sa zhromažďujú v hornej časti nádrže a uvoľňujú sa do atmosféry. Odstraňovanie plynov, najmä kyslíka, je nevyhnutné, aby sa zabránilo rýchlej korózii technologických zariadení, s ktorými naša voda prichádza do styku.

Po prechode cez odvzdušňovač získa voda názov „napájacia voda“ a vstupuje do napájacích čerpadiel. Takto vyzerali napájacie čerpadlá, keď ich práve priviezli na stanicu (spolu sú 3):

Napájacie čerpadlá sú poháňané elektricky (asynchrónne motory sú napájané napätím 6 kV a majú výkon 1,3 MW). Medzi samotným čerpadlom a elektromotorom je kvapalinová spojka - jednotka,čo vám umožní plynule meniť otáčky hriadeľa čerpadla v širokom rozsahu.

Princíp činnosti kvapalinovej spojky je podobný princípu činnosti kvapalinovej spojky v automatických prevodovkách automobilov.

Vo vnútri sú dve kolesá s lopatkami, jedno „sedí“ na hriadeli elektromotora, druhé na hriadeli čerpadla. Priestor medzi kolesami môže byť naplnený olejom do rôznych úrovní. Prvé koleso, ktoré otáča motor, vytvára tok oleja, ktorý „naráža“ na lopatky druhého kolesa a privádza ho do rotácie. Čím viac oleja sa naleje medzi kolesá, tým lepšie budú mať hriadele medzi sebou „priľnavosť“ a tým väčšia mechanická sila sa prenesie cez kvapalinovú spojku do podávacieho čerpadla.

Hladina oleja medzi kolesami sa mení pomocou tzv. „naberačku“, ktorá odčerpáva olej z priestoru medzi kolesami. Poloha naberacej rúrky sa nastavuje pomocou špeciálneho ovládača.

Samotné napájacie čerpadlo je odstredivé, viacstupňové. Upozorňujeme, že toto čerpadlo vyvinie plný tlak pary parnej turbíny a dokonca ho prekročí (veľkosťou hydraulického odporu zvyšnej časti kotla na odpadové teplo, hydraulickým odporom potrubí a armatúr).

Konštrukciu obežných kolies nového napájacieho čerpadla nebolo možné vidieť (keďže už bolo zmontované), ale na území stanice sa našli časti starého napájacieho čerpadla podobnej konštrukcie. Čerpadlo pozostáva zo striedavo rotujúcich odstredivých kolies a pevných vodiacich kotúčov.

Pevný vodiaci kotúč:

Obežné kolesá:

Z výstupu napájacích čerpadiel je napájacia voda privádzaná do tzv. „bubnové separátory“ – horizontálne oceľové nádoby určené na separáciu vody a pary:

Každý regeneračný kotol má dva separačné bubny (spolu 4 na pohonnú jednotku). Spolu s rúrkami odparovacích sekcií vnútri kotlov na odpadové teplo tvoria cirkulačné okruhy pre zmes pary a vody. Funguje to nasledovne.

Voda s teplotou blízkou bodu varu vstupuje do rúrok odparovacích sekcií, preteká cez ktoré sa ohrieva na bod varu a potom sa čiastočne mení na paru. Na výstupe z odparovacej časti máme zmes pary a vody, ktorá vstupuje do separačných bubnov. Vo vnútri separačných bubnov sú namontované špeciálne zariadenia

Ktoré pomáhajú oddeľovať paru od vody. Para je potom privádzaná do prehrievacej časti, kde sa jej teplota ešte zvýši a voda oddelená v bubne separátora (oddelená) sa zmieša s napájacou vodou a opäť vstupuje do odparovacej časti kotla na odpadové teplo.

Po sekcii prehrievania pary sa para z jedného kotla na odpadové teplo zmiešava s rovnakou parou z druhého kotla na odpadové teplo a privádza sa do turbíny. Jeho teplota je taká vysoká, že potrubia, ktorými prechádza, ak je z nich odstránená tepelná izolácia, svietia v tme tmavočervenou žiarou. A teraz sa táto para dodáva do parnej turbíny, aby sa vzdala časti svojej tepelnej energie a vykonala užitočnú prácu.

Parná turbína má 2 valce – vysokotlakový valec a nízkotlakový valec. Nízkotlakový valec je dvojprúdový. V ňom je para rozdelená na 2 paralelne pracujúce prúdy. Valce obsahujú rotory turbín. Každý rotor sa zase skladá z etáp - kotúčov s lopatkami. Para „zasiahnutá“ lopatkami spôsobí rotáciu rotorov. Nižšie uvedená fotografia odráža všeobecný dizajn parná turbína: bližšie k nám je vysokotlakový rotor, ďalej od nás je dvojprúdový nízkotlakový rotor

Takto vyzeral nízkotlakový rotor, keď bol práve vybalený z továrenského balenia. Všimnite si, že má iba 4 kroky (nie 8):

Tu je bližší pohľad na vysokotlakový rotor. Má 20 krokov. Pozor si dávajte aj na masívne oceľové puzdro turbíny, pozostávajúce z dvoch polovíc - spodnej a hornej (na fotografii je znázornená len spodná) a čapov, ktorými sú tieto polovice navzájom spojené. Aby sa kryt pri štarte zahrial rýchlejšie, ale zároveň rovnomernejšie, používa sa parný vykurovací systém pre „príruby a kolíky“ - vidíte špeciálny kanál okolo kolíkov? Práve cez ňu prechádza špeciálny prúd pary na zohrievanie skrine turbíny pri jej spúšťaní.

Aby para „narazila“ na lopatky rotora a prinútila ich otáčať sa, je potrebné túto paru najskôr nasmerovať a zrýchliť v požadovanom smere. Na tento účel sa používa tzv mriežky trysiek - pevné sekcie s pevnými lopatkami, umiestnené medzi rotujúcimi kotúčmi rotora. Mriežky trysiek sa NEOTÁČAJÚ – NIE SÚ mobilné a slúžia len na nasmerovanie a zrýchlenie pary v požadovanom smere. Na fotografii nižšie para prechádza „spoza týchto lopatiek smerom k nám“ a „točí“ sa okolo osi turbíny proti smeru hodinových ručičiek. Ďalej „narážaním“ na rotujúce lopatky rotorových diskov, ktoré sú umiestnené bezprostredne za mriežkou dýzy, para prenáša svoju „rotáciu“ na rotor turbíny.

Na fotografii nižšie môžete vidieť časti mriežok trysiek pripravené na inštaláciu

A na týchto fotografiách - spodná časť skriňa turbíny s už nainštalovanými polovicami mriežok trysiek:

Potom sa rotor „vloží“ do krytu, namontujú sa horné polovice mriežok trysiek, potom horná časť krytu, potom rôzne potrubia, tepelná izolácia a kryt:

Po prechode turbínou para vstupuje do kondenzátorov. Táto turbína má dva kondenzátory - podľa počtu prietokov v nízkotlakovom valci. Pozrite sa na fotografiu nižšie. Jasne ukazuje spodnú časť skrine parnej turbíny. Všimnite si pravouhlé časti krytu nízkotlakového valca, ktoré sú na vrchu pokryté drevenými panelmi. Ide o výfuky parných turbín a vstupy do kondenzátora.

Po úplnom zmontovaní skrine parnej turbíny sa na výstupoch z nízkotlakového valca vytvorí priestor, ktorého tlak je pri prevádzke parnej turbíny približne 20-krát nižší ako atmosférický tlak, preto je skriňa nízkotlakového valca navrhnutý tak, aby neodolal tlaku zvnútra, ale aby odolal tlaku zvonku - t.j. atmosferický tlak vzduchu. Samotné kondenzátory sú umiestnené pod nízkotlakovým valcom. Na fotografii nižšie sú to obdĺžnikové kontajnery s dvoma poklopmi na každom.

Kondenzátor je navrhnutý podobne ako kotol na odpadové teplo. Vo vnútri je veľa rúrok s priemerom približne 30 mm. Ak otvoríme jeden z dvoch poklopov každého kondenzátora a pozrieme sa dovnútra, uvidíme „trubice“:

Cez tieto rúrky preteká chladiaca voda, nazývaná technologická voda. Para z výfuku parnej turbíny končí v priestore medzi rúrkami mimo nich (za rúrovnicou na fotografii vyššie) a odovzdávajúc zvyškové teplo procesnej vode cez steny rúrok, kondenzuje na ich povrchu. . Parný kondenzát steká nadol, hromadí sa v zberačoch kondenzátu (v spodnej časti kondenzátorov) a potom vstupuje do vstupu čerpadiel kondenzátu. Každé čerpadlo kondenzátu (celkovo je ich 5) poháňa trojfázový asynchrónny elektromotor určený na napätie 6 kV.

Z výstupu čerpadiel kondenzátu opäť vstupuje voda (kondenzát) na vstup ekonomizérových sekcií kotlov na odpadové teplo a tým sa uzatvára parný energetický cyklus. Celý systém je takmer utesnený a voda, ktorá je pracovnou kvapalinou, sa v kotloch na odpadové teplo opakovane premieňa na paru, vo forme pary pracuje v turbíne, aby sa v kondenzátoroch turbíny premieňala späť na vodu atď.

Táto voda (vo forme vody alebo pary) je neustále v kontakte s vnútornými časťami technologických zariadení a aby nespôsobovala rýchlu koróziu a opotrebovanie, je špeciálne chemicky pripravovaná.

Vráťme sa však ku kondenzátorom parných turbín.

Technologická voda, ohriata v rúrkach kondenzátorov parnej turbíny, je odvádzaná z dielne podzemným potrubím na zásobovanie technologickou vodou a privádzaná do chladiacich veží - aby sa teplo odobraté z pary z turbíny uvoľnilo do okolitej atmosféry. Nižšie uvedené fotografie zobrazujú návrh chladiacej veže postavenej pre našu energetickú jednotku. Princíp jeho činnosti je založený na rozprašovaní teplej technickej vody vo vnútri chladiacej veže pomocou sprchovacích zariadení (od slova „sprcha“). Kvapky vody padajú a odovzdávajú svoje teplo vzduchu vo vnútri chladiacej veže. Ohriaty vzduch stúpa hore a na jeho miesto spod chladiacej veže prichádza studený vzduch z ulice.

Takto vyzerá chladiaca veža na svojej základni. Cez „medzeru“ v spodnej časti chladiacej veže prichádza studený vzduch na chladenie procesnej vody

Na dne chladiacej veže sa nachádza drenážna nádrž, do ktorej padajú kvapky procesnej vody uvoľnené zo sprchovacích zariadení, zhromažďujú sa a odovzdávajú svoje teplo vzduchu. Nad bazénom je systém rozvodov, ktorými je teplá technologická voda privádzaná do sprchovacích zariadení

Priestor nad a pod sprchovacími zariadeniami je vyplnený špeciálnou výplňou z plastových žalúzií. Spodné žalúzie sú navrhnuté tak, aby rovnomernejšie rozdeľovali „dážď“ po ploche chladiacej veže a horné žalúzie sú navrhnuté tak, aby zachytávali malé kvapôčky vody a zabraňovali nadmernému prenosu procesnej vody spolu so vzduchom cez hornú časť chladiacej veže. chladiaca veža. V čase vzniku prezentovaných fotografií však ešte neboli namontované plastové rolety.

Bo" Najväčšia časť chladiacej veže nie je ničím vyplnená a je určená len na vytváranie ťahu (ohriaty vzduch stúpa nahor). Ak sa postavíme nad rozvodné potrubia, uvidíme, že hore nič nie je a zvyšok chladiacej veže je prázdny

Nasledujúce video sprostredkúva dojmy z pobytu vo vnútri chladiacej veže

V čase, keď vznikali fotografie na tejto stránke, chladiaca veža postavená pre novú elektráreň ešte nebola v prevádzke. Na území tejto tepelnej elektrárne však fungovali ďalšie chladiace veže, ktoré umožnili zachytiť podobnú chladiacu vežu v ​​prevádzke. Oceľové žalúzie v spodnej časti chladiacej veže sú navrhnuté tak, aby regulovali prúdenie studeného vzduchu a zabránili prechladzovaniu procesnej vody v zime.

Procesná voda, ochladená a zhromaždená v nádrži chladiacej veže, sa opäť privádza na vstup do rúrok kondenzátora parnej turbíny, aby sa odvádzala nová časť tepla z pary atď. Okrem toho sa používa procesná voda na chladenie iných technologických zariadení, napríklad elektrických generátorov.

Nasledujúce video ukazuje, ako sa procesná voda chladí v chladiacej veži.

Keďže procesná voda je v priamom kontakte s okolitým vzduchom, dostáva sa do nej prach, piesok, tráva a iné nečistoty. Preto je pri vstupe tejto vody do dielne, na prívodnom potrubí technickej vody, inštalovaný samočistiaci filter. Tento filter pozostáva z niekoľkých sekcií namontovaných na otočnom kolese. Z času na čas sa cez jednu zo sekcií organizuje spätný tok vody, aby sa umyla. Potom sa koleso so sekciami otočí a začne sa umývanie ďalšej sekcie atď.

Takto vyzerá tento samočistiaci filter zvnútra potrubia úžitkovej vody:

A to zvonku (hnací motor ešte nie je namontovaný):

Tu by sme mali odbočiť a povedať, že inštalácia všetkých technologických zariadení v turbínovej dielni sa vykonáva pomocou dvoch mostových žeriavov. Každý žeriav má tri samostatné navijaky určené na manipuláciu s bremenami rôznej hmotnosti.

Teraz by som rád povedal niečo o elektrickej časti tejto pohonnej jednotky.

Elektrická energia sa vyrába pomocou troch elektrických generátorov poháňaných dvoma plynovými a jednou parnou turbínou. Časť zariadení na inštaláciu pohonnej jednotky bola privezená po ceste a časť po železnici. Priamo do turbíny bola položená železnica, po ktorej sa pri výstavbe energetického bloku prepravovala veľkorozmerná technika.

Nižšie uvedená fotografia zobrazuje proces dodávania statora jedného z elektrických generátorov. Pripomínam, že každý elektrický generátor má menovitý elektrický výkon 150 MW. Všimnite si, že železničná plošina, na ktorej bol stator generátora prepravovaný, má 16 náprav (32 kolies).

Železnica má pri vstupe do dielne mierne zaoblenie a vzhľadom na to, že kolesá každého páru kolies sú pevne pripevnené na svojich nápravách, pri pohybe po zaoblenej časti železnice je jedno z kolies každého páru kolies nútené sklzu (keďže koľajnice majú rôznu dĺžku). Video nižšie ukazuje, ako sa to stalo pri pohybe plošiny so statorom elektrického generátora. Venujte pozornosť tomu, ako sa piesok odráža na podvaloch, keď sa kolesá šmýkajú po koľajniciach.

Vzhľadom na ich veľkú hmotnosť bola inštalácia statorov elektrického generátora vykonaná pomocou oboch mostových žeriavov:

Nasledujúca fotografia zobrazuje vnútorný pohľad na stator jedného z elektrických generátorov:

A takto prebiehala inštalácia rotorov elektrického generátora:

Výstupné napätie generátorov je asi 20 kV. Výstupný prúd - tisíce ampérov. Táto elektrina je odvádzaná z turbíny a dodávaná do stupňových transformátorov umiestnených mimo budovy. Na prenos elektriny z elektrických generátorov do stupňovitých transformátorov sa používajú tieto elektrické vodiče (prúd prechádza centrálnym hliníkovým potrubím):

Na meranie prúdu v týchto „drôtoch“ sa používajú nasledujúce prúdové transformátory (na tretej fotografii vyššie ten istý prúdový transformátor stojí vertikálne):

Nižšie uvedená fotografia zobrazuje jeden zo stupňovitých transformátorov. Výstupné napätie - 220 kV. Z ich výstupov sa elektrina dodáva do elektrickej siete.

Kogeneračná jednotka okrem elektrickej energie vyrába aj tepelnú energiu, ktorá sa využíva na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou blízkeho okolia. Na tento účel sa v parnej turbíne uskutočňuje odsávanie pary, t.j. časť pary sa z turbíny odoberá pred dosiahnutím kondenzátora. Táto ešte dosť horúca para vstupuje do sieťových ohrievačov. Sieťový ohrievač je výmenník tepla. Konštrukciou je veľmi podobný kondenzátoru parnej turbíny. Rozdiel je v tom, že v rúrkach netečie technologická voda, ale sieťová voda. Na pohonnej jednotke sú dva sieťové ohrievače. Pozrime sa znova na fotografiu s kondenzátormi starej turbíny. Obdĺžnikové nádoby sú kondenzátory a „okrúhle“ sú presne sieťové ohrievače. Pripomínam, že toto všetko sa nachádza pod parnou turbínou.

Sieťová voda ohrievaná v rúrach sieťových ohrievačov je privádzaná podzemným potrubím sieťovej vody do vykurovacej siete. Po vykúrení budov v priestoroch okolo tepelnej elektrárne a odovzdaní tepla sa sieťová voda vracia do stanice, aby sa opäť ohrievala v sieťových ohrievačoch atď.

Prevádzku celej pohonnej jednotky riadi automatizovaný systém riadenia procesov "Ovation" americkej korporácie "Emerson"

A takto vyzerá káblový mezanín, ktorý sa nachádza pod miestnosťou automatizovaného systému riadenia procesov. Prostredníctvom týchto káblov prijíma automatizovaný systém riadenia procesu signály z mnohých snímačov a tiež posiela signály do akčných členov.

Ďakujeme, že ste navštívili túto stránku!

Aké sú dôvody pre zavedenie CCGT jednotiek v Rusku, prečo je toto rozhodnutie ťažké, ale nevyhnutné?

Prečo začali stavať CCGT elektrárne?

Decentralizovaný trh výroby elektriny a tepla diktuje, že energetické spoločnosti potrebujú zvýšiť konkurencieschopnosť svojich produktov. Dôležité je pre nich najmä minimalizovať investičné riziko a reálne výsledky, ktoré je možné pomocou tejto technológie dosiahnuť.

Zrušenie štátnej regulácie na trhu s elektrinou a teplom, ktoré sa stane komerčným produktom, povedie k zvýšeniu konkurencie medzi ich výrobcami. Dodatočné kapitálové investície do nových projektov budú preto v budúcnosti schopné poskytnúť iba spoľahlivé a vysoko ziskové elektrárne.

Kritériá výberu CCGT

Výber jedného alebo druhého typu CCGT závisí od mnohých faktorov. Jedným z najdôležitejších kritérií pri realizácii projektu je jeho ekonomická rentabilita a bezpečnosť.

Analýza existujúceho trhu s elektrárňami ukazuje značnú potrebu lacných, spoľahlivých a vysoko účinných elektrární. Modulárny, prispôsobený dizajn vyrobený v súlade s týmto konceptom robí inštaláciu ľahko prispôsobiteľnou akýmkoľvek miestnym podmienkam a špecifickým požiadavkám zákazníka.

Takéto produkty uspokoja viac ako 70 % zákazníkov. Tieto podmienky do značnej miery zodpovedajú zariadeniam GT a SG-CHP úžitkového (binárneho) typu.

Energetická slepá ulička

Analýza ruského energetického sektora, ktorú vykonalo množstvo akademických inštitútov, ukazuje: už dnes ruská elektroenergetika prakticky stráca 3-4 GW svojej kapacity ročne. Výsledkom je, že do roku 2005 bude objem zariadení, ktoré vyčerpali svoje fyzické zdroje, podľa RAO UES Ruska predstavovať 38 % celkovej kapacity a do roku 2010 bude toto číslo už 108 miliónov kW (46 %). .

Ak sa udalosti vyvinú presne podľa tohto scenára, potom sa väčšina pohonných jednotiek v dôsledku starnutia dostane v najbližších rokoch do zóny rizika vážnych nehôd. Problém technického dovybavenia všetkých typov existujúcich elektrární zhoršuje skutočnosť, že aj niektoré z relatívne „mladých“ energetických jednotiek 500-800 MW vyčerpali životnosť svojich hlavných komponentov a vyžadujú seriózne reštaurátorské práce.

Prečítajte si tiež: Význam kapitálu pri projektovaní zariadenia s kombinovaným cyklom

Rekonštrukcia elektrární je jednoduchšia a lacnejšia

Predĺženie životnosti zariadení výmenou veľkých komponentov hlavného zariadenia (rotory turbín, vykurovacie plochy kotlov, parovody) je samozrejme oveľa lacnejšie ako výstavba nových elektrární.

Pre elektrárne a výrobné závody je často pohodlné a výhodné nahradiť zariadenie niečím podobným tomu, ktoré sa demontuje. Tým sa však nevyužíva príležitosť výrazne zvýšiť spotrebu paliva a nezníži sa znečistenie životné prostredie, nepoužívajú sa moderné prostriedky automatizovaných systémov nových zariadení, zvyšujú sa náklady na prevádzku a opravy.

Nízka účinnosť elektrární

Rusko postupne vstupuje na európsky energetický trh a vstúpi do WTO, no zároveň sme dlhé roky zostali extrémne nízky level tepelná účinnosť elektroenergetiky. Priemerná úroveň Faktor účinnosti elektrární pri prevádzke v kondenzačnom režime je 25 %. To znamená, že ak cena pohonných hmôt stúpne na svetovú úroveň, cena elektriny u nás bude nevyhnutne jeden a pol až dvakrát vyššia ako svetová, čo sa prejaví na ostatných tovaroch. Rekonštrukciu elektrární a tepelných staníc preto treba realizovať tak, aby zavádzané nové zariadenia a jednotlivé komponenty elektrární boli na modernej svetovej úrovni.

Energetický priemysel si vyberá plynové technológie s kombinovaným cyklom

Teraz, napriek ťažkému finančná situácia, v projekčných kanceláriách energetických a výskumných ústavov leteckých motorov sa obnovil vývoj nových systémov zariadení pre tepelné elektrárne. najmä hovoríme o o vytvorení kondenzačných paroplynových elektrární s účinnosťou do 54-60%.

Ekonomické hodnotenia rôznych domácich organizácií naznačujú skutočnú príležitosť znížiť náklady na výrobu elektriny v Rusku, ak sa takéto elektrárne postavia.

Dokonca aj jednoduché plynové turbíny budú z hľadiska účinnosti efektívnejšie

V tepelných elektrárňach nie je potrebné univerzálne používať CCGT jednotky rovnakého typu ako PGU-325 a PGU-450. Obvodové riešenia sa môžu líšiť v závislosti od konkrétnych podmienok, najmä od pomeru tepelnej a elektrickej záťaže.

Prečítajte si tiež: Ako vybrať jednotku s plynovou turbínou pre stanicu s jednotkou CCGT

V najjednoduchšom prípade pri využití tepla výfukových plynov v agregáte plynovej turbíny na dodávku tepla alebo výrobu procesnej pary dosiahne elektrická účinnosť tepelnej elektrárne s modernými agregátmi plynovej turbíny úroveň 35 %, čo je aj výrazne vyššie ako tie, ktoré existujú dnes. O rozdieloch medzi účinnosťou zariadení s plynovou turbínou a zariadení s parnou turbínou - prečítajte si článok Ako sa líši účinnosť zariadení s plynovou turbínou a účinnosť zariadení s kombinovaným cyklom pre domáce a zahraničné elektrárne

Využitie jednotiek plynových turbín v tepelných elektrárňach môže byť veľmi široké. V súčasnosti je asi 300 blokov parných turbín tepelných elektrární s výkonom 50-120 MW poháňaných parou z kotlov, ktoré spaľujú 90 a viac percent zemný plyn. V zásade sú všetky kandidátmi na technické prevybavenie pomocou plynových turbín s jednotkovým výkonom 60-150 MW.

Ťažkosti s implementáciou jednotiek s plynovou turbínou a jednotiek s kombinovaným cyklom

Proces priemyselnej realizácie blokov plynových turbín a blokov plynových turbín s kombinovaným cyklom však u nás napreduje mimoriadne pomaly. Hlavným dôvodom sú investičné ťažkosti spojené s potrebou pomerne veľkých finančných investícií v čo najkratšom čase.

Ďalšia limitujúca okolnosť je spojená s virtuálnou absenciou v sortimente domácich výrobcov čisto energetických plynových turbín, ktoré boli testované vo veľkej prevádzke. Plynové turbíny novej generácie možno považovať za prototypy takýchto plynových turbín.

Binárny CCGT bez regenerácie

Binárne CCGT jednotky majú určitú výhodu, keďže sú prevádzkovo najlacnejšie a najspoľahlivejšie. Parná časť binárnych CCGT jednotiek je veľmi jednoduchá, pretože regenerácia pary je nerentabilná a nepoužíva sa. Teplota prehriatej pary je o 20-50 °C nižšia ako teplota výfukových plynov v agregáte plynovej turbíny. V súčasnosti dosahuje úroveň energetického štandardu 535-565 °C. Tlak čerstvej pary sa volí tak, aby bola zabezpečená prijateľná vlhkosť v koncových stupňoch, ktorých prevádzkové podmienky a veľkosti lopatiek sú približne rovnaké ako u vysokovýkonných parných turbín.

Vplyv tlaku pary na účinnosť CCGT jednotiek

Samozrejme sa berú do úvahy ekonomické a nákladové faktory, pretože tlak pary má malý vplyv na tepelnú účinnosť CCGT jednotky. Za účelom zníženia teplotného tlaku medzi plynmi a paro-vodným médiom a lepšieho využitia tepla odvádzaných plynov v zariadení s plynovou turbínou s nižšími termodynamickými stratami je odparovanie napájacej vody organizované na dvoch alebo troch tlakových úrovniach. Para generovaná pri nízkych tlakoch sa mieša v medziľahlých bodoch dráhy prúdenia turbíny. Uskutočňuje sa tiež medziprehrievanie pary.

Prečítajte si tiež: Výber cyklu zariadenia s kombinovaným cyklom a schémy zapojenia jednotky CCGT

Vplyv teploty spalín na účinnosť CCGT zariadenia

So zvyšovaním teploty plynov na vstupe a výstupe z turbíny sa zvyšujú parametre pary a účinnosť parnej časti cyklu GTU, čo prispieva k celkovému zvýšeniu účinnosti CCGT.

Voľba konkrétnych smerov vytvárania, zlepšovania a veľkovýroby energetických strojov by sa mala rozhodovať s prihliadnutím nielen na termodynamickú dokonalosť, ale aj na investičnú atraktivitu projektov. Investičná atraktivita ruských technických a výrobných projektov pre potenciálnych investorov je najdôležitejšia a najpálčivejším problémom, ktorého riešenie do značnej miery určuje oživenie ruskej ekonomiky.

(Navštívené 3 318-krát, dnes 4 návštev)