Принцип работы ТЭЦ, устройство ТЭС

Вопросы и ответы
Содержание
  1. Определение
  2. Теплоэлектроцентрали
  3. Обозначения на схеме ТЭС:
  4. Описание технологической схемы ТЭС:
  5. Преимущества ТЭС
  6. Эффективность ТЭЦ
  7. Паротурбинная установка с электрогенератором
  8. Вид в разрезе
  9. Выработка энергии при помощи пара
  10. Мазутный, угольный или газовый котел
  11. Внутри котла
  12. ТЭЦ и мини ТЭЦ на древесных отходах с паровыми турбинами
  13. Технологическая термомасляная установка (ТМУ) на биомассе
  14. Водогрейная котельная на биотопливе
  15. Недостатки ТЭС
  16. Какие существуют разновидности ТЭС
  17. ТЭС и ТЭЦ: различия
  18. Какие предъявляются требования к ТЭС
  19. Принцип работы
  20. Теплоснабжение
  21. Как работают ТЭС на газе
  22. Новые технологии сжигания угля
  23. Метод «oxyfuel capture»
  24. Метод «pre-combustion»
  25. Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира
  26. Другие виды топлива для ТЭС
  27. КПД тепловой электростанции
  28. Тепловая электростанция: плюсы и минусы
  29. Самые мощные ТЭС
  30. Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС
  31. Экологические аспекты работы тепловой станции

Определение

Тепловая электростанция – это электростанция, использующая ископаемое топливо в качестве источника энергии. В качестве последнего можно использовать, например, нефть, газ, уголь.

В настоящее время тепловые комплексы являются самым распространенным типом электростанций в мире. Популярность тепловых электростанций в первую очередь объясняется доступностью ископаемого топлива. Нефть, газ и уголь доступны во многих частях мира.

ТЭЦ (расшифровка самой аббревиатуры выглядит как «тепловая электростанция»), кроме всего прочего, комплекс с достаточно высоким КПД. В зависимости от типа используемых турбин этот показатель на станциях данного типа может быть равен 30 — 70%.

Теплоэлектроцентрали

Теплоэлектроцентрали, являющиеся источниками комбинированного производства электрической и тепловой энергии, имеют значительно более высокий КПД, чем КЭС (до 75%). Это объясняется тем, что часть выделяемого в турбинах пара используется на нужды промышленного производства (технологии), отопления, горячего водоснабжения.

Этот пар либо подается непосредственно на производственные и бытовые нужды, либо частично используется для предварительного подогрева воды в специальных котлах (подогревателях), от которых вода направляется по тепловой сети к потребителям тепловой энергии.

Основное отличие технологии производства энергии на ТЭЦ от ЦЭС заключается в характеристиках пароводяного контура. Для обеспечения промежуточных отборов пара турбины, а также в способе получения энергии, согласно которому основная ее часть распределяется на генераторное напряжение через генераторный выключатель (ГРУ).

Связь ТЭЦ с другими станциями энергосистемы осуществляется по повышенному напряжению через повышающие трансформаторы. При ремонте или аварийном останове генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через те же трансформаторы.

Для повышения надежности ТЭЦ предусмотрено секционирование шин.

Так при аварии на шинах и последующем ремонте одной из секций другая секция остается в работе и подает электроэнергию потребителям по оставшимся под напряжением линиям.

По таким схемам строятся промышленные тепловые электростанции с генераторами мощностью до 60 МВт, предназначенные для питания локальных нагрузок в радиусе 10 км.

На крупных современных ТЭС используются генераторы мощностью до 250 МВт, при общей мощности установки 500-2500 МВт.

Такие ТЭС строятся за чертой города и электроэнергия передается напряжением 35-220 кВ, ГРУ не предусмотрено, все генераторы подключены к блокам с повышающими трансформаторами. При необходимости обеспечить питанием небольшую локальную нагрузку вблизи блока ТЭЦ предусматривают отводы от блоков между генератором и трансформатором.

Возможна и комбинированная компоновка станции, где ТЭЦ имеет ГРУ и несколько генераторов подключаются по блок-схемам.

Обозначения на схеме ТЭС:

  1. Экономия топлива;
  2. подготовка топлива;
  3. котел;
  4. промежуточные органы;
  5. часть высокого давления паровой турбины (ЧВД или ЦВД);
  6. часть низкого давления паровой турбины (LPG или LPC);
  7. электрогенератор;
  8. дополнительный трансформатор;
  9. трансформатор связи;
  10. главное коммутационное оборудование;
  11. конденсатор;
  12. конденсатный насос;
  13. циркуляционный насос;
  14. источник водоснабжения (например, река);
  15. подогреватель низкого давления (ПНД);
  16. установка водоподготовки (ВОС);
  17. потребитель тепловой энергии;
  18. обратный конденсатный насос;
  19. деаэратор;
  20. питательный насос;
  21. подогреватель высокого давления (ПВД);
  22. удаление шлака и золы;
  23. зольный полигон;
  24. дымоудаление (ДС);
  25. печная труба;
  26. вентиляторы (ДВ);
  27. улавливатель золы.

Описание технологической схемы ТЭС:

Суммируя все вышесказанное, получаем состав тепловой электростанции:

  • система экономии топлива и подготовки топлива;
  • котельная установка: комбинация самого котла и дополнительного оборудования;
  • турбинная установка: паровая турбина и ее вспомогательное оборудование;
  • установки водоподготовки и очистки конденсата;
  • система технического водоснабжения;
  • система золошлакоудаления (для тепловых электростанций, работающих на твердом топливе);
  • электрооборудование и система управления электрооборудованием.

Топливное хозяйство в зависимости от вида топлива, используемого на станции, включает в себя приемно-разгрузочное устройство, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства предварительной подготовки топлива (дробилку угля). В состав мазутного хозяйства также входят насосы для перекачки мазута, подогреватели мазута, фильтры.

Подготовка твердого топлива к сжиганию заключается в его измельчении и сушке в пылеуловителе, а подготовка мазута — в нагревании, очистке от механических примесей, а иногда и в обработке специальными добавками. С газовым топливом все проще. Подготовка газового топлива в основном сводится к регулированию давления газа перед горелками котла.

Шлак и уловленная зола обычно гидравлически удаляются в золоотвалы.

При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.

При сгорании топлива химически связанная энергия превращается в тепло. В результате образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева котла отдают тепло воде и образующемуся из нее пару.

Совокупность оборудования, отдельные его элементы, трубопроводы, по которым движется вода и пар, образуют пароводяной тракт станции.

В котле вода нагревается до температуры насыщения, испаряется, а образующийся из кипящей котловой воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам на турбину, где его тепловая энергия преобразуется в механическую энергию, которая передается на вал турбины.

Выделяющийся в турбине пар поступает в конденсатор, отдает тепло охлаждающей воде и конденсируется.

Конденсат откачивается из конденсатора конденсатным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются кислород и углекислый газ, которые удаляются в атмосферу для предотвращения коррозии оборудования.

Деаэрированная вода, называемая питательной, подается через подогреватели высокого давления (ПВД) в котел.

Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД нагреваются паром, отбираемым от турбины. Этот метод нагрева означает возврат (регенерацию) тепла в цикл и называется регенеративным нагревом.

Благодаря этому уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, отдаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.

Совокупность элементов, питающих конденсаторы охлаждающей водой, называется системой технического водоснабжения. В его состав входят: источник водоснабжения (река, водохранилище, градирня — градирня), циркуляционный насос, входной и выходной патрубки.

В конденсаторе около 55 % тепла пара, поступающего в турбину, передается охлажденной воде; эта часть тепла не используется для выработки электроэнергии и тратится впустую.

На ТЭЦ имеют место внутренние потери пара и конденсата из-за неполной герметичности пароводяного тракта, а также безвозвратного расхода пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют примерно 1 — 1,5 % от общего расхода пара на турбины.

В случае когенерационных установок возможны внешние потери пара и конденсата, связанные с поставкой тепла промышленным потребителям. В среднем они составляют 35 — 50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняются подпиточной водой, предварительно очищенной на установке водоподготовки.

Таким образом, питательная вода котла представляет собой смесь конденсата турбины и подпиточной воды.

Электротехническое хозяйство станции включает в себя электрогенератор, трансформатор связи, главное коммутационное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.

Система управления осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.

Конденсатор: Отработанный пар конденсируется в конденсаторе за счет циркуляции холодной воды. Здесь пар теряет давление и температуру и возвращается в воду.

Конденсация необходима, потому что для сжатия жидкости в газообразной форме требуется огромное количество энергии по сравнению с энергией, необходимой для сжатия жидкости. Таким образом, конденсация увеличивает эффективность цикла.

Преимущества ТЭС

Таким образом, ТЭЦ представляет собой станцию, где основным видом оборудования являются турбины и генераторы. К преимуществам таких комплексов относятся, в первую очередь:

  • низкие затраты на строительство по сравнению с большинством других типов электростанций;
  • дешевизна используемого топлива;
  • низкие затраты на производство электроэнергии.

Большой плюс таких станций еще и в том, что их можно строить в любом нужном месте, независимо от наличия топлива. Уголь, мазут и т д могут подвозиться на станцию ​​автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом тепловых электростанций является то, что они занимают очень небольшую площадь по сравнению с другими типами установок.

Эффективность ТЭЦ

Огромное количество тепла теряется на разных этапах работы завода. Большая часть тепла теряется в конденсаторе. Таким образом, КПД тепловых электростанций
довольно низко.

Тепловая эффективность. Отношение между «тепловым эквивалентом механической энергии, передаваемой на вал турбины» и «теплотворной способностью угля» называется тепловым КПД.

Тепловой КПД современных тепловых электростанций составляет около 30%. Это означает, что когда уголь сжигает 100 калорий тепла, на валу турбины будет механическая энергия, эквивалентная 30 калориям.

Общий КПД: Соотношение между «тепловым эквивалентом электроэнергии» и «теплотворной способностью угля» называется общим КПД. Общий КПД тепловой установки составляет ок. 29% (чуть меньше теплового КПД).

Лопасти рабочих колес хорошо видны на этой паровой турбине.

Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождаемую при сжигании ископаемого топлива — угля, нефти и природного газа — для превращения воды в пар высокого давления.

Этот пар с давлением около 240 кг на квадратный сантиметр и температурой 524°C (1000°F) приводит в движение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, вырабатывающего электричество.

Современные тепловые электростанции преобразуют около 40 процентов тепла, выделяемого при сжигании топлива, в электроэнергию, остальное выбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанное тепло для обогрева близлежащих домов и предприятий.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии повышает энергоэффективность электростанции до 80 процентов.

Паротурбинная установка с электрогенератором

Типичная паровая турбина содержит два набора лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, поступает в проточную часть турбины и приводит во вращение рабочие колеса с первой группой лопаток.

Затем пар нагревается в пароперегревателе и снова поступает в проточный тракт турбины, чтобы вращать рабочие колеса со вторым набором лопаток, которые работают при более низком давлении пара.

Вид в разрезе

Типичный генератор на теплоэлектростанции (ТЭЦ) приводится в движение напрямую паровой турбиной, вращающейся со скоростью 3000 оборотов в минуту. В генераторах этого типа вращается магнит, который также называют ротором, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предотвращает перегрев генератора.

Выработка энергии при помощи пара

На тепловых электростанциях топливо сжигается в котле с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления.

Пар приводит в действие турбину и производит механическую энергию, которую генератор преобразует в электричество. После выхода из турбины пар поступает в конденсатор, где омывает трубы холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.

Мазутный, угольный или газовый котел

Внутри котла

Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагретая вода. Сложная конфигурация труб позволяет значительно увеличить количество тепла, передаваемого воде, и за счет этого производить гораздо больше пара.

Для турбин с противодавлением весь выхлопной пар используется на технологические цели (варка, сушка, обогрев). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или от системы подогрева греющего пара и изменяется вместе с ней.

Поэтому турбина с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, что покрывает возникающий в результате дефицит мощности.

Когенерационные паровые турбины используются для одновременного производства электрической и тепловой энергии. Но основным конечным продуктом таких турбин является тепло.

Теплоэлектростанции, оснащенные паровыми турбинами комбинированного производства тепла и электроэнергии, называются теплоэлектростанциями (ТЭЦ). К когенерационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

Для турбин с противодавлением весь выхлопной пар используется на технологические цели (варка, сушка, обогрев). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или от системы подогрева греющего пара и изменяется вместе с ней.

Поэтому турбина с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, что покрывает возникающий в результате дефицит мощности.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара удаляется из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальная часть пара поступает в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой управления. Место отбора (турбинная ступень) выбирается в зависимости от требуемых параметров пара.

Для турбин с выхлопом и противодавлением часть пара удаляется из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь выхлопной пар направляется из выхлопной трубы в систему отопления или в сетевой подогреватель.

Для некоторых турбин возможна работа на «сломанном вакууме» — до 20 кПа и более.

Тип тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в центральной части города

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — вид тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе для обеспечения горячей водой и отопление жилищно — и промышленных объектов).

ТЭЦ конструктивно устроена как конденсационная электростанция (КЭС, ГРЭС).

Основное различие между ТЭЦ и КЭС заключается в способности улавливать тепловую энергию пара после того, как он выработал электроэнергию.

В зависимости от типа паровой турбины существуют разные отборы пара, позволяющие отбирать из нее пар с разными параметрами.

Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара.

Отработанный пар конденсируется в сетевых подогревателях и отдает энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котлы и тепловые пункты.

При ТЭЦ можно отключить отбор тепла пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной ЦЭС.

Это позволяет эксплуатировать ТЭЦ по 2-м планам нагрузки:

тепловая – электрическая нагрузка сильно зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка в приоритете);

электрическая — электрическая нагрузка не зависит от тепловой нагрузки, либо тепловой нагрузки нет вообще, например летом (приоритет — электрическая нагрузка).

совмещение функций производства тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, не задействованное в работе на КЭС, используется для отопления.

Это увеличивает расчетный КПД в целом (35-43% для ТЭЦ и 30% для КЭС), но не говорит о КПД ТЭЦ.

Основными показателями КПД являются удельная выработка электроэнергии на потреблении тепла и КПД цикла КЭС.

При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.

По типу присоединения котлов и турбин ТЭЦ могут быть:

неблокируемые (сшитые).

На блочных ТЭЦ котлы и турбины соединены попарно (иногда применяется двухблочная схема: 2 котла на 1 турбину).

Такие блоки обычно имеют большую электрическую мощность: 100-300 МВт.

Схема перекрестного соединения позволяет передавать пар от любого котла к любой турбине, повышая гибкость управления установкой.

Однако для этого необходимо проложить большие паропроводы вдоль главного корпуса станции.

Кроме того, все котлы и все турбины, объединенные в контур, должны иметь одинаковые номинальные параметры пара (давление, температура).

Если на ТЭЦ было установлено основное оборудование с разными параметрами в разные годы, должно быть несколько схем перемычек.

Для принудительного изменения параметров пара можно использовать редукционное охлаждающее устройство (RDD).

По типу паропроизводящей установки ТЭЦ могут быть:

с паровыми котлами

с паровой системой,

с ядерными реакторами (атомными электростанциями).

Также это могут быть ТЭЦ без ПГУ – с ГТУ.

Поскольку когенерационные установки зачастую строятся, расширяются и реконструируются десятилетиями (что связано с постепенным увеличением тепловой нагрузки), многие станции имеют установки различного типа.

Паровые котлы для ТЭС также различаются по типу топлива:

По типу теплового воздействия различают турбины:

с регулируемыми отборами греющего пара (в обозначении турбин российского производства есть буква «Т», например Т-110/120-130),

с регулируемыми отборами технологического пара («П»),

с обратным давлением («П»).

Обычно бывает 1-2 регламентированных отбора каждого типа.

При этом количество нерегулируемых отборов, используемых для утилизации тепла внутри теплового контура турбины, может быть любым (как правило, не более 9, как для турбины Т-250/300-240).

Давление на выходе из производства (номинальное значение ок. 1-2 МПа) обычно выше, чем в тепловых пунктах (ок. 0,05-0,3 МПа).

Термин «противодавление» означает, что турбина не имеет конденсатора, а весь выхлопной пар идет на производственные нужды обслуживаемых предприятий.

Такая турбина не может работать, если нет потребителя пара с противодавлением.

Когенерационные турбины (тип «Т») могут работать в аналогичном режиме при полной тепловой нагрузке: в этом случае весь пар идет на отбор тепла, но давление в конденсаторе поддерживается несколько больше номинального (обычно не более 12-17 кПа).

Для некоторых турбин возможна работа на «сломанном вакууме» — до 20 кПа и более.

Кроме того, паровые турбины выпускаются со смешанным типом отбора:

с регулируемым тепловым и производственным выходом («ПТ»),

с регулируемой вытяжкой и обратным давлением («PR») и т.д.

На ТЭЦ могут одновременно работать разные типы турбин в зависимости от необходимого сочетания тепловых нагрузок.

В самом цикле в турбине происходит расширение пара по линии 1-2′, то есть используется только часть тепловыделения, AqK — внутренние потери энергии в турбине.

Топливо и нагретый воздух поступают в ствол котла (Кт). Газы, образующиеся при сгорании топлива, отсасываются из котла и выбрасываются дымоходом (высота дымохода

Э — экономайзер; ПН, КП, ЦП — питательные, конденсатные, циркуляционные насосы

Прохождение основного количества пара через конденсатор приводит к тому, что значительная часть тепловой энергии (до 70 %) бесполезно уносится оборотной водой.

КЭС будут располагаться вблизи источников энергии (уголь, газ, мазут). Единичная мощность блоков (агрегатов) – 500,1200 МВт, мощность электростанции – 2000,3600 МВт. Особенностью КЭС является низкая маневренность блоков. Таким образом, отключение турбины и набор нагрузки аппарата из «холодного состояния» составляет от 3 до 10 часов.

ТЭЦ выполняются по тому же принципу, что и КЭС, но при этом выдуваемый из турбины пар направляется на сетевые подогреватели (СИ).

Потребители получают тепло от сетевых обогревателей (СИ). Чем больше пара отбирается от котла на отопление, тем меньше теплоты уходит с оборотной водой, тем выше КПД станции.

Когенерационные установки строятся вблизи потребителей тепла и поэтому работают на привозном топливе, большая часть ЭЭ потребляется в окрестностях. ТЭЦ намного эффективнее КЭС по КПД (КПД 25,40%, ТЭЦ — 60,70 %).

I — топливный бункер; 2 — блок пылеподготовки; 3 — подача воздуха;

  • 4 — топка котла; 5 — барабан; б — конвективная ось котла; 7 — дымоход;
  • 8 — турбина высокого давления; 9 — турбина низкого давления; К) — электрогенератор; 11 — шины к силовой установке; 12 — резервуар; 13 — насос; 14 — конденсатор; 15 — питательный насос

В самом цикле в турбине происходит расширение пара по линии 1-2′, то есть используется только часть тепловыделения, AqK — внутренние потери энергии в турбине.

При температуре 600 °С и давлении 30 МПа на сопла турбины передаются мембраны, которые выполняют функцию преобразователя внутренней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул.

Газотурбинные установки (/ТУ)

Газовые турбины используют в качестве рабочего тела смесь продуктов сгорания с воздухом или нагретый воздух при высоком давлении и высокой температуре. Тепловая энергия газов преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Но принцип преобразования энергии Г’ГУ не отличается от паровых ЭС. Схема газовой турбины показана на рис. 2.6.

Схема с мини ТЭЦ на древесных отходах

Отходы лесоперерабатывающей промышленности, сельского хозяйства и агропромышленного комплекса являются ценным энергоресурсом, позволяющим обеспечить потребности вашего предприятия в электроэнергии и тепле для отопления и технологических процессов.

Строительство ТЭЦ или мини ТЭЦ на отходах – отличное решение, которое позволит использовать в качестве топлива отходы всех лесопромышленных предприятий (целлюлозно-бумажные комбинаты, фанерные, лесопильные заводы), а также отходы сельского хозяйства и животноводства. Так, например, широко распространено строительство мини-ТЭЦ на древесных отходах.

Первый инженер поставляет, по желанию Заказчика, размещает производство металлоемкого котельного оборудования, проектирует и строит источники энергии на биотопливе на котельном заводе KABLITZ (Германия):

ТЭЦ и мини ТЭЦ на древесных отходах с паровыми турбинами

  • Источник тепловой и электрической энергии автономен и абсолютно надежен
  • Эффективная утилизация отходов производства
  • Сократите затраты на электроэнергию до собственных нужд

Техническое решение

ТЭЦ на биомассе с паровыми турбинами позволит вам:

  • Устранение затрат за счет покупки электроэнергии, пара и горячей воды у внешних поставщиков
  • Обеспечить стабильное энергоснабжение и повысить категоризацию энергоснабжения
  • Получайте дополнительную прибыль, продавая энергию сторонним потребителям
  • Уменьшить площадь территорий, используемых для складирования отходов производства
  • Минимизировать риски, связанные с хранением отходов производства (загрязнение окружающей среды, пожароопасность и т.д.)

Технологическая термомасляная установка (ТМУ) на биомассе

  • Источник тепла — автономный и экономичный
  • Эффективная утилизация
  • Снизить стоимость тепловой энергии

Техническое решение

  • Тепловая мощность блока до 80 МВт
  • Требуемый уровень нагрева термомасла 315 °С
  • Органические и синтетические теплоносители
  • Одноходовые термомасляные теплообменники
  • Контроль расхода масла в каждом отдельном контуре трубопровода
  • Требуемая температура дымовых газов (также использование конденсатора дымовых газов)

ТМУ на биомассе позволит вам:

  • Устранение затрат на покупку энергии у внешних поставщиков
  • Обеспечить стабильное теплоснабжение технологических потребителей
  • Снизить воздействие на окружающую среду за счет сокращения площадей складирования отходов производства и минимизации связанных с этим рисков.

Водогрейная котельная на биотопливе

  • Автономный источник тепла в непосредственной близости от потребителя
  • Эффективная утилизация древесных отходов

Техническое решение

  • Тепловая мощность блока до 50 МВт
  • Водонагреватель до 150 °C
  • Смешанные водогазотрубные котлы и полностью водотрубные котлы
  • Раствор для сжигания топлива с низкой температурой плавления золы (кора, загрязненные отходы)
  • Требуемая температура дымовых газов (также использование конденсатора дымовых газов)

Водогрейный котел на биотопливе позволит:

  • Устранение затрат за счет покупки тепловой энергии у внешних поставщиков
  • Обеспечить стабильное теплоснабжение предприятия за счет внутренних ресурсов и с минимальными потерями тепла
  • Перерабатывайте до 100% древесных или растительных отходов производства
  • Способствовать сохранению природных ресурсов.

«Первый инженер» — системный интегратор и партнер ведущего европейского производителя котельного оборудования Richard Kablitz GMbH (Германия) в Российской Федерации.

  • поможем оценить целесообразность и мощность ТЭЦ, мини ТЭЦ или биотопливного котла для нужд вашего бизнеса;
  • предложим оптимальное техническое решение исходя из ваших требований и спроектируем котельную, ТЭЦ или мини-ТЭЦ;
  • выполним строительство котельной, ТЭЦ или мини ТЭЦ под ключ»;
  • обеспечим гарантийное и послегарантийное обслуживание на построенный объект, сервисную поддержку.

Мы предложим лучшее техническое решение исходя из ваших требований и подготовим проект ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной на биотопливе.

Читайте также: Инфракрасный теплый пол под ламинат: инструкция по монтажу своими руками

Недостатки ТЭС

Конечно, у таких станций есть не только преимущества. Они также имеют ряд недостатков. Тепловые электростанции – это комплексы, к сожалению, сильно загрязняющие окружающую среду. Станции такого типа могут просто выбрасывать в воздух огромное количество копоти и дыма.

Также к минусам тепловых электростанций можно отнести высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями. Кроме того, все виды топлива, используемые на таких станциях, являются незаменимыми природными ресурсами.

Какие существуют разновидности ТЭС

Станции этого типа можно классифицировать по двум основным признакам:

  • иметь дело;
  • тип установки.

В первом случае ГРЭС и ТЭЦ разделены. Электростанция – это установка, работающая за счет вращения турбины под мощным давлением струи пара.

Расшифровка аббревиатуры ГРЭС – государственная районная электростанция – сейчас потеряла свою актуальность. Поэтому такие комплексы часто еще называют КЭС. Эта аббревиатура расшифровывается как «конденсатная электростанция».

ТЭЦ также является довольно распространенным типом тепловых электростанций. В отличие от ГРЭС, такие станции оснащены не конденсационными, а тепловыми турбинами. ТЭЦ расшифровывается как «тепловая электростанция».

Помимо конденсационных и отопительных систем (паровые турбины) на ТЭС могут применяться следующие виды оборудования:

  • газотурбинная установка;
  • парогаз.

ТЭС и ТЭЦ: различия

Часто люди путают эти два термина. ТЭЦ, по сути, как мы выяснили, является одним из вариантов тепловых электростанций. Такая станция отличается от других типов тепловых электростанций прежде всего тем, что часть вырабатываемой ею тепловой энергии идет на котлы, установленные в помещениях, для их обогрева или получения горячей воды.

Также часто путают названия ГЭС и ГРЭС. В первую очередь это связано со сходством аббревиатур. Однако ГЭС принципиально отличается от ГРЭС. Оба этих типа станций строятся на реках. Но на ГЭС, в отличие от ГРЭС, в качестве источника энергии используется не пар, а сам поток воды.

Какие предъявляются требования к ТЭС

Тепловая электростанция – это тепловая электростанция, в которой одновременно производится и потребляется электроэнергия. Поэтому такой комплекс должен полностью отвечать ряду экономических и технологических требований. Это позволит обеспечить бесперебойное и надежное электроснабжение потребителей. Так:

  • помещения ТЭС должны иметь хорошее освещение, вентиляцию и проветривание;
  • воздух внутри и вокруг установки должен быть защищен от загрязнения твердыми частицами, азотом, оксидами серы и так далее;
  • источники водоснабжения должны быть тщательно защищены от попадания в них нечистот;
  • водоочистные сооружения на станциях должны быть оборудованы безотходно.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и ​​«ТЭЦ». Проще говоря, они сестры. А «чистая» тепловая электростанция – ТЭЦ предназначена исключительно для производства электроэнергии. Другое название «конденсатная электростанция» — КЭС.

Комбинированная теплоэлектростанция — ТЭЦ — разновидность тепловой электростанции. Он, помимо выработки электроэнергии, поставляет горячую воду в систему центрального отопления и для хозяйственных нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступает топливо и нагретый воздух — окислитель. Наиболее распространенным топливом на российских ТЭС является угольная пыль. Тепло от сгорания угольной пыли превращает поступающую в котел воду в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет его вращаться, приводя в движение ротор генератора, преобразующий механическую энергию в электрическую.

Кроме того, пар, уже потерявший свои первые показатели – температуру и давление – поступает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» снова превращается в воду. Затем конденсатный насос перекачивает его в регенеративные нагреватели, а затем в деаэратор. Там вода выделяется из газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. Затем вода снова нагревается паром и возвращается в котел.

Теплоснабжение

Второй, не менее важной функцией ТЭЦ является обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытовых нужд.

В специальных нагревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую смесительную камеру и далее по магистральной системе отопления поступает к потребителям. Запас воды на ТЭЦ постоянно пополняется.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭЦ с газовыми турбинами намного компактнее и экологичнее. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где реактивная струя, в отличие от него, не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34%. Подавляющее большинство ТЭС до сих пор работают на угле, что объясняется достаточно просто – запасы угля на Земле по-прежнему огромны, поэтому доля ТЭС в общем объеме вырабатываемой электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля на протяжении многих десятилетий остается практически неизменным. Но и сюда пришли новые технологии.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь тоже при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего способа, в момент сгорания образуется пар, который приводит во вращение турбину. Затем из дымовых газов удаляют золу и оксиды серы, проводят охлаждение и конденсацию.

Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме — в котле на смеси с воздухом. После этого удаляют золу и SO2 — оксид серы. Затем CO2 удаляют с помощью специального жидкого абсорбента, после чего вывозят на свалку.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира

Первенство принадлежит китайской ТЭС Туокетуо мощностью 6600 МВт (5 эн/блок х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв км. За ней следует ее «соотечественник» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Замыкает тройку лидеров крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 — 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, а на пятом – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Другие виды топлива для ТЭС

Помимо традиционных видов топлива — газа и угля, на которых работают нынешние ТЭС, ранее использовались мазут и торф. Но это скорее в прошлом, так как они имеют ряд существенных недостатков.

Для перевозки мазута требуются железнодорожные составы с цистернами. Его необходимо хранить и подогревать перед использованием, поэтому топливо получается в виде густой массы. Но самое неприятное – выброс в атмосферу оксида серы.

Вещества, приводящие к образованию в воздухе серной кислоты, обладающей коррозионно-разрушающим действием. Однако в качестве резервного топлива и воспламенительного материала вполне пригоден мазут.

Использование торфа нерентабельно из-за низкой энергоэффективности, а также проблем с доставкой и хранением. Применение других видов топлива, что встречается довольно редко, оправдано лишь в исключительных случаях малого местного энергопотребления или избытка горючего материала.

Биогаз

Из-за растущей популярности альтернативных видов топлива биомасса, биотопливо или биогаз, получаемые из них, все чаще становятся одним из таких материалов.

КПД тепловой электростанции

Хотя количество тепловых электростанций, вовлеченных в мировое производство энергии с начала 3-го тысячелетия, несколько увеличилось за счет развивающихся стран, это не спасло сами ТЭС от низкой эффективности процесса преобразования энергии.

Таким образом, КПД большинства современных тепловых электростанций в 2013 г составлял 34 %, достигая у наиболее эффективных угольных электростанций до 46 %, а у лучших газовых доходил до 61 %.

Да, использование когенерации (одновременная выработка двух видов энергии — электроэнергии и тепла — в одной установке) увеличивает расчетный КПД, но незначительно. За счет тепла, уносимого выхлопными газами, тепловой КПД тепловых электростанций не превышает 36%.

К вашему сведению:

Оснащенные котлами-утилизаторами и дополнительными турбинами газотурбинные установки доводят этот показатель до значения более 40%.

Многие ученые и исследователи ищут пути повышения эффективности тепловых электростанций. Одним из результатов их деятельности уже стал подогрев пара, что значительно повышает термический КПД.

Наиболее перспективные разработки обещают разработку сверхсверхкритических параметров пара, которые обещают повышение КПД угольных ТЭС до 55 %, а также совмещение газового и парового циклов в высокоманевренном агрегате, что позволяет увеличить этот показатель до 60%.

Тепловая электростанция: плюсы и минусы

Электростанции, на долю которых приходится 60% мирового производства энергии, имеют ряд преимуществ по сравнению с гидроэлектростанциями и атомными электростанциями, к которым относятся:

  • большая свобода размещения, благодаря возможности использования различных видов топлива;
  • менее занятая зона отчуждения;
  • скорость строительства;
  • низкая удельная стоимость, соотносимая с единицей установленной мощности;
  • существенно меньший уровень воздействия на прилегающую территорию и проживающее там население при крупных авариях и катастрофах, если не учитывать прекращение процессов электро- и теплоснабжения;
  • вся сезонность и универсальность, что позволяет обеспечить абонентов тепловой энергией, необходимой в холода.

Параллельно ТЭС имеют и ряд существенных недостатков:

  • стабильная работа тепловых электростанций требует непрерывного снабжения топливными ресурсами;
  • непосредственное обслуживание топливного цикла требует участия значительного количества персонала;
  • частые изменения режимов работы агрегатов станции увеличивают расход топлива и сокращают срок службы оборудования;
  • технико-экономические характеристики тепловых станций определяют их относительно низкий КПД;
  • эксплуатация тепловых электростанций оказывает наиболее негативное воздействие на окружающую среду.

Самые мощные ТЭС

Крупнейшие производственные мощности стараются разместить как можно ближе к источникам топлива или потребителям электрической энергии. Возможно, поэтому первое место в мире по мощности среди тепловых электростанций занимает китайская ТЭЦ.

Имя Страна Установленная мощность (МВт) Топливо
Поезд два КНР 6600 (розетка 6720) уголь
Тайчжун Тайвань 5780 уголь
Сургутская ГРЭС-2 РФ 5675.1 попутный и природный газ
Белхатувская Польша 5420 уголь
Нечеткий Япония 5040 попутный и природный газ

Крупнейшая в мире тепловая электростанция

Панорамные снимки ТЭЦ в Тогто

В Российской Федерации лидерство принадлежит:

  • Сургутская ГРЭС-2 (5,6 ГВт), построенная в Ханты-Мансийском автономном округе.
  • Рефтинская ГРЭС (3,8 ГВт) в Свердловской области.
  • Костромская ГРЭС (3,6 ГВт) в одноименном районе.
  • Сургутская ГРЭС-1 (3,3 ГВт) в Ханты-Мансийском автономном округе,
  • Рязанская ГРЭС (3,3 ГВт) в Рязанской области.

Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС

Для формирования оптимальных параметров работы и определения наилучших критериев управления технологические процессы, происходящие внутри ТЭС, описываются математическими моделями в виде уравнений или систем уравнений.

За основу обычно берется типовой силовой агрегат, хотя возможно использование математических методов для изучения ряда процессов, происходящих вне его, вплоть до анализа финансово-экономических показателей.

При этом для простоты моделирования сам блок включает в себя парогенератор (котел) и турбогенератор, что является следствием двухступенчатого преобразования энергии. В обязательном порядке учитываются такие факторы, как конструкция станции (блочная или сшитая) и необходимость непрерывного выделения энергии, которую нельзя запасти.

Входными переменными энергоблока являются расходы воды, воздуха, топлива и многие другие параметры, а выходными воздействиями являются: количество вырабатываемой электрической и тепловой энергии, их потери в системах охлаждения и дымоудаления, котле производительность, физические параметры выходных энергоносителей.

Также могут учитываться собственные потребности электростанции.

В качестве методов математической абстракции используются:

  • уравнения баланса — материальный или энергетический;
  • дифференциальные уравнения на основе передаточных функций, комплексных частотных функций и других зависимостей одних величин от других.

При их составлении необходимо выявить все каналы и сам характер управляющих, регулирующих и разрушающих воздействий.

В результате это позволит представить ТЭС или отдельные ее компоненты в виде готовых математических моделей, готовых выявить наиболее эффективные алгоритмы работы.

Экологические аспекты работы тепловой станции

Почти 90% электроэнергии производится тепловыми электростанциями. Однако, в отличие от других способов генерации, тепловые электростанции наносят больший ущерб окружающей среде. На всех этапах: от добычи полезных ископаемых до утилизации, тепловые электростанции негативно влияют на атмосферу, водные ресурсы и земную поверхность.

Возникающие проблемы:

  • истощение запасов ископаемого топлива, сама процедура добычи которого с последующей доставкой к месту использования наносит очень значительный ущерб;
  • значительное водопотребление с последующим вредным стоком;
  • ежегодное насыщение атмосферы загрязняющими веществами (около 250 млн т золы и почти 60 млн т диоксида серы, не считая многих других веществ и химических элементов), что провоцирует кислотные дожди и постепенное исчезновение озонового слоя планеты;
  • термическое воздействие на окружающую среду, вызывающее изменение климата и разрушение существующей биосферы;
  • загрязнение прилегающей территории отходами в виде шлака и золы, которые практически не используются;
  • шумовое, электромагнитное, а в случае угольных ТЭС и радиоактивное загрязнение.

Нельзя сказать, что не ведется работа по минимизации экологического ущерба от тепловых электростанций. Она организована максимально широко, даже в ущерб технологической и экономической эффективности.

Но результат еще далек от желаемого. Поэтому исследовательская деятельность в этом направлении должна быть продолжена. Ведь альтернативы тепловым электростанциям в ближайшем будущем пока не предвидится.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector