Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

Производство электроэнергии на тепловых станциях сопровождается большими потерями тепла. В тоже время многим отраслям промышленности таким, как химическая, текстильная, пищевая, металлургическая, и ряду других тепло необходимо для технологических целей. Для отопления жилых зданий требуется в значительном количестве горячая вода.

В нашей стране больше ½ всего добываемого топлива расходуется на тепловые нужды предприятий. Удовлетворение потребностей в тепле, подавляющая часть которого используется в виде горячей воды и пара, сооружением небольших индивидуальных котельных, как правило, не экономично, так как такие установки работают с небольшим к.п.д. и технически менее совершенны, чем крупные установки современных мощных тепловых станций.

В этих условиях естественно экономичней использовать пар в парогенераторах на тепловых станциях, как для выработки электроэнергии, так и для теплофикации потребителей.

Электростанции, выполняющие такие функции, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Отработанный в турбинах пар конденсационных станций имеет t =25÷30 , и поэтому он не пригоден для использования в технологических процессах на предприятии. Во многих производствах требуется пар при давлении 0,5÷0,9 МПа (5÷9 атм), а иногда и до 2 МПа (20 атм) для приведения в движение прессов, паровых молотов, турбин. Иногда требуется горячая вода 70÷150 .

Для получения пара с необходимым для потребителей параметрами используют специальные турбины с промежуточными отборами пара. В таких турбинах, после того как часть энергии пара израсходуется на приведение в движение турбины и параметры его понизятся, производится отбор некоторой доли пара для потребителей. Оставшаяся доля пара далее обычным порядком используется в турбине и затем поступает в конденсатор.

Благодаря более полному использованию тепловой энергии кпд ТЭЦ достигает 60-65 %, а кпд КЭС не более 40 %.

Горячая вода и пар под давлением, достигающим в отдельных случаях 3 МПа (30 атм), доставляется потребителям по трубопроводам. Совокупность трубопроводов, предназначенных для передачи тепла, называется тепловой сетью. Конденсат, получаемый после использования пара потребителями, представляет собой чистую воду, практически лишённую примесей солей. Конденсат целесообразно собирать и затем вновь использовать для производства пара. Поэтому паровая сеть выполняется из паровых труб и конденсаторопроводов. Трубопроводы прокладывают под землёй, но иногда наземная прокладка (на эстакадах). Выполняют компенсаторы, скользящие опоры (подвижные) т.п. трубы удлиняются при нагревании. Трубы изолируют для снижения потерь тепла в теплосетях.

Важное значение придаётся эффективности расположения ТЭЦ, т.к. передача тепла не экономична >< = 5÷7 км. Рассматривается вопрос экологии.

Централизованное теплоснабжение на базе ТЭЦ имеет большие преимущества: обеспечивают основную долю потребности в тепле промышленных потребителей, ЖКХ, уменьшают расходы на топливо, а также материальные и трудовые затраты в системах теплоснабжения.

 

 

1.3 Газотурбинные установки

На отечественных тепловых станциях начинают широко использоваться газотурбинные установки (ГТУ). В качестве рабочего тела в таких установках используется смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. В газовых турбинах происходит преобразование тепловой энергии газов в кинетическую энергию вращения ротора турбины.

По конструктивному исполнению и принципу преобразования энергии газовые турбины не отличаются от паровых. Экономичность работы газовых турбин примерно такая же, как и двигателей внутреннего сгорания, а при очень высоких температурах рабочего газа экономичность газовых турбин выше, чем двигателей внутреннего сгорания. Газовые турбины более компактны, чем паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания.

Особенно широкое распространение газовые турбины получили на транспорте. Применение газовых турбин как основных элементов авиационных двигателей позволило в современной авиации достичь больших скоростей, грузоподъёмности и высоты полёта.

Авиационные двигатели, отработавшие свой срок на самолётах (выработавшие ресурс) применяются в стационарной энергетике как установки для снятия пиков нагрузки.

Газотурболокомотивы на ж/д транспорте конкурентоспособны с тепловозами, оборудованными поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Современные газовые турбины в основном работают на жидком топливе, однако, кроме жидкого топлива может использоваться газообразное: как естественный природный газ, так и искусственный газ, получаемый особым сжиганием твёрдых топлив любых видов.

Заманчива перспектива сжигания угля в местах залегания. При этом компрессорами под землю в необходимом количестве подаётся воздух, производится сжигание угля с образованием горючего газа, который затем подаётся по трубам к ГТУ. Впервые в мире такая опытная электростанция построена в Тульской области.

Работа газотурбинной установки осуществляется следующим образом (см. рис. 5).

 

Рис. 5 Принципиальная схема газотурбинной установки: 1-камера сгорания; 2-газ; 3-турбина; 4-генератор; 5-компрессор; 6-воздух; 7-регенератор; 8-газ.

 

В камеру сгорания 1 подаётся жидкое или газообразное топливо и воздух. Получающиеся в камере сгорания газы 2 с высокой температурой и под большим давлением направляются на рабочие лопатки турбины 3. Турбина вращает электрический генератор 4 и компрессор 5. Компрессор 5 необходим для подачи под давлением воздуха 6 в камеру сгорания. Сжатый в компрессоре воздух перед подачей в камеру сгорания подогревается в регенераторе 7 отработанными в турбине горючими газами 8. Подогрев воздуха позволяет повысить эффективность сжигания топлива в камере сгорания.

 

 

1.4 Парогазовые установки (ПГУ)

Отработанные газы, после турбины имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на кпд термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротурбинных агрегатов таким образом, что в них происходит совместное использование тепла, получаемого при сжигании топлива, позволяет на 8-10 % повысить экономичность работы установки, называемой парогазовой, и снизить её стоимость на 25 %.

 

 

 

Рис. 6 Принципиальная схема парогазовой установки: 1-парогенератор, 2-компрессор, 3-газовая турбина, 4-генератор, 5-паровая турбина, 6-конденсатор, 7-насос, 8-экономайзер.

 

Парогазовые установки, использующие два вида рабочего тела – пар и газ – относятся к бинарным. В них часть тепла, получаемого при сжигании топлива в парогенераторе, расходуется на образование пара необходимых параметров, который затем направляется в паровую турбину (рис. 6). Охлаждённые до температуры 650-700 газы попадают на рабочие лопатки газовой турбины. Отработанные в турбине газы используются для подогрева питательной воды, что позволяет уменьшить расход топлива и повысить кпд всей установки, который может достичь 44 %.

Парогазовые установки могут работать также по схеме, в которой отработанные в газовой турбине газы поступают в паровой котёл (котёл-утилизатор). ПГУ работают на жидком или газообразном топливе.