Структурно-функциональная схема ТЭС

8. Состав теплового хозяйства и технико-экономические требования к ТЭС

Тепловое хозяйство тэс, кроме основных агрегатов и их вспомогательного оборудования, включает ряд дополнительных производственных установок и устройств, объединенных с основным оборудованием единым технологическим процессом. С турбинной установкой связаны системы технического водоснабжения, обеспечивающего подачу охлаждающей воды для конденсации отработавшего пара турбин, устройства для отпуска пара и горячей воды внешним потребителям, системы для подготовки добавочной воды. Пароводяная система парового котла, турбинная установка с теплообменниками и насосами и соединяющие их трубопроводы образуют пароводяной тракт тэс. Устройства для подачи и подготовки топлива, топочная камера и газоходы котла, золоуловители, тягодутьевая установка, воздуховоды и внешние газоходы, дымовые трубы совместно образуют топливно-газовоздушный тракт тэс. епловая электрическая станция,ее оборудование и технологические схемы должны удовлетворять ряду технических и экономических требований. Надежное и бесперебойное энергоснабжение потребителей в соответствии с графиками нагрузок особенно важно для снабжения электрической энергией, так как производство и потребление ее осуществляются практически почти одновременно, электроэнергия не запасается и не хранится на складах. Ведутся работы по созданию накопителей электроэнергии. Показатели качества энергии (частота, напряжение электрического тока, давление и температура пара и воды) должны удовлетворять установленным нормам. Должны безусловно обеспечиваться требования безопасности, нормальных условий труда персонала, а также охраны окружающей среды, включающие требования противопожарной безопасности, а на АЭС, кроме того, и радиационной безопасности, противо-аварийной и биологической защиты. Помещения тэс и АЭС должны иметь хорошее естественное освещение, аэрацию и вентиляцию. Должна обеспечиваться защита воздушного бассейна от загрязнений вредными выбросами путем улавливания твердых частиц, оксидов серы и азота и рассеивания их в верхних слоях атмосферы. Источник водоснабжения (водный бассейн) защищают от попадания в него загрязненных сточных вод. Сточные воды очищаются и обезвреживаются перед отводом их в бассейн. Должны осуществляться преимущественно бессточные (безотходные) технологические схемы водоподготовки, золоудаления и т. п. Экономические требования заключаются в снижении первоначальных затрат (капиталовложений) и эксплуатационных расходов (издержек производства). Такое снижение должно выполняться в результате рационального конструирования оборудования и проектирования тэс в целом, индустриализации строительства и монтажа. Одно из важнейших требований экономичности-- снижение затрат на топливо. Тепловая экономичность тэс должна быть возможно высокой, энергетические показатели тэс не должны уступать по своим значениям показателям лучших образцов отечественной и зарубежной энергетики.

9. Выбор оборудования топливного хозяйства

Принципиальная схема топливного хозяйства зависит от вида, свойств и способа сжигания топлива, производительности котельной и ее расположения, а также способа доставки топлива. В общем случае тепловое хозяйство разделяют на след. участки: узел доставки и приема поступающего топлива (разгрузка); склады топлива; устройства для подачи топлива в помещение тешюстанций (топливоподача); первичная подготовка топлива; учет прибывающего и расходуемого топлива; подготовка топлива к сжиганию; подача топлива в топку. Принцип, технологаческая схема компоновки оборудования теплового хозяйства может иметь несколько вариантов, но в общем случае состоит из вагонных весов, через которые проходит все поступающее топливо, помещения для размораживания вагонов с топливом в зимнее время, разгрузочного устройства, дробильной установки и склада. При сжигании твердого топлива в слое система пылеприготовления в тешюстанций отсутствует. Все поступающее твердое топливо до разгрузки должно быть взвешено. Топливо, доставляемое по ж.д., разгружают на эстакаде котельной. Простейшая из них -- насыпь высотой 1--3 м с улож. на ней ж.-д. путями. Длина эстакады обусловливается суточным расходом топлива и должна обеспечить возможность одновременной разгрузки нескольких вагонов. Иногда вместо эстакады сооружают закрытые разгрузочные сараи для размораживания топлива. После разгрузки топливо подают с помощью автопогрузчиков, грейферных кранов, конвейеров или др. механизмов на склад, с которого по мере необходимости его подают в бункеры сырого угля и из них через систему пылеприготовлеиия в топки котельной установки. Запас топлива, расходуемого в периоды перерывов в его поступлении, хранят на территории котельной либо поблизости от нее на специально сооруженных для этого складах. Уголь, сланцы и торф хранят на открытом воздухе в штабелях.

10. Конденсационные электрические станции (КЭС)

Конденсационная электростанция (КЭС) -- тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию, своим названием этот тип электростанций обязан особенностям принципа работы. Исторически получила наименование «ГРЭС» -- государственная районная электростанция. С течением времени термин «ГРЭС» потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединённой энергосистеме наряду с другими крупными электростанциями. Однако следует учитывать, что не все станции, имеющие в своём названии аббревиатуру «ГРЭС», являются конденсационными, некоторые из них работают как теплоэлектроцентрали.

В котёл с помощью питательного насоса подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идёт процесс горения --химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Сгорающее топливо является мощным источником теплоты, передающейся питательной воде, которая нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения, примерно до 540°C с давлением 13-24 МПа и по одному или нескольким трубопроводам подаётся в паровую турбину.

Паровая турбина, электрогенератор и возбудитель составляют в целом турбоагрегат. В паровой турбине пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного) и потенциальная энергия сжатого и нагретого до высокой температуры пара превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит в движение электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в электрических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя. Конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения, благодаря которому и происходит расширение пара в турбине. Он создаёт вакуум на выходе из турбины, поэтому пар, поступив в турбину с высоким давлением, движется к конденсатору и расширяется, что обеспечивает превращение его потенциальной энергии в механическую.

Схема ГРЭС на угле: 1 -- градирня; 2 -- циркуляционный насос; 3 -- линия электропередачи; 4 -- повышающий трансформатор; 5 -- турбогенератор; 6 -- цилиндр низкого давления паровой турбины; 7 -- конденсатный насос; 8 -- поверхностный конденсатор; 9 -- цилиндр среднего давления паровой турбины; 10 -- стопорный клапан; 11 -- цилиндр высокого давления паровой турбины; 12 -- деаэратор; 13 -- регенеративный подогреватель; 14 -- транспортёр топливоподачи; 15 -- бункер угля; 16 -- мельница угля; 17 -- барабан котла; 18 -- система шлакоудаления; 19 -- пароперегреватель; 20 -- дутьевой вентилятор; 21 -- промежуточный пароперегреватель; 22 -- воздухозаборник; 23 -- экономайзер; 24 -- регенеративный воздухоподогреватель; 25 -- фильтр; 26 -- дымосос; 27 -- дымовая труба.

11. Основные составляющие абсолютного КПД станции

Коэффициент полезного действия электростанции по производству электроэнергии зависит от КПД основных элементов -- турбо-установки и парового котла, а также соединяющих их трубопроводов пара и воды. Таким образом, КПД электростанции (энергоблока) зависит непосредственно от КПД турбоустановки, парового котла и трубопроводов. Наибольшее влияние на КПД электростанции оказывает КПД турбоустановки, учитывающий основную потерю теплоты в цикле производства электроэнергии -- потерю в холодном источнике QK, достигающую 45--50% затрачиваемой теплоты. Остальные потери теплоты на электростанции значительно меньше (0 = 6ч 12°/0, QTp = =1-2%). КПД электростанции определяется в основном значениями КПД турбоустановки т)аТу и парового котла т)п.к. Электрическая мощность турбоагрегата N3 получается как результат преобразования энергии пара в ряде последовательных этапов в соответствующих элементах оборудования. Эти этапы характеризуются своей мощностью и своим КПД. Электрическая мощность N3 связана с механической эффективной мощностью на муфте между турбиной и генератором Ne соотношением Ns--Ner)r= = Ne--NT. Электрический КПД генератора т)г учитывает потери мощности генератора Nr. Эффективная мощность турбины связана с ее внутренней мощностью Ni: где т]м -- механический КПД турбины, учитывающий потери трения в опорных и упорных подшипниках, расход энергии в системах регулирования и смазки турбины vVM. Здесь тдр=ЯаЯа --коэффициент дросселирования пара в стопорных и регулирующих клапанах турбины; при номинальной нагрузке турбины теплоперепад пара после дросселирования Н и т]др определяются из условия р'0, где р0 и р'о -- давление пара перед клапанами и после них; т]0г=Я,Яа -- внутренний относительный КПД проточной части турбины с учетом потерь с выходной скоростью пара последней ступени. Значение КПД tfiy определяется в основном значением термического КПД исходного термодинамического цикла. Значения v)t удается повысить, применяя высокие начальные параметры пара и регенеративный подогрев конденсата турбины. Коэффициенты полезного действия т]ату и t]t -- абсолютные, они характеризуют использование теплоты при преобразовании ее в работу в цикле и учитывают потерю теплоты в холодном источнике (в конденсаторе турбины). Получаем развернутое выражение (структуру) КПД электростанции по производству электроэнергии в зависимости от термического КПД цикла и относительных КПД элементов оборудования. Выше приведены численные значения относительных КПД для полной (номинальной) или экономичной мощности электростанции. При неполных, частичных нагрузках значения КПД уменьшаются.

При осуществлении технологического процесса преобразования энергии внутри электростанции (подготовка топлива, подача котельного воздуха, отвод дымовых газов кот-, лов, подача питательной воды, конденсата и охлаждающей воды конденсаторов и др.), расходуется часть выработанной энергии эс.н в размере 4--6% (эс.н-- доля собственного расхода электроэнергии, или около 1,5--2,5% затрачиваемой теплоты топлива).

12. Выбор тягодутьевых устройств и оборудования золоулавливания и золошлакоудаления

Подача воздуха в топку для горения топлива котла (дутье) и удаление топочных дымовых газов (тяга) могут быть естественными - с помощью дымовой трубы и искусственными - с применением дутьевого вентилятора и дымососа. Дымовые газы, пройдя газоходы котельной установки, направляются в боров, дымосос и дымовую трубу.

Задачами дымовых труб, организуемых для работы с котельной установкой, являются удаление топочных дымовых газов и рассеивание вредных соединений, которые входят в состав продуктов сгорания, в атмосферном воздухе, с целью снижения их концентрации в атмосфере на уровне дыхания до необходимых параметров.

Продукты сгорания содержат токсичные вещества, оказывающие вредное воздействие на биосферу (оксиды углерода, серы и азота и др.). Содержание вредных веществ в воздухе определяется их концентрацией - количеством вещества (мг), находящегося в 1 м3 воздуха (мг/м3). Максимальная концентрация вредных веществ, не оказывающих вредного влияния на здоровье человека, называется предельно допустимой концентрацией (ПДК). Высота дымовой трубы проектируется таким образом, чтобы предупредить недопустимое загрязнение воздушного бассейна в районе котельной.

Дымовая труба, сама по себе и всегда, создает естественную тягу, а движение топочных газов при этом происходит за счет гравитационных сил, обусловленных разностью плотностей холодного наружного атмосферного воздуха и горячих газообразных продуктов сгорания, заполняющих газоходы, дымовую трубу, считая от уровня горелки до устья трубы. Чем ниже температура наружного воздуха и выше его атмосферное давление, выше температура продуктов сгорания топлива, выше дымовая труба - тем естественная тяга больше. В ясную морозную погоду тяга лучше, а в туманную, ветреную, влажную - хуже.

При работе котельного оборудования, для которых характерно то, что давление в топочной камере превосходит давление атмосферного воздуха или же в случае с котельной, обладающей небольшой производительностью, когда оказывается достаточной тяга, развиваемая дымовой трубой, дымососы не устанавливаются. В котельных малой производительности иногда для обеспечения тяги и дутья достаточно использования только дымовой трубы и ее самотяги, и тогда можно обойтись и без дутьевых вентиляторов. Естественная тяга в этом случае регулируется шибером, установленным в газоходе за котлом, а управление выведено на фронт котла, где должен быть фиксатор и указатель открывания заслонки. В верхней части шибера должно быть отверстие диаметром не менее 50 мм для вентиляции топки неработающего котла (при закрытом шибере).

Работа дымовых труб протекает в сложных условиях: при перепадах температуры, давления, влажности, агрессивном воздействии дымовых газов, ветровых нагрузках и нагрузках от собственного веса. Для котельной проектируется обычно одна общая для всех котлов дымовая труба. Дымовые трубы сооружаются по типовым проектам из кирпича, железобетона или металла.

Дымосос - центробежный вентилятор, только с массивными лопатками ротора. Производительность дымососа должна быть на 10 % больше полного объема топочных дымовых газов, удаляемых из котла, с учетом их температуры, а напор должен преодолеть гидравлическое сопротивление всего газового тракта за вычетом самотяги дымовой трубы.

Дутьевой вентилятор и дымосос должны синхронно работать так, чтобы в топке котла поддерживалось разрежение 1,5…3 мм вод. ст., а за котлом 4…6 мм вод. ст. и при открытых дверках или гляделках пламя не выбрасывалось из топки. При разрежении в топке более 8…10 мм вод. ст. происходит значительный подсос холодного воздуха в топку, что резко снижает температуру топочных газов и увеличивает расход топлива. Для измерения небольших давлений или разрежений и получения точных показаний применяют жидкостный тягонапорометр с наклонной трубкой (ТНЖ).

Отдельные котельные агрегаты (МЗК-7АГ и др.), имеющие герметичную стальную обшивку, работают с наддувом воздуха и обеспечивают избыточное давление внутри котла 40 мм вод. ст., а сопротивление воздушного и газового трактов (воздуховода, горелок, газохода, дымовой трубы) преодолевается за счет напора, создаваемого только дутьевым вентилятором.

Для снижения выброса золы в атмосферу в газовоздушном тракте предусматривают специальные золоулавливающие устройства, требования к которым по степени улавливания золы постоянно ужесточаются. В качестве золоулавливающих устройств применяют системы с циклонами, электрофильтрами, скрубберами.

Уловленная зола и шлак, выпадающий в топке, с помощью специальных механизированных удаляющих устройств подаются в систему шлакозолоудаления и транспортируются на значительные расстояния (2--10 км) от ТЭС в специальные котлованы (зо - лоотвалы) естественного или искусственного происхождения. Рассмотрим конструкции и принципы действия наиболее распространенных золоулавливающих и шлако-, золоудаляющих устройств.

Электрофильтры представляют собой устройство, содержащее систему электродов 1 и 2 (рис. 98), соединенных с источником постоянного тока высокого напряжения (60--90 кВ). Коронирую - Щие электроды 1 выполнены в виде узких полос с равномерно расположенными на них иглами, изолированы от корпуса и земли и соединены с отрицательным полюсом источника питания. Оса-

Дительные электроды 2 имеют развитую поверхность и расположены вокруг коронирующих электродов, причем углубления в оса - дительных электродах расположены против игл коронирующих. Осадительные электроды заземлены.

Электроды размещены внутри металлического сварного корпуса 3, являющегося одновременно общим каркасом электрофильтра, к которому крепят все внутренние элементы. Корони - рующие электроды подвешены к корпусу на изоляторах 4 и проходящих внутри них металлических токоподводящих подвесках 5. Осадительные электроды собраны на собственных балках, которые с помощью уголков (карнизов) соединены с балками корпуса в верхней части электрофильтра.

Коронирующие и осадительные электроды выполняют из металлических листов толщиной 1,0--1,5 мм и объединяют в секции рамной конструкции.

Для равномерного распределения газов, несущих золовые частицы, по секциям на входе в электрофильтр предусмотрены направляющие лопатки и распределительная решетка, а выше и ниже электродов по всей их длине установлены поперечные отражательные листы. Совокупность этих элементов составляет газораспределительное устройство 6. Для удаления осевшей пыли с коронирующих электродов их встряхивают специальным устройством 7, но с меньшим динамическим воздействием, чем в системе осадительных электродов.

При подаче напряжения вблизи игл возникает коронный разряд. Образующиеся при разряде положительные ионы быстро достигают поверхности коронирующего электрода, а отрицательные ионы и электроны движутся под действием электрического поля в сторону осадительных электродов. При этом часть электро- нов и отрицательных ионов оседает на поверхности золовых частиц и увлекает их к осадительным электродам. При встряске осадительных электродов осевшая на них зола ссыпается в золовые бункера 8.

Длительность удержания частиц на поверхности осадительных электродов зависит от напряжения, и размера частиц. Мелкие частицы золы менее электропроводные и имеющие большую удельную поверхность значительно дольше удерживаются на поверхности электрофильтров, чем крупные, и степень их улавливания выше. Степень очистки газов, определяемая как процентное отношение количества уловленной золы 0уЯ к входному количеству 0ВХ для современных конструкций электрофильтров достаточно высока:

Ч = (GyjGBX) 100 = 98 - г 99,5 %.

Батарейные циклоны работают по инерционному принципу осаждения золы. При закрутке запыленного потока находящиеся в нем твердые частицы более высокой плотности, чем газ, под действием сил инерции продолжают двигаться прямолинейно до 146

Тех пор, пока не достигнут поверхности завихривающего устройства. Если газ отводить из завихривающего устройства через его центральную часть вблизи места ввода запыленного потока, то он будет иметь значительно меньше твердых частиц, чем до входа в устройство.

На рис. 99, а показана схема работы одиночного циклона с тангенциальным подводом потока. Запыленный поток по входному патрубку 1 поступает в корпус 2 циклона. Под действием возникающих при вращении потока центробежных сил частицы золы отжимаются к внутренним стенкам и выпадают в бункера - накопители 3 или непосредственно в золопроводы 4. Очищенный газ отводится из циклона по патрубку 5. С увеличением размера твердых частиц центробежные силы сказываются сильнее и, следовательно, степень очистки возрастает.

Уменьшение диаметра циклона приводит к повышению эффективности очистки. Поэтому обычно для очистки дымовых газов от золы применяют установку из большого числа циклонов 6 малого диаметра (0,15--0,25 м), собираемых в секции-батареи, объединенные общими подводящими и отводящими газопроводами (рис. 99, б). В одном корпусе может устанавливаться до 750 циклонов.

Закрутка потока в циклонах может осуществляться с помощью аксиальных закручивающих лопаток 7 (рис. 99, в).

Батарейные циклоны подвержены сильному золовому износу, особенно, их входные патрубки и участки выходных патрубков первых циклонов, расположенные в газораспределительном коробе. По мере изнашивания возрастают присосы, перетечки запыленного газа и снижается эффективность работы циклонов.

Степень очистки газов в батарейных циклонах ниже, чем в электрофильтрах и скрубберах, причем большая эффективность достигается для крупных частиц золы. Поэтому батарейные циклоны обычно используют в качестве первой ступени очистки.

Скрубберы (рис. 100) или мокрые золоуловители так же как и батарейные циклоны построены по принципу инерционной сепарации. Запыленный газовый поток подводится по тангенциально установленному входному патрубку 1 в нижнюю часть золоуловителя цилиндрической формы. Для увеличения степени улавливания во входных патрубках располагают смачивающие устройства 7, в которых золовые частицы увлажняются при прохождении, через прутковую решгтку, орошаемую водой, или при распылении воды, подаваемой в газовый поток с помощью распиливающих сопл б, установленных во входном участке труб Вентури перед входными патрубками.

Увлажненная зола частично оседает на орошаемых прутках или на стенках подводящего короба 1, и попадает в бункер 2, а также на внутренних стенках 3 цилиндрического корпуса, к которым она прижимается под действием центробежных сил. Стенки корпуса дополнительно смачиваются водой, подаваемой в верхнюю часть золоуловителя через систему сопл 4. При стекании. воды происходит смыв осевшей на стенках увлажненной золы. Очищенный газовый поток удаляется через верхнюю часть 5 скруббера.

Мокрым золоуловителям свойственно зарастание и забивание золой. Особенно большие золовые отложения наблюдаются на стенках входных патрубков и на прутковых решетках. При их забивании золой резко возрастает сопротивление золоулови - 148

Телей и ухудшается степень очистки газов. Степень очистки газов в мокрых золоуловителях достаточно высока, т] = = 90-ь95 % для прутковых золоуловителей и т) =95^-98 % для золоуловителей с трубами Вентури. /

Удаление золы из золоулавливающих устройств или из расположенных под ними сборных бункеров осуществляют разгрузочными устройствами в виде различных конвейеров, аэрожелобов. Зола может падать в каналы золоудаления под действием силы тяжести. Так как на большинстве котлов газовый тракт работает под разрежением, в отводящих Рис. 101. Мигалка золопроводах устанавливают различные

Шлюзовые затворы и клапаны-мигалки, препятствующие проникновению воздуха в газовый тракт котла.

Клапаны-мигалки (рис. 101) содержат устройство открытия 3 (часто выполняемое в виде полого конуса 1 вершиной вверх), перекрывающее сечение газохода и открывающееся лишь в том случае, когда количество скопившейся на нем золы 2 будет достаточно, чтобы под действием силы тяжести открылся проход. Затем клапан-мигалка снова закрывает сечение золопровода и поступление воздуха в золопровод снизу прекращается. Обычно устанавливают последовательно несколько мигалок.

Удаление шлака из топки несколько сложнее. В нижней части топки, как правило, предусматривают шлаковые шахты 1, имеющие ванны 2, заполненные водой (рис. 102). В топках с твердым шлакоудалением осыпающийся со стен преимущественно твердый шлак падает в холодную воронку, а затем по ее скатам в шлаковую шахту 1. При соприкосновении с водой раскаленный шлак растрескивается и рассыпается. В топках с жидким шлакоудалением стекающий в воду жидкий шлак затвердевает в виде частиц небольших размеров.

Из шлаковой шахты шлак удаляется с помощью механических устройств, представляющих собой винтовые (рис. 102, а) или скребковые конвейеры (рис. 102, б). В шахтах с винтовыми конвейерами нижнюю часть ванны 2 выполняют в воде наклонного желоба, в котором расположен вращающийся винтовой конвейер 3. Он приводится во вращение электродвигателем через редуктор. В оконце наклонного желоба имеется окно, через которое транспортируемый шлак поступает в шлакоотводящий патрубок 4 с расположенной в нем дробилкой 5. Дробилка 5 включается при поступлении больших кусков шлака.

При использовании скребковых конвейеров 3 нижняя часть ванны 2 под приемным окном шахты выполнена горизонтальной с последующим подъемом к выходному окну и шлакоотводящему

Рис. 102. Механизированное шлакоуда - ление

Патрубку 4. Конвейер подобно скребковым питателям угля выполнен в виде двух цепных передач со скребками, перемещаемыми вдоль нижней части ванны. После прохождения ванны цепная передача со скребками выходит наружу, ее можно осмотреть. Вода в шлаковую ванну подается непрерывно. Уровень воды такой, что приемное отверстие ванны и топка не сообщаются с окружающей котел средой. Таким способом исключается возможность проникновения присосов воздуха через шлаковую шахту в топку (создается гидравлический затвор).

Шлак из шлакоотводных патрубков 2 и зола из золоуловителей 4 поступают в каналы 3 шлакозолоудаления и транспортируются на золоотвалы 8 (рис. 103). Наибольшее распространение получили системы гидравлического шлакозолоудаления. Зола и шлак, поступающие в золошлаковые каналы 3 смываются к багер ным насосам 7 с помощью потока воды 1, подаваемой в побудительные сопла. Для измельчения шлака перед багерными насосами устанавливают дробилки 5. От багерных насосов пульпа (смесь измельченного шлака и золы с водой) подается по шлако-золопроводам 6 к золоотвалам 8.

Размещено на Allbest.ru