Теплові електростанції

Основними тепловими електричними станціями на органічному паливі є паротурбінні електростанції, які діляться на конденсаційні (КЕС), які виробляють лише електричну енергію, і теплофікаційні (ТЕЦ), призначені для вироблення електричної і теплової енергії.

Паротурбінні електростанції вигідно відрізняються можливістю зосередження величезної потужності в одному агрегаті, відносно високою економічністю, найменшими капітальними витратами на їх споруду і короткими термінами будівництва. Основними тепловими агрегатами паротурбінної ТЕС є паровий котел і парова турбіна. Паровий котел являє собою системи поверхонь нагріву для виробництва пари з води, що безперервно поступає в нього, шляхом використання теплоти, що виділяється при спалюванні палива, яке подається в топку разом з необхідним для горіння повітрям. Воду, що поступає в паровий котел, називають живильною водою. Живильна вода підігрівається до температури насичення, випаровується, а насичена пара, що виділилася з киплячої (котлової) води, перегрівається.

При спалюванні палива утворюються продукти згорання - теплоносій, який в поверхнях нагріву віддає теплоту воді і парі, званий робочим тілом. Після поверхонь нагріву продукти згорання при відносно низькій температурі віддаляються з котла через димову трубу в атмосферу. На електростанціях великої потужності димові труби виконують заввишки 200-300 м і більше, щоб зменшити місцеві концентрації забруднюючих речовин в повітрі. В результаті горіння твердого палива залишаються зола і шлак, які також видаляються з агрегату. Отримана в котлі перегріта пара поступає в турбіну, де його теплова енергія перетворюється на механічну, яка передається валу турбіни. З останнім пов'язаний електричний генератор, в якому механічна енергія перетворюється на електричну. Відпрацьовану пару з турбіни направляють в конденсатор - пристрій, в якому пара охолоджується водою якого-небудь природного (річка, озеро, ставок, море) або штучного (градирня) джерела і конденсується.

Принципіальна теплова схема КЕС (а) і ТЕЦ (б): 1 - паровий котел; 2 - парова турбіна; 3 - електричний генератор; 4 - конденсатор; 5 - конденсаційний насос; 6 - живильний насос; 7 - підігрівач низького тиску; 8 - підігрівач високого тиску; 9 - деаератор; 10 - підігрівач мережевої води; 11 - промисловий відбір пари; 12 - водопідготовча установка

На сучасних КЕС з агрегатами одиничної потужності 200 МВт і вище застосовують проміжний перегрів пари. Зазвичай застосовують одноступінчатий проміжний перегрів пари. У установках дуже великої потужності застосовують подвійний проміжний перегрів, при якому пара з проміжних рівнів турбіни двічі повертають в котел. Проміжний перегрів пари збільшує ККД турбінної установки і відповідно знижує питому витрату пари на вироблення електроенергії, а також вологість пари на рівнях низького тиску турбіни і зменшує ерозійний знос лопаток.

Конденсатним насосом конденсат перекачують через підігрівачі низького тиску (ПНТ) в деаератор. При доведенні конденсату до кипіння відбувається звільнення його від кисню і вуглекислоти, що викликають корозію устаткування. З деаератора вода живильним насосом через підігрівачі високого тиску подається в паровий котел. Підігрівання конденсату в ПНТ і живильної води в ПВТ виробляється парою, що відбирається з турбіни, - регенеративне підігрівання. Регенеративне підігрівання води також підвищує ККД паротурбінної установки, зменшуючи втрати теплоти в конденсаторі.

Таким чином, на КЕС паровий котел харчується конденсатом виробленого ним пари. Частина цього конденсату втрачається в системі електростанції і складає витоки. На ТЕЦ частина пари, крім того, відводиться на технологічні потреби промислових підприємств або використовується для побутових споживачів. На КЕС витоки складають невелику долю загальної витрати пари - близько 0,5-1%, і для їх заповнення потрібна добавка води, що заздалегідь обробляється у водопідготовчій установці. На ТЕЦ ця добавка може досягати 30-50% і більш.

Додаткова вода і турбінний конденсат містять деякі домішки, головним чином розчинені у воді солі, оксиди металів і гази. Ці домішки разом з живильною водою поступають в котел. В процесі пароутворення у воді підвищується концентрація домішок, і в певних умовах можливе їх випадання на робочих поверхнях котла у вигляді шару відкладень, погіршуючого передачу через них теплоти. В процесі пароутворення, крім того, домішки води частково переходять в пару, проте чистота пари має бути дуже високою щоб уникнути відкладення домішок в проточній частині турбіни. Через обидві причини не можна допускати великого забруднення живильної води; допустиме забруднення живильної води і пари, що виробляється, регламентується спеціальними нормами.

Паровий котел і весь комплекс перерахованого устаткування складають котельну установку. Сучасна потужна котельна установка є складною технічною спорудою для виробництва пари, в якій всі робочі процеси повністю механізовані і автоматизовані; для підвищення надійності роботи її оснащують автоматичним захистом від аварій.

Парові котли

Паровим котлом називається пристрій для вироблення пари з тиском вище атмосферного за рахунок теплоти спалюваного палива.

Технологічна схема виробництва пари в паровому котлі на електростанції, що спалює вугілля в пилоподібному стані, представлена на мал. 2. Кускове паливо вивантажується вагоноперекидувачем 1 в паливний бункер 2, звідки живильником 3 подається в дробарку 8, в якій паливо подрібнюється до шматка розміром 15 мм. Вугілля потім збирається в бункер дробарки 12 і подається у вуглерозмільний млин 13. Готовий вугільний пил разом з нагрітим у повітряпідігрівач 25 повітрям через пальники 14 поступає в топкову камеру 15 парового котла 16, де і згорає. Зола частково осідає в топці і системою шлаковидалення 31 евакуюється з котельної. Основна маса золи проходить газоходи котла в золоуловлювач 28, залишки не уловленої леткої золи разом з продуктами згорання розсіваються димовою трубою 30 в навколишній атмосфері. Живильна вода насосом подається з машинного залу в паровий котел, проходить його поверхні нагріву 24, 17, 20, 21, 22, в яких випаровується. Пара, отримана з води, перегрівається в пароперегрівачі і прямує в машинний зал до парової турбіни.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологічна схема виробництва пари: I - пріємо-розвантажувальне приміщення; II - галерея конвеєрів першого підйому; III - дробильне приміщення; IV - галерея конвеєрів другого підйому; V - головна будівля; 1 - вагоноперекидач; 2 - бункер палива; 3 - живильник палива; 4 і 10 - горизонтальний конвеєр; 5 - конвеєр першого підйому; 6 - електромагнітний сепаратор заліза; 7 - грохоти; 8 - дробарка; 9 - конвеєр другого підйому; 11 - зкидач; 12 - бункер подріблення; 13 - вуглерозмільний млин; 14 - пальники: 15 - топкова камера; 16 - котел (прямоточний); 17 - топкові екрани; 18 - горизонтальний газохід; 19 - конвективна шахта (вертикальний газохід); 20 - перехідна зона; 21 - радіаційний пароперегрівач; 22 - конвективний пароперегрівач; 23 - пароперегрівач проміжного перегріву пари; 24 - економайзер; 25 - повітряпідігрівач; 26 - короб холодного повітря; 27 - дутьєвий вентилятор; 28 - золоуловлювач; 29 - димосос; 30 - димова труба

Котли з природною циркуляцією

Парові котли з природною циркуляцією будуються в широкому діапазоні одиничних потужностей.

У всіх конструкціях котлів з природною циркуляцією живильна вода після економайзера або прямо з живильного трубопроводу, якщо немає окремого економайзера, подається безпосередньо в барабан і потім потрапляє в гофровану роздавальну трубу, розташовану по всій довжині барабана. Живильна вода змішується з казановою і нагрівається до температури насичення за рахунок теплоти конденсації частини пари. Далі суміш котельної і живильної води з температурою насичення по опускних трубах, що не обігріваються або слабо обігріваються, опускається вниз і поступає в нижні розподільні колектори, що живлять випаровувальні поверхні (екрани, пучки труб і т.п.). Вода, піднімаючись по ним вгору із-за різниці щільності, частково випаровується, і пароводяна суміш поступає в барабан, де пару покидає дзеркало випаровування і піднімається в паровий простір барабана. Насичена пара звільняється від бризок і крупних крапель котельної води, проходить дармовий сепаратор, де вологість його доводиться до проектно-допустимої величини, і відводиться з барабана в поверхні нагріву первинного перегрівача.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розвиток конструкції котлів з природною циркуляцією

Котли з багатократною примусовою циркуляцією

На мал. представлена конструктивна схема котла з багатократною примусовою циркуляцією продуктивністю 830 кг/с (3000 т/ч) на докритичний тиск. Циркуляційний насос 4 працює з перепадом тиску 0,3 МПа і дозволяє застосовувати труби малого діаметру, що дає економію металу.

Малий діаметр труб і невисока кратність циркуляції (4-8) викликають відносне зниження водяного об'єму агрегату, отже, зниження габаритів барабана, зменшення свердлінь в ньому, а звідси загальне зниження вартості котла. Малий водяний об'єм і незалежність корисного натиску циркуляції від навантаження дозволяють швидко розтоплювати і зупиняти агрегат, тобто працювати в регулювально-пусковому режимі.

Сфера застосування котлів з багатократною примусовою циркуляцією обмежується порівняно невисоким тиском, при якому можна отримати найбільший економічний ефект за рахунок здешевлення розвинених конвективних випаровувальних поверхонь нагріву. Котли з багатократною примусовою циркуляцією знайшли поширення в теплоутилізаційних і парогазових установках.

Прямоточні котли

Прямоточні котли не мають зафіксованого кордону між економайзером і випаровувальною частиною, між випаровувальною поверхнею нагріву і пароперегрівачем. При зміні температури живильної води, робочого тиску в агрегаті, повітряного режиму топки, вологості палива і інших чинників співвідношення між поверхнями нагріву економайзера, випарної частини і перегрівача міняються. Так, при пониженні тиску в котлі знижується теплота рідини, підвищується теплота випаровування і знижується теплота перегріву, тому зменшується зона, займана економайзером (зона підігрівання), зростає зона випаровування і зменшується зона перегріву.

У прямоточних агрегатах всі домішки, що поступають з живильною водою, не можуть віддалятися з продуванням подібно до барабанних казанів і відкладаються на стінках поверхонь нагріву або несуться з парою в турбіну. В принципі і в прямоточних котлах можливе видалення солей продуванням, шляхом установки водяної ємкості (сепаратора) в кінці випаровувальної ділянки. Проте на практиці це виявляється скрутним із-за згаданого переміщення кордону випаровувальної частини, а також із-за теплової разверки в паралельно включених трубах випарника і вимагає істотного ускладнення системи регулювання. Тому прямоточні котли, навіть обладнані спеціальним продуванням, пред'являють високі вимоги до якості живильної води.

електростанція паливо котел тепловий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструктивні схеми прямоточних котлів: а - Бенсона: 1 - екранні панелі; 2 - пароперегрівач; 3 - винесена перехідна зона випаровування; 4 - економайзер; 5 - повітряпідігрівач; 6 - подача живильної води; 7 - виведення перегрітої пари; 8 - виведення продуктів згорання; б - Зульцера: 1 - горизонтальні панелі екранів; 2 - вертикальні панелі екранів; 3 - винесена перехідна зона випаровування; 4 - пароперегрівач; 5 - економайзер; 6 - повітряпідігрівач; 7 - підведення живильної води; 8 - виведення перегрітої пари; 9 - виведення продуктів згорання; в-Рамзнна: 1 - економайзер; 2 - перепускні труби, що не обігріваються; 3 - нижній розподільний колектор води; 4 - екранні труби; 5 - верхній збірний колектор суміші; 6 - винесена перехідна зона; 7 - настінна частина перегрівача; 8 - конвективна частина перегрівача; 9 - повітряпідігрівач; 10 - пальник

Для зменшення небезпеки перепалу труб із-за відкладення солей в них зону, в якій випаровуються останні краплі вологи і починається перегрів пари, на докритичному тиску виносять з топки в конвективний газохід (так звана винесена перехідна зона).

У перехідній зоні йде енергійне випадання і відкладення домішок, а оскільки температури стінки металу труб в перехідній зоні нижчі, ніж в топці, то небезпека перепалу труб значно знижується і товщину відкладень можна допускати більшою. Відповідно подовжується міжпромивальна робоча кампанія котла. Для агрегатів закритичного тиску перехідна зона, тобто зона посиленого випадання солей, також є, але вона сильно розтягнута. Так, якщо для високого тиску її ентальпія вимірюється величиною 200-250 кДж/кг, то для закритичного тиску зростає до 800 кДж/кг, і тоді виконання винесеної перехідної зони стає недоцільним, тим паче, що вміст солей в живильній воді тут так мало, що практично дорівнює їх розчинності в парі. Тому, якщо в котлі на закритичний тиск будь-коли виконують винесену перехідну зону, то робиться це лише з міркувань звичайного охолоджування димових газів.

Із-за малого акумулюючого об'єму води в прямоточних котлах важливу роль грає синхронність подачі води, палива і повітря. При порушенні цієї відповідності в турбіну можна подати вологий або надмірно перегрітий пара, у зв'язку з чим для прямоточних агрегатів автоматизація регулювання всіх процесів є просто обов'язковою.

Размещено на Allbest.ru