ТЭЦ

Наньтунская электростанция, угольная электростанция в Наньтуне , Китай .

АЭС Графенрайнфельд в Баварии

Геотермальная электростанция в Исландии

Электростанция Дракс , крупнейшая в мире электростанция на биомассе, в Англии .

Солнечная электростанция PS10 , концентрированная солнечная тепловая электростанция в Андалусии , Испания

Тепловая электростанция – это электростанция, в которой тепловая энергия преобразуется в электрическую . Как правило, топливо используется для кипячения воды в большом сосуде высокого давления для производства пара высокого давления , который приводит в действие паровую турбину , соединенную с электрическим генератором . Выхлоп низкого давления из турбины проходит через конденсатор пара и возвращается туда, где он был нагрет. Это известно как цикл Ренкина . Природный газ также можно сжигать непосредственно в газовой турбине , аналогично подключенной к генератору.

Гидроэлектростанции (вырабатывающие гидроэлектроэнергию ) исключены из этой категории, поскольку они преобразуют потенциальную энергию воды в электричество с помощью водяной турбины .

Конструкция тепловых электростанций зависит от предполагаемого источника энергии: используются ископаемое топливо , ядерная и геотермальная энергия , солнечная энергия , биотопливо и сжигание отходов . Некоторые тепловые электростанции также предназначены для производства тепла для промышленных целей; для централизованного теплоснабжения ; или опреснение воды, в дополнение к производству электроэнергии.

Виды тепловой энергии

Почти все угольные электростанции , нефтяные, атомные , геотермальные , солнечные теплоэлектростанции и мусоросжигательные заводы , а также все электростанции, работающие на природном газе, являются тепловыми. Природный газ часто сжигают в газовых турбинах , а также в котлах . Отработанное тепло газовой турбины в виде горячих выхлопных газов можно использовать для получения пара путем пропускания этого газа через парогенератор-утилизатор (HRSG). Затем пар используется для привода паровой турбины в комбинированном цикле .завод, повышающий общую эффективность. Электростанции, работающие на угле, мазуте или природном газе, часто называют электростанциями, работающими на ископаемом топливе . Появились также некоторые тепловые электростанции, работающие на биомассе . Неядерные тепловые электростанции, особенно электростанции, работающие на ископаемом топливе, которые не используют когенерацию , иногда называют обычными электростанциями .

Коммерческие электростанции общего пользования обычно строятся в больших масштабах и рассчитаны на непрерывную работу. Практически все электростанции используют трехфазные электрические генераторы для производства электроэнергии переменного тока частотой 50 или 60 Гц . Крупные компании или учреждения могут иметь собственные электростанции для снабжения своих объектов теплом или электричеством, особенно если пар все равно создается для других целей. ^{Паровые} электростанции использовались для привода большинства кораблей на протяжении большей части 20-го ^{века .}. Судовые электростанции обычно напрямую соединяют турбину с гребными винтами корабля через редукторы. Электростанции на таких кораблях также обеспечивают паром меньшие турбины, приводящие в действие электрические генераторы для подачи электроэнергии. Ядерные морские силовые установки , за некоторыми исключениями, используются только на военных кораблях. Было много турбоэлектрических кораблей, в которых паровая турбина приводит в действие электрический генератор, который питает электродвигатель для движения .

Когенерационные установки, часто называемые установками комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), производят как электроэнергию, так и тепло для технологического тепла или отопления помещений, например, пар и горячую воду.

История

Поршневой паровой двигатель использовался для производства механической энергии с 18-го века, с заметными улучшениями, внесенными Джеймсом Уаттом . Когда в 1882 году на станции Перл-стрит в Нью-Йорке и электростанции Холборн-Виадук в Лондоне были созданы первые промышленно развитые центральные электростанции , использовались поршневые паровые двигатели. Разработка паровой турбины в 1884 году обеспечила более крупные и эффективные конструкции машин для центральных электростанций. К 1892 году турбина считалась лучшей альтернативой поршневым двигателям; ^[1]турбины предлагали более высокие скорости, более компактное оборудование и стабильное регулирование скорости, позволяющее параллельно синхронно работать генераторам на общей шине. Примерно после 1905 года турбины полностью заменили поршневые двигатели почти на всех крупных центральных электростанциях.

Самые большие из когда-либо построенных поршневых двигателей-генераторов были построены в 1901 году для Манхэттенской надземной железной дороги . Каждый из семнадцати агрегатов весил около 500 тонн и имел мощность 6000 киловатт; современный турбинный агрегат аналогичной мощности весил бы примерно на 20% больше. ^[2]

Эффективность выработки тепловой энергии

Энергоэффективность обычной тепловой электростанции определяется как товарная энергия, произведенная в процентах от теплотворной способности потребляемого топлива. Газовая турбина простого цикла обеспечивает эффективность преобразования энергии от 20 до 35%. ^[3] Типичные угольные электростанции, работающие при давлении пара 170 бар и температуре 570 °C, работают с КПД от 35 до 38%, ^[4] с современными электростанциями, работающими на ископаемом топливе, с КПД 46%. ^[5] Системы с комбинированным циклом могут достигать более высоких значений. Как и у всех тепловых двигателей, их эффективность ограничена и регулируется законами термодинамики .

Эффективность Карно диктует, что более высокая эффективность может быть достигнута за счет повышения температуры пара. Электростанции с докритическим давлением, работающие на ископаемом топливе, могут достигать КПД 36–40%. Сверхкритические конструкции имеют КПД в диапазоне от низкого до среднего 40%, а новые «сверхкритические» конструкции используют давление выше 4400 фунтов на квадратный дюйм (30,3 МПа) и многоступенчатый повторный нагрев, достигая эффективности 45-48%. ^[4] Выше критической точки для воды 705 ° F (374 ° C) и 3212 фунтов на квадратный дюйм (22,06 МПа) не происходит фазового перехода от воды к пару, а только постепенное уменьшение плотности .

В настоящее время большинство атомных электростанций должны работать при температурах и давлениях ниже, чем на угольных электростанциях, чтобы обеспечить более консервативный запас прочности в системах, отводящих тепло от ядерного топлива. Это, в свою очередь, ограничивает их термодинамическую эффективность до 30–32%. Некоторые изучаемые усовершенствованные конструкции реакторов, такие как высокотемпературный реактор , усовершенствованный реактор с газовым охлаждением и реактор со сверхкритической водой , будут работать при температурах и давлениях, аналогичных существующим угольным электростанциям, обеспечивая сравнимую термодинамическую эффективность.

Энергия тепловой электростанции, не используемая в производстве электроэнергии, должна уходить с станции в виде тепла в окружающую среду. Это отработанное тепло может проходить через конденсатор и утилизироваться с охлаждающей водой или в градирнях . Если отработанное тепло вместо этого используется для централизованного теплоснабжения , это называется когенерацией . Важный класс тепловых электростанций связан с опреснительными установками; они обычно находятся в пустынных странах с большими запасами природного газа , и на этих заводах производство пресной воды и электроэнергии являются одинаково важными сопутствующими продуктами.

Другие типы электростанций имеют другие ограничения эффективности. Большинство гидроэлектростанций в Соединенных Штатах имеют эффективность преобразования энергии падающей воды в электричество примерно на 90 процентов ^[6] , в то время как эффективность ветряных турбин ограничена законом Беца примерно до 59,3%, а реальные ветряные турбины показывают более низкую эффективность.

Стоимость электроэнергии

Прямая стоимость электроэнергии, произведенной тепловой электростанцией, является результатом стоимости топлива, капитальных затрат на установку, труда оператора, технического обслуживания и таких факторов, как обработка и утилизация золы. Косвенные социальные или экологические издержки, такие как экономическая стоимость воздействия на окружающую среду или последствия для окружающей среды и здоровья человека в результате полного топливного цикла и вывода станции из эксплуатации, обычно не относятся к затратам на выработку электроэнергии для тепловых станций в коммунальной практике, но могут составлять часть экологических затрат. Оценка воздействия на.

Котел и паровой цикл

В области атомных электростанций парогенератор относится к определенному типу большого теплообменника , используемого в реакторе с водой под давлением (PWR) для термического соединения первичной (реакторная установка) и вторичной (паровая установка) систем, которые производят пар. В реакторе с кипящей водой (BWR) не используется отдельный парогенератор, и вода кипит в активной зоне реактора.

В некоторых промышленных условиях также могут быть теплообменники, производящие пар, называемые парогенераторами-утилизаторами ( HRSG), которые используют тепло от какого-либо промышленного процесса, чаще всего с использованием горячего выхлопа газовой турбины. Парогенерирующий котел должен производить пар высокой чистоты, давления и температуры, необходимых для паровой турбины, которая приводит в действие электрический генератор.

Геотермальные электростанции не нуждаются в котлах, потому что они используют естественные источники пара. Теплообменники могут использоваться там, где геотермальный пар очень агрессивен или содержит чрезмерное количество взвешенных твердых частиц.

Парогенератор на ископаемом топливе включает в себя экономайзер , паровой барабан и печь с ее парогенерирующими трубами и змеевиками пароперегревателя. Необходимые предохранительные клапаны расположены в соответствующих точках для защиты от избыточного давления в котле. Оборудование тракта воздуха и дымовых газов включает в себя: вентилятор с принудительной тягой (FD) , подогреватель воздуха (AP), топку котла, вентилятор с принудительной тягой (ID), сборники летучей золы ( электрофильтр или рукавный фильтр ) и дымовую трубу . ^{[7] [8] [9]}

Подогрев питательной воды

Питательная вода , используемая в паровом котле, является средством передачи тепловой энергии от сжигания топлива в механическую энергию вращающейся паровой турбины . Общая питательная вода состоит из оборотного конденсата и очищенной подпиточной воды . Поскольку металлические материалы, с которыми она контактирует, подвержены коррозии при высоких температурах и давлениях, подпиточная вода перед использованием проходит тщательную очистку. Система умягчителей воды и ионообменных деминерализаторов производит воду настолько чистой, что она по совпадению становится электрическим изолятором с проводимостью в диапазоне 0,3–1,0.микросименс на сантиметр. Подпиточная вода на электростанции мощностью 500 МВт составляет примерно 120 галлонов США в минуту (7,6 л / с) для замены воды, отводимой из барабанов котлов, для управления чистотой воды, а также для компенсации небольших потерь от утечек пара в системе.

Цикл питательной воды начинается с откачки конденсата из конденсатора после прохождения через паровые турбины. Расход конденсата при полной нагрузке на электростанции мощностью 500 МВт составляет около 6000 галлонов США в минуту (400 л/с).

Вода находится под давлением в две ступени и проходит через серию из шести или семи промежуточных подогревателей питательной воды, нагреваясь в каждой точке паром, отбираемым из соответствующего канала на турбинах, и набирает температуру на каждой ступени. Как правило, в середине этой серии подогревателей питательной воды и перед второй ступенью наддува конденсат вместе с подпиточной водой проходит через деаэратор ^{[10] [11]} , который удаляет из воды растворенный воздух, дополнительно очищая и снижая ее коррозионную активность. . После этого в воду можно добавить гидразин , химическое вещество, которое удаляет оставшийся кислород в воде до уровня ниже 5 частей на миллиард (частей на миллиард). ^{[ расплывчато ]}В него также добавляют агенты, регулирующие рН , такие как аммиак или морфолин , чтобы поддерживать низкую остаточную кислотность и, следовательно, не вызывать коррозию.

Работа котла

Котел представляет собой прямоугольную печь со стороной около 50 футов (15 м) и высотой 130 футов (40 м). Его стенки сделаны из сети стальных труб высокого давления диаметром около 2,3 дюйма (58 мм). ^{[ нужна ссылка ]}

Топливо, такое как пылевидный уголь , вдувается воздухом в печь через горелки, расположенные по четырем углам, вдоль одной или двух противоположных стен, и зажигается, быстро сгорая, образуя большой огненный шар в центре. Тепловое излучение огненного шара нагревает воду, циркулирующую по трубам котла по периметру котла. Скорость циркуляции воды в котле в три-четыре раза превышает пропускную способность. Когда вода в котле циркулирует, она поглощает тепло и превращается в пар. Он отделяется от воды внутри барабана в верхней части печи. Насыщенный пар вводится в перегревподвесные трубы, которые висят в самой горячей части дымовых газов при их выходе из топки. Здесь пар перегревается до 1000 ° F (540 ° C), чтобы подготовить его для турбины.

На электростанциях, использующих газовые турбины для нагрева воды для преобразования в пар, используются котлы, известные как парогенераторы-утилизаторы ( HRSG). Тепло выхлопных газов газовых турбин используется для производства перегретого пара, который затем используется в обычном пароводяном цикле, как описано в разделе о парогазовых установках .

Топка котла и паровой барабан

Вода поступает в котел через секцию конвекционного тракта, называемую экономайзером . Из экономайзера она поступает в паровой барабан, а оттуда через сливные трубы во входные коллекторы в нижней части водяных стен. Из этих коллекторов вода поднимается через водяные стены топки, где часть ее превращается в пар, а затем смесь воды и пара снова поступает в паровой барабан. Этот процесс может осуществляться исключительно за счет естественной циркуляции (поскольку вода в нисходящих стаканах плотнее, чем смесь воды и пара в водяных стенках) или с помощью насосов. В паровом барабане вода возвращается в стояки, а пар проходит через серию паровых сепараторов .и осушители, которые удаляют капли воды из пара. Затем сухой пар поступает в змеевики пароперегревателя.

Вспомогательное оборудование топки котла включает в себя сопла для подачи угля и запальные пушки, сажеобдувочные устройства , водяные трубки и смотровые окна (в стенках топки) для наблюдения за внутренней частью топки. Взрывы печи из-за любого скопления горючих газов после срабатывания аварийной остановки предотвращаются за счет вымывания таких газов из зоны горения до воспламенения угля.

Паровой барабан (а также змеевики и коллекторы пароперегревателя ) имеют вентиляционные и дренажные отверстия, необходимые для первоначального запуска.

пароперегреватель

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, часто имеют секцию пароперегревателя в паропроизводящей печи. ^{[ Править ]} Пар проходит через сушильное оборудование внутри парового барабана в пароперегреватель, набор труб в печи. Здесь пар получает больше энергии от горячих дымовых газов за пределами трубы, и его температура теперь перегревается выше температуры насыщения. Затем перегретый пар направляется по основным паропроводам к клапанам перед турбиной высокого давления.

Атомные паровые установки не имеют таких секций, но производят пар практически в условиях насыщения. Экспериментальные атомные электростанции были оснащены пароперегревателями, работающими на ископаемом топливе, в попытке снизить общие эксплуатационные расходы станции. ^{[ нужна ссылка ]}

Конденсация пара

Конденсатор конденсирует пар из выхлопа турбины в жидкость, чтобы его можно было перекачивать. Если конденсатор можно сделать более холодным, давление отработанного пара снижается, а эффективность цикла увеличивается.

Поверхностный конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник , в котором по трубам циркулирует охлаждающая вода. ^{[8] [12] [13] [14]} Выхлопной пар из турбины низкого давления поступает в кожух, где он охлаждается и превращается в конденсат (воду), протекая по трубам, как показано на соседней диаграмме. В таких конденсаторах используются паровые эжекторы или выхлопные газы с приводом от роторного двигателя для непрерывного удаления воздуха и газов со стороны пара для поддержания вакуума .

Для наибольшей эффективности температура в конденсаторе должна поддерживаться как можно более низкой, чтобы достичь минимально возможного давления в конденсирующемся паре. Поскольку температуру конденсатора почти всегда можно поддерживать значительно ниже 100 °C, когда давление паров воды намного меньше атмосферного давления, конденсатор обычно работает под вакуумом . Таким образом, необходимо предотвратить утечку неконденсируемого воздуха в замкнутый контур.

Обычно охлаждающая вода вызывает конденсацию пара при температуре около 25 ° C (77 ° F), что создает абсолютное давление в конденсаторе около 2–7  кПа (0,59–2,07  дюйма ртутного столба ), то есть вакуум около - 95 кПа (-28 дюймов ртутного столба) относительно атмосферного давления. Значительное уменьшение объема, которое происходит, когда водяной пар конденсируется в жидкость, создает низкий вакуум, который помогает пропускать пар и повышает эффективность турбин.

Ограничивающим фактором является температура охлаждающей воды, которая, в свою очередь, ограничивается преобладающими средними климатическими условиями в районе расположения электростанции (в зимнее время возможно снижение температуры за пределы турбины, вызывающее чрезмерную конденсацию в турбина). Установки, работающие в жарком климате, могут снизить производительность, если их источник охлаждающей воды конденсатора станет теплее; к сожалению, это обычно совпадает с периодами высокой потребности в электроэнергии для кондиционирования воздуха .

В конденсаторе обычно используется либо циркулирующая охлаждающая вода из градирни для отвода отработанного тепла в атмосферу, либо прямоточная охлаждающая (OTC) вода из реки, озера или океана. В Соединенных Штатах около двух третей электростанций используют безрецептурные системы, которые часто оказывают значительное неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Воздействия включают тепловое загрязнение и гибель большого количества рыбы и других водных видов на водозаборах охлаждающей воды . ^{[15] [16]}

Тепло, поглощаемое циркулирующей охлаждающей водой в трубах конденсатора, также должно отводиться, чтобы поддерживать способность воды охлаждаться по мере ее циркуляции. Это делается путем перекачивания теплой воды из конденсатора через градирни с естественной, принудительной или принудительной тягой (как видно на соседнем изображении), которые снижают температуру воды за счет испарения примерно на 11–17 °C (20 до 30 ° F) - выброс отработанного тепла в атмосферу. Скорость циркуляции охлаждающей воды в блоке мощностью 500 МВт составляет около 14,2 м ³ /с (500 футов ³ /с или 225 000 галлонов США/мин) при полной нагрузке. ^[17]

Трубки конденсатора изготовлены из латуни или нержавеющей стали для защиты от коррозии с обеих сторон. Тем не менее, во время работы они могут загрязняться изнутри бактериями или водорослями в охлаждающей воде или минеральным налетом, которые препятствуют передаче тепла и снижают термодинамическую эффективность . Многие заводы включают в себя автоматическую систему очистки, в которой губчатые резиновые шарики циркулируют по трубам, очищая их без необходимости отключения системы. ^{[ нужна ссылка ]}

Охлаждающая вода, используемая для конденсации пара в конденсаторе, возвращается к своему источнику без каких-либо изменений, кроме нагревания. Если вода возвращается в местный водоем (а не в циркуляционную градирню), ее часто охлаждают прохладной «сырой» водой, чтобы предотвратить тепловой удар при сбросе в этот водоем.

Другой формой конденсационной системы является конденсатор с воздушным охлаждением . Процесс аналогичен процессу радиатора и вентилятора. Выхлопное тепло из секции низкого давления паровой турбины проходит через конденсационные трубы, трубы обычно ребристые, и окружающий воздух продувается через ребра с помощью большого вентилятора. Пар конденсируется в воду для повторного использования в пароводяном цикле. Конденсаторы с воздушным охлаждением обычно работают при более высокой температуре, чем версии с водяным охлаждением. При экономии воды эффективность цикла снижается (что приводит к большему количеству углекислого газа на мегаватт-час электроэнергии).

Снизу конденсатора мощные конденсатные насосы возвращают сконденсированный пар (воду) обратно в цикл вода/пар.

Подогреватель

Топки электростанций могут иметь секцию подогревателя, содержащую трубы, нагреваемые горячими дымовыми газами снаружи труб. Отработанный пар из турбины высокого давления проходит через эти нагретые трубы для сбора дополнительной энергии перед приводом в действие промежуточной, а затем турбины низкого давления.

Воздушный тракт

Для подачи достаточного количества воздуха для горения предусмотрены внешние вентиляторы. Вентилятор первичного воздуха забирает воздух из атмосферы и сначала нагревает воздух в воздухоподогревателе для большей экономии. Затем первичный воздух проходит через угольные пылеуловители и переносит угольную пыль к горелкам для вдувания в топку. Вентилятор вторичного воздуха забирает воздух из атмосферы и сначала нагревает воздух в воздухоподогревателе для большей экономии. Вторичный воздух смешивается с потоком угля/первичного воздуха в горелках.

Вытяжной вентилятор помогает вентилятору FD, вытягивая горючие газы из топки, поддерживая давление в топке немного ниже атмосферного, чтобы избежать утечки продуктов сгорания из кожуха котла.

Генератор паровой турбины

Паротурбинный генератор состоит из ряда паровых турбин , соединенных между собой, и генератора на общем валу.

Паровая турбина

Обычно на одном конце находится турбина высокого давления, за ней следует турбина среднего давления и, наконец, одна, две или три турбины низкого давления и вал, который соединяется с генератором. По мере того, как пар проходит через систему и теряет давление и тепловую энергию, он расширяется в объеме, что требует увеличения диаметра и увеличения длины лопастей на каждом последующем этапе для извлечения оставшейся энергии. Вся вращающаяся масса может составлять более 200 метрических тонн и длину 100 футов (30 м). Он настолько тяжелый, что его нужно медленно вращать даже в выключенном состоянии (со скоростью 3 об/мин ), чтобы вал не прогнулся даже немного и не вышел из равновесия. Это настолько важно, что это одна из шести функций аккумуляторов аварийного отключения электроэнергии на объекте. (Остальные пять — аварийное освещение ,связь , аварийная сигнализация станции, система гидроизоляции генератора и смазочное масло турбогенератора.)

Для типичной электростанции конца 20-го века перегретый пар из котла подается по трубопроводу диаметром 14–16 дюймов (360–410 мм) при давлении 2400 фунтов на квадратный дюйм (17 МПа; 160 атм) и 1000 ° F (540 ° C). к турбине высокого давления, где его давление падает до 600 фунтов на квадратный дюйм (4,1 МПа; 41 атм) и до 600 ° F (320 ° C) по температуре через ступень. Он выходит через линии холодного повторного нагрева диаметром 24–26 дюймов (610–660 мм) и возвращается в котел, где пар повторно нагревается в специальных подвесных трубах повторного нагрева до 1000 ° F (540 ° C). Горячий промежуточный пар направляется в турбину промежуточного давления, где его температура и давление падают, и он выходит непосредственно в длиннолопастные турбины низкого давления и, наконец, выходит в конденсатор.

Турбогенератор

Генератор, обычно около 30 футов (9 м) в длину и 12 футов (3,7 м) в диаметре, содержит неподвижный статор и вращающийся ротор , каждый из которых содержит мили толстого медного проводника. Как правило, постоянного магнита нет , что предотвращает пуск из- под нуля . Во время работы он генерирует до 21 000 ампер при 24 000 вольт переменного тока (504 МВт), поскольку он вращается со скоростью 3 000 или 3 600 об/мин , синхронизированный с энергосистемой . Ротор вращается в герметичной камере, охлаждаемой газообразным водородом , выбранным потому, что он имеет самый высокий известный коэффициент теплопередачи .любого газа и его малой вязкости , что снижает потери на ветер . Эта система требует особого обращения при запуске, поскольку воздух в камере сначала вытесняется углекислым газом, а затем заполняется водородом. Это гарантирует, что взрывоопасная водородно - кислородная среда не будет создана.

Частота электросети составляет 60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в Европе , Океании , Азии ( за исключением Кореи и некоторых частей Японии ) и некоторых частях Африки . Желаемая частота влияет на конструкцию больших турбин, поскольку они сильно оптимизированы для одной конкретной скорости.

Электроэнергия поступает на распределительную станцию, где трансформаторы повышают напряжение для передачи к месту назначения.

Паротурбинные генераторы имеют вспомогательные системы, позволяющие им работать удовлетворительно и безопасно. Паротурбинный генератор, будучи вращающимся оборудованием, обычно имеет тяжелый вал большого диаметра. Поэтому для вала требуются не только опоры, но и его положение во время работы. Чтобы свести к минимуму сопротивление трения вращению, вал имеет несколько подшипников . Вкладыши подшипников, в которых вращается вал, покрыты материалом с низким коэффициентом трения, таким как баббит . Масляная смазка предназначена для дальнейшего уменьшения трения между валом и поверхностью подшипника и ограничения выделяемого тепла.

Газовый тракт дымовой трубы и очистка

Когда дымовой газ выходит из котла, он направляется через вращающуюся плоскую корзину из металлической сетки, которая забирает тепло и возвращает его поступающему свежему воздуху при вращении корзины. Это называется подогревателем воздуха . Газ, выходящий из котла, насыщен летучей золой , представляющей собой крошечные сферические частицы золы. Дымовые газы содержат азот вместе с продуктами сгорания диоксид углерода , диоксид серы и оксиды азота . Летучая зола удаляется тканевыми мешочными фильтрами в рукавных фильтрах или электрофильтрах .. После удаления побочный продукт летучей золы иногда можно использовать в производстве бетона . Однако такая очистка дымовых газов происходит только на установках, оснащенных соответствующей технологией. Тем не менее, большинство угольных электростанций в мире не имеют этих объектов. ^{[ нужна ссылка ]} Законодательство в Европе эффективно снижает загрязнение дымовыми газами. Япония использует технологию очистки дымовых газов более 30 лет, а США делают то же самое уже более 25 лет. В настоящее время Китай начинает бороться с загрязнением, вызванным работающими на угле электростанциями.

Там, где это требуется по закону, загрязняющие вещества серы и оксида азота удаляются скрубберами дымовых газов , в которых для удаления этих загрязняющих веществ из выходящего дымового газа используется измельченный известняк или другая щелочная влажная суспензия. Другие устройства используют катализаторы для удаления соединений закиси азота из потока дымовых газов. Температура газа, поднимающегося по дымовой трубе , к этому времени может упасть примерно до 50 ° C (120 ° F). Типичная дымовая труба может иметь высоту 150–180 метров (490–590 футов), чтобы рассеять оставшиеся компоненты дымовых газов в атмосфере. Самая высокая дымовая труба в мире имеет высоту 419,7 метра (1377 футов) на Экибастузской ГРЭС-2 в Казахстане ..

В Соединенных Штатах и ​​ряде других стран исследования по моделированию атмосферной дисперсии ^[18] необходимы для определения высоты дымовой трубы, необходимой для соблюдения местных норм загрязнения воздуха . В Соединенных Штатах также требуется, чтобы высота дымовой трубы соответствовала высоте дымовой трубы, известной как « надлежащая инженерная практика » (GEP). ^{[19] [20]} В случае существующих дымовых труб, которые превышают высоту дымовой трубы GEP, любые исследования по моделированию рассеивания загрязнения воздуха для таких дымовых труб должны использовать высоту дымовой трубы GEP, а не фактическую высоту дымовой трубы.

Вспомогательные системы

Установка подготовки и хранения подпиточной воды котла

Поскольку происходит непрерывный отбор пара и непрерывный возврат конденсата в котел, необходимо компенсировать потери из-за продувки и утечек для поддержания требуемого уровня воды в паровом барабане котла. Для этого в систему котловой воды постоянно добавляется подпиточная вода. Примеси в сырой воде, поступающей на завод, обычно состоят из солей кальция и магния , которые придают жесткость .к воде. Жесткость подпиточной воды к котлу приведет к образованию отложений на поверхности трубной воды, что приведет к перегреву и выходу труб из строя. Таким образом, соли должны быть удалены из воды, и это делается на установке обессоливания воды (DM). Установка DM обычно состоит из катионообменников, анионообменников и теплообменников смешанного действия. Любые ионы в конечной воде этого процесса состоят в основном из ионов водорода и ионов гидроксида, которые рекомбинируют с образованием чистой воды. Очень чистая деминерализованная вода становится очень коррозионной, когда поглощает кислород из атмосферы из-за ее очень высокого сродства к кислороду.

Производительность установки DM определяется типом и количеством солей на входе сырой воды. Тем не менее, некоторое хранилище необходимо, так как завод DM может быть остановлен на техническое обслуживание. Для этого устанавливается накопительный бак, из которого постоянно отбирается деминерализованная вода для подпитки котла. Резервуар для деминерализованной воды изготовлен из материалов, не подверженных воздействию агрессивной воды, таких как ПВХ . Трубопроводы и клапаны обычно изготавливаются из нержавеющей стали. Иногда поверх воды в резервуаре устанавливается устройство для защиты от пара или поплавок из нержавеющей стали, чтобы избежать контакта с воздухом. Подпитка сухой водой обычно добавляется в паровое пространство поверхностного конденсатора .(т.е. вакуумная сторона). Эта схема не только распыляет воду, но и деаэрирует сухую воду, при этом растворенные газы удаляются деаэратором через эжектор, присоединенный к конденсатору.

Система подготовки топлива

На угольных электростанциях сырьевой уголь из хранилища угля сначала измельчается на мелкие куски, а затем подается в бункеры для подачи угля на котлах. Затем уголь измельчается в очень мелкий порошок. Измельчители могут быть шаровыми мельницами , вращающимися барабанными мельницами или другими типами мельниц.

Некоторые электростанции сжигают мазут , а не уголь. Масло должно сохраняться теплым (выше точки застывания ) в резервуарах для хранения мазута, чтобы масло не застыло и не стало непригодным для перекачки. Масло обычно нагревают примерно до 100 °C перед тем, как прокачать его через форсунки для распыления топочного мазута.

Котлы на некоторых электростанциях используют переработанный природный газ в качестве основного топлива. Другие электростанции могут использовать переработанный природный газ в качестве вспомогательного топлива в случае прекращения подачи основного топлива (угля или нефти). В таких случаях на топках котлов предусмотрены отдельные газовые горелки.

Валоповоротный механизм

Валоповоротный механизм (или «поворотный механизм») - это механизм, предназначенный для вращения вала турбогенератора с очень низкой скоростью после остановки агрегата. После того, как установка «отключена» (т. е. впускной клапан пара закрыт), турбина останавливается по инерции. Когда он полностью останавливается, вал турбины имеет тенденцию отклоняться или изгибаться, если ему позволяют оставаться в одном положении слишком долго. Это связано с тем, что тепло внутри корпуса турбины имеет тенденцию концентрироваться в верхней половине корпуса, делая верхнюю половину вала более горячей, чем нижнюю половину. Таким образом, вал мог деформироваться или изгибаться на миллионные доли дюйма.

Этого небольшого отклонения вала, обнаруживаемого только измерителями эксцентриситета, было бы достаточно, чтобы вызвать разрушительные вибрации всей паротурбинной генераторной установки при ее повторном запуске. Таким образом, вал автоматически вращается на низкой скорости (около одного процента от номинальной скорости) валоповоротным механизмом до тех пор, пока он не остынет в достаточной степени, чтобы обеспечить полную остановку.

Масляная система

Вспомогательный насос маслосистемы используется для подачи масла при пуске паротурбинного генератора. Он снабжает систему гидравлическим маслом, необходимую для главного запорного клапана пара на входе паровой турбины, управляющих регулирующих клапанов, систем смазки подшипников и уплотнений, соответствующих гидравлических реле и других механизмов.

При заданной частоте вращения турбины при пусках насос, приводимый в движение главным валом турбины, берет на себя функции вспомогательной системы.

Охлаждение генератора

В то время как небольшие генераторы могут охлаждаться воздухом, поступающим через фильтры на входе, более крупные агрегаты обычно требуют специальных устройств охлаждения. Охлаждение водородным газом в корпусе с масляным уплотнением используется из-за того, что он имеет самый высокий из известных коэффициентов теплопередачи среди всех газов, а также из-за его низкой вязкости , что снижает потери на аэродинамическое сопротивление . Эта система требует особого обращения во время запуска, поскольку воздух в корпусе генератора сначала вытесняется углекислым газом, а затем заполняется водородом. Это гарантирует, что легковоспламеняющийся водород не смешивается с кислородом воздуха.

Давление водорода внутри корпуса поддерживается немного выше атмосферного , чтобы избежать попадания наружного воздуха, и до двух атмосфер для повышения эффективности теплопередачи. Водород должен быть герметизирован от утечки наружу в месте выхода вала из корпуса. Механические уплотнения вокруг вала устанавливаются с очень маленьким кольцевым зазором, чтобы избежать трения между валом и уплотнениями. Уплотнительное масло используется для предотвращения утечки газообразного водорода в атмосферу.

Генератор также использует водяное охлаждение. Поскольку катушки генератора находятся под напряжением около 22 кВ , для соединения линии воды и высоковольтных обмоток генератора используется изолирующий барьер, такой как тефлон. Используется деминерализованная вода низкой электропроводности.

Генераторная высоковольтная система

Напряжение генератора для современных подключенных к сети генераторов колеблется от 11 кВ в небольших блоках до 30 кВ в более крупных блоках. Провода высокого напряжения генератора обычно представляют собой большие алюминиевые каналы из-за их высокого тока по сравнению с кабелями, используемыми в небольших машинах. Они заключены в хорошо заземленные алюминиевые шинопроводы и закреплены на подходящих изоляторах. Высоковольтные выводы генератора подключаются к повышающим трансформаторам для подключения к высоковольтной электрической подстанции (обычно в диапазоне от 115 кВ до 765 кВ) для дальнейшей передачи в местную электрическую сеть.

Для высоковольтных проводов предусмотрены необходимые защитные и измерительные устройства. Таким образом, паротурбинный генератор и трансформатор образуют единый блок. Меньшие блоки могут использовать общий повышающий трансформатор генератора с отдельными автоматическими выключателями для подключения генераторов к общей шине.

Система мониторинга и сигнализации

Большинство органов управления электростанцией являются автоматическими. Однако иногда может потребоваться ручное вмешательство. Таким образом, завод снабжен мониторами и системами сигнализации, которые предупреждают операторов завода, когда определенные рабочие параметры серьезно отклоняются от нормального диапазона.

Аварийное освещение и связь на батарейках

Центральная аккумуляторная система, состоящая из блоков свинцово-кислотных элементов , предназначена для аварийного электроснабжения, когда это необходимо, для основных элементов, таких как системы управления электростанцией, системы связи, система водородного уплотнения генератора, насосы смазочного масла турбины и аварийное освещение. Это необходимо для безопасного отключения агрегатов без повреждений в аварийной ситуации.

Система оборотного водоснабжения

Рассеивать тепловую нагрузку выхлопного пара главной турбины, конденсата из конденсатора сальникового пара и конденсата из подогревателя низкого давления, обеспечивая непрерывную подачу охлаждающей воды в главный конденсатор, что приводит к образованию конденсата.

По оценкам, потребление охлаждающей воды внутренними электростанциями снизит доступность электроэнергии для большинства тепловых электростанций к 2040–2069 гг. ^[21]

Смотрите также

использованная литература

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы, связанные с тепловыми электростанциями .

• Тепловая электростанция: индийский контекст
• Обычная угольная электростанция
• Схема электростанции
• Справочники по электростанциям
• Эжекторы паровые струйные
• Рекомендации по эксплуатации пароструйного эжектора
• Первая на YouTube и вторая на YouTube видео-лекции С. Банерджи на тему «Тепловые электростанции».