ТЭЦ

Nantong Power Station, угольная электростанция в Наньтуне , Китай

Атомная электростанция Графенрайнфельд в Баварии

Геотермальная электростанция в Исландии

Тайчжунская электростанция , крупнейшая в мире угольная электростанция, в Тайчжуне , Тайвань

Тепловая электростанция является электростанция , в котором тепловая энергия преобразуется в электроэнергию . Обычно вода нагревается до пара, который используется для привода электрического генератора. После прохождения через турбину пар конденсируется в конденсаторе пара и возвращается туда, где он нагревается. Это известно как цикл Ренкина . Наибольшее различие в конструкции тепловых электростанций связано с различными источниками тепла: используются ископаемое топливо , ядерная энергия, солнечная энергия, биотопливо и сжигание отходов. Некоторые тепловые электростанции также предназначены для производства тепла для промышленных целей, для централизованного теплоснабжения или опреснения воды. воды, помимо выработки электроэнергии.

Виды тепловой энергии [ править ]

Почти все угольные электростанции , нефтяные, атомные , геотермальные , солнечные тепловые электрические и мусоросжигательные заводы , а также все электростанции, работающие на природном газе, являются тепловыми. Природный газ часто сжигают в газовых турбинах, а также в котлах . Отходящее тепло из газовой турбины, в виде горячего отходящего газа, может быть использовано для повышения пара путем пропускания этого газа через рекуперацию тепла парогенератор (HRSG). Затем пар используется для привода паровой турбины в комбинированном цикле.установка, повышающая общую эффективность. Электростанции, сжигающие уголь, мазут или природный газ, часто называют электростанциями, работающими на ископаемом топливе . Некоторые из биомассы -fueled электростанции термической появилась также. Неядерные тепловые электростанции, особенно электростанции, работающие на ископаемом топливе, которые не используют когенерацию , иногда называют обычными электростанциями .

Коммерческие электрические станции обычно строятся в больших масштабах и рассчитаны на непрерывную работу. Практически все электростанции используют трехфазные электрические генераторы для выработки электроэнергии переменного тока (переменного тока) с частотой 50 или 60 Гц . Крупные компании или учреждения могут иметь свои собственные электростанции для отопления или электроснабжения своих объектов, особенно если пар все равно создается для других целей. Паровые электростанции использовались для управления большинством судов в течение большей части 20-го века ^{[ необходима цитата ]}. Судовые электростанции обычно напрямую соединяют турбину с гребными винтами корабля через редукторы. Электростанции на таких судах также поставляют пар для небольших турбин, приводящих в движение электрогенераторы для выработки электроэнергии. Морские ядерные силовые установки , за некоторыми исключениями, используются только на военных кораблях. Было много турбоэлектрических кораблей, на которых паровая турбина приводит в действие электрогенератор, который приводит в действие электродвигатель для движения .

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

История [ править ]

Возвратно - поступательное движение паровой двигатель был использован для получения механической энергии с 18 - го века, с заметные улучшения, предпринимаемые Джеймса Уатта . Когда в 1882 году на станции Перл-стрит в Нью-Йорке и на электростанции Холборн-Виадук в Лондоне были установлены первые коммерчески развитые центральные электростанции , использовались поршневые паровые двигатели. Разработка паровой турбины в 1884 году позволила создать более крупную и эффективную конструкцию 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 синхронную работу генераторов 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 единиц весил около 500 тонн и имел мощность 6000 киловатт; современный турбинный агрегат с таким же рейтингом весил бы примерно на 20% больше. ^[2]

Эффективность выработки тепловой энергии [ править ]

Энергоэффективность традиционной тепловой электростанции определяется как произведенная коммерческая энергия в процентах от теплотворной способности потребляемого топлива. Газовая турбина простого цикла достигает эффективности преобразования энергии от 20 до 35%. ^[3] Типичные угольные электростанции, работающие при давлении пара 170 бар и 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 .

В эффективности Карно диктует , что более высокие КПД может быть достигнуто за счет повышения температуры пара. Электростанции на ископаемом топливе с докритическим давлением могут достичь КПД 36–40%. Сверхкритические конструкции имеют КПД в диапазоне от низких до средних 40%, а новые «сверхкритические» конструкции используют давление выше 4400 фунтов на квадратный дюйм (30,3 МПа) и многоступенчатый повторный нагрев, достигающий эффективности 45-48%. ^[4] Выше критической точки для воды 705 ° F (374 ° C) и 3212 фунтов на квадратный дюйм (22,06 МПа) фазового перехода от воды к пару нет, а только постепенное снижение плотности .

В настоящее время большинство атомных электростанций должны работать при температурах и давлениях ниже, чем у угольных электростанций, чтобы обеспечить более консервативный запас безопасности в системах, отводящих тепло от ядерного топлива. Это, в свою очередь, ограничивает их термодинамический КПД 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 нынешним угольным установкам, обеспечивая сопоставимую термодинамическую эффективность.

Энергия тепловой электростанции, не используемая для производства электроэнергии, должна покидать станцию ​​в виде тепла в окружающую среду. Это отработанное тепло может проходить через конденсатор и сбрасываться с охлаждающей водой или в градирни . Если вместо этого отработанное тепло используется для централизованного теплоснабжения , это называется когенерацией . Важным классом тепловых электростанций являются опреснительные установки; они обычно находятся в пустынных странах с большими запасами природного газа , и на этих заводах производство пресной воды и электричество являются не менее важными побочными продуктами.

Другие типы электростанций имеют другие ограничения эффективности. Большинство гидроэлектростанций в Соединенных Штатах примерно на 90 процентов эффективно преобразовывают энергию падающей воды в электричество ^{[6], в} то время как эффективность ветряной турбины ограничена законом Бетца примерно до 59,3%, а фактические ветряные турбины показывают более низкий КПД.

Стоимость электроэнергии [ править ]

Прямые затраты на электроэнергию, производимую тепловой электростанцией, являются результатом стоимости топлива, капитальных затрат на установку, рабочей силы оператора, технического обслуживания и таких факторов, как обращение с золой и ее удаление. Косвенные социальные или экологические затраты, такие как экономическая ценность воздействия на окружающую среду или воздействие на окружающую среду и здоровье полного топливного цикла и вывода станции из эксплуатации, обычно не относятся к затратам на генерацию тепловых станций в коммунальной практике, но могут быть частью экологической Оценка воздействия на.

Котел и паровой цикл [ править ]

В атомной станции поле, парогенератор относится к конкретному типу большого теплообменника , используемый в давлении реактора с водой (PWR) , чтобы соединить термически первичную (реакторную установку) и вторичную (пара растений) система, который генерирует пар. В ядерном реакторе, называемом реактором с кипящей водой (BWR), вода кипятится для образования пара непосредственно в самом реакторе, и здесь нет устройств, называемых парогенераторами.

В некоторых промышленных установках также могут быть паропроизводящие теплообменники, называемые парогенераторами с рекуперацией тепла (HRSG), которые используют тепло от некоторых промышленных процессов, чаще всего с использованием горячих выхлопных газов газовой турбины. Парогенерирующий котел должен производить пар с высокой чистотой, давлением и температурой, необходимыми для паровой турбины, которая приводит в действие электрический генератор.

Геотермальные станции 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 парогенерирующими трубами и змеевиками перегревателя. Необходимые предохранительные клапаны расположены в подходящих местах для защиты от чрезмерного давления в котле. Оборудование тракта воздуха и дымовых газов включает: вентилятор с принудительной тягой (FD) , подогреватель воздуха (AP), топку котла, вентилятор с принудительной тягой ( ID), коллекторы летучей золы ( электрофильтр или рукавный фильтр ) и дымовую трубу . ^{[7] [8] [9]}

Подогрев и деаэрация питательной воды [ править ]

Питательная вода котла используется в паровом котле является средством передачи тепловой энергии от сжигания топлива в механическую энергию прядения паровой турбины . Общая питательная вода состоит из рециркулируемой конденсатной воды и очищенной подпиточной воды . Поскольку металлические материалы, с которыми он контактирует, подвержены коррозии при высоких температурах и давлениях, подпиточная вода перед использованием подвергается высокой степени очистки. Система умягчителей воды и ионообменных деминерализаторов производит воду настолько чистой, что по совпадению она становится электрическим изолятором с проводимостью в диапазоне 0,3–1,0.микросименс на сантиметр. Подпиточная вода на установке мощностью 500 МВт составляет около 120 галлонов США в минуту (7,6 л / с) для замены воды, отбираемой из барабанов котла для управления чистотой воды, а также для компенсации небольших потерь из-за утечек пара в системе.

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

Вода нагнетается в два этапа и проходит через серию из шести или семи нагревателей промежуточной питательной воды, нагреваясь в каждой точке паром, отводимым из соответствующего канала на турбинах, и на каждой ступени нагревается. Обычно в середине этой серии нагревателей питательной воды и перед второй ступенью повышения давления конденсат плюс подпиточная вода проходят через деаэратор ^{[10] [11],} который удаляет растворенный воздух из воды, дополнительно очищая и снижая ее коррозионную активность. . После этого в воду можно дозировать гидразин , химическое вещество, которое удаляет оставшийся кислород в воде до уровня ниже 5 частей на миллиард (ppb). ^{[ расплывчато ]}В него также добавляются агенты, регулирующие pH , такие как аммиак или морфолин, чтобы поддерживать низкую остаточную кислотность и, следовательно, не вызывать коррозию.

Работа котла [ править ]

Котел представляет собой прямоугольную печь примерно 50 футов (15 м) в ширину и 130 футов (40 м) в высоту. Его стенки состоят из сетки стальных труб высокого давления диаметром около 2,3 дюйма (58 мм). ^{[ необходима цитата ]}

Топливо, такое как пылевидный уголь , вдувается воздухом в топку через горелки, расположенные в четырех углах, вдоль одной или двух противоположных стенок, и оно воспламеняется, чтобы быстро гореть, образуя большой огненный шар в центре. Тепловое излучение огненного шара нагревает воду , которая циркулирует через бойлерных труб вблизи котла периметру. Скорость циркуляции воды в котле в три-четыре раза больше производительности. Когда вода в котле циркулирует, она поглощает тепло и превращается в пар. Он отделен от воды внутри барабана наверху печи. Насыщенный пар вводится в перегревподвесные трубы, которые висят в самой горячей части дымовых газов на выходе из печи. Здесь пар перегревается до 1000 ° F (540 ° C), чтобы подготовить его для турбины.

Растения , которые используют газовую турбину для нагрева воды для преобразования в паровые котлы использования известных как рекуперации тепла парогенераторов (HRSG). Тепло выхлопных газов газовых турбин используется для получения перегретого пара, который затем используется в обычном цикле производства водяного пара, как описано в разделе о парогазовых установках с газовыми турбинами .

Котельная печь и паровой барабан [ править ]

Вода поступает в котел через участок конвекционного канала, называемый экономайзером . Из экономайзера он попадает в паровой барабан, а оттуда через сливные стаканы к входным коллекторам в нижней части водяных стенок. Из этих коллекторов вода поднимается через водяные стенки печи, где часть ее превращается в пар, а затем смесь воды и пара снова попадает в паровой барабан. Этот процесс может осуществляться исключительно за счет естественной циркуляции (поскольку вода в сливных трубах более плотная, чем смесь воды и пара в водяных стенках) или при помощи насосов. В паровом барабане вода возвращается в сливные стаканы, а пар проходит через серию паросепараторов.и сушилки, удаляющие из пара капли воды. Затем сухой пар поступает в змеевики пароперегревателя.

Вспомогательное оборудование топки котла включает форсунки для подачи угля и запальные горелки, нагнетатели сажи , водяные фурмы и смотровые окна (в стенках топки) для наблюдения за внутренней частью топки. Взрывы в печи из-за скопления горючих газов после отключения можно избежать путем вымывания таких газов из зоны горения перед воспламенением угля.

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

Superheater [ править ]

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, часто имеют секцию перегревателя в парогенерирующей печи. ^{[ необходима цитата ]} Пар проходит через сушильное оборудование внутри парового барабана в перегреватель, набор труб в печи. Здесь пар забирает больше энергии от горячих дымовых газов за пределами трубы, и его температура теперь перегрета выше температуры насыщения. Затем перегретый пар направляется по магистральным паропроводам к клапанам перед турбиной высокого давления.

Атомные паровые электростанции не имеют таких секций, но производят пар практически в насыщенных условиях. Экспериментальные атомные станции были оснащены перегревателями, работающими на ископаемом топливе, в попытке снизить общие эксплуатационные расходы станции. ^{[ необходима цитата ]}

Конденсация пара [ править ]

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

Поверхностный конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник, в котором охлаждающая вода циркулирует по трубкам. ^{[8] [12] [13] [14]} Выхлопной пар из турбины низкого давления входит в кожух, где он охлаждается и превращается в конденсат (воду), протекая по трубам, как показано на диаграмме рядом. 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 достижения наилучшего КПД температура в конденсаторе должна поддерживаться как можно более низкой, чтобы достичь минимально возможного давления в конденсируемом паре. Поскольку температуру конденсатора почти всегда можно поддерживать значительно ниже 100 ° C, когда давление водяного пара 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 ), т. Е.  Вакуум около - 95 кПа (-28 дюймов рт.ст.) относительно атмосферного давления. Сильное уменьшение объема, которое происходит, когда водяной пар конденсируется в жидкость, создает низкий вакуум, который помогает протаскивать пар и повышать эффективность турбин.

Ограничивающим фактором является температура охлаждающей воды, которая, в свою очередь, ограничена преобладающими средними климатическими условиями в месте расположения электростанции (возможно, зимой можно снизить температуру за пределы турбины, что приведет к чрезмерной конденсации в воздухе). турбина). Установкам, работающим в жарком климате, возможно, придется снизить производительность, если их источник охлаждающей воды конденсатора станет теплее; к сожалению, это обычно совпадает с периодами высокого потребления электроэнергии для кондиционирования воздуха .

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

Тепло, поглощаемое циркулирующей охлаждающей водой в трубках конденсатора, также необходимо отводить, чтобы поддерживать способность воды охлаждаться во время циркуляции. Это делается путем закачки теплой воды из конденсатора посредством либо естественной тяги, принудительная тяга или вытяжных градирен (как видно на соседнем изображении) , которые снижают температуру воды путем выпаривания, примерно от 11 до 17 ° C (20 до 30 ° F) - выброс отработанного тепла в атмосферу. Скорость циркуляционного потока 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 минеральными отложениями, которые препятствуют передаче тепла и снижают термодинамическую эффективность . Многие установки включают в себя автоматическую систему очистки, которая циркулирует по трубкам в виде шариков из губчатой ​​резины, чтобы вычистить их, не отключая систему. ^{[ необходима цитата ]}

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

Другая форма конденсационной системы - конденсатор с воздушным охлаждением . Процесс похож на радиатор и вентилятор. Отработанное тепло из секции низкого давления паровой турбины проходит через трубы конденсации, трубы обычно имеют ребра, а окружающий воздух проталкивается 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 увеличению количества углекислого газа на мегаватт-час электроэнергии).

Снизу конденсатора мощные конденсатные насосы рециркулируют конденсированный пар (воду) обратно в водяной / паровой цикл.

Reheater [ править ]

Печи электростанций могут иметь секцию подогревателя, содержащую трубы, нагреваемые горячими дымовыми газами вне труб. Отработанный пар из турбины высокого давления проходит через эти нагретые трубы для сбора большего количества энергии перед приводом в действие турбины среднего, а затем низкого давления.

Воздушный путь [ править ]

Предусмотрены внешние вентиляторы, обеспечивающие достаточное количество воздуха для горения. Вентилятор первичного воздуха забирает воздух из атмосферы и сначала нагревает воздух в воздухоподогревателе для большей экономии. Затем первичный воздух проходит через измельчители угля и переносит угольную пыль к горелкам для впрыска в печь. 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 корпуса котла.

Генератор паровой турбины [ править ]

Турбогенератор состоит из серии паровых турбин, соединенных между собой, и генератора на общем валу. Обычно на одном конце находится турбина высокого давления, за ней следует турбина среднего давления и, наконец, одна, две или три турбины низкого давления и генератор. По мере того, как пар проходит через систему и теряет давление и тепловую энергию, он расширяется в объеме, что требует увеличения диаметра и более длинных лопастей на каждой последующей стадии для извлечения оставшейся энергии. Вся вращающаяся масса может составлять более 200 метрических тонн и 100 футов (30 м) в длину. Он настолько тяжелый, что его нужно продолжать медленно вращать даже в выключенном состоянии (при 3 об / мин.) так, чтобы вал даже немного не прогибался и не выходил из равновесия. Это настолько важно, что это одна из шести функций аварийного отключения аккумуляторных батарей на объекте. (Остальные пять - это аварийное освещение , связь , сигнализация станции, система водородных уплотнений 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 кв. Дюйм (17 МПа; 160 атм) и температуре 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) температуры 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 для повторного нагрева до 1 000 ° F (540 ° C). Горячий пар для повторного нагрева направляется в турбину промежуточного давления, где его температура и давление падает, и он выходит непосредственно в турбины низкого давления с длинными лопастями и, наконец, выходит в конденсатор.

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 несколько миль тяжелого медного проводника. Как правило, постоянного магнита нет , что предотвращает черные пуски . Во время работы он вырабатывает до 21 000 ампер при 24 000 вольт переменного тока (504 МВт) при вращении со скоростью 3 000 или 3 600 об / мин , синхронизированных с электросетью . Ротор вращается в герметичной камере, охлаждаемой газообразным водородом , выбранным потому, что он имеет самый высокий известный коэффициент теплопередачи.любого газа и его низкой вязкости , что снижает потери на ветер . Эта система требует особого обращения во время запуска, когда воздух в камере сначала замещается диоксидом углерода, а затем заполняется водородом. Это гарантирует отсутствие взрывоопасной водородно- кислородной среды.

Частота электросети составляет 60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в Европе , Океании , Азии ( заметными исключениями являются Корея и некоторые части Японии ) и некоторых частях Африки . Желаемая частота влияет на конструкцию больших турбин, поскольку они оптимизированы для одной конкретной скорости.

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

В паровых турбогенераторов , имеют вспомогательные системы , позволяющие им работать удовлетворительно и безопасно. Генератор паровой турбины, являясь вращающимся оборудованием, обычно имеет тяжелый вал большого диаметра. Поэтому валу требуются не только опоры, но и его необходимо удерживать на месте во время работы. Чтобы минимизировать сопротивление трения вращению, вал имеет несколько подшипников . Вкладыши подшипников, в которых вращается вал, футерованы материалом с низким коэффициентом трения, таким как баббитовый металл . Смазка масла предусмотрена , чтобы дополнительно уменьшить трение между валом и опорной поверхностью и ограничить тепло , вырабатываемое.

Путь газа в трубе и очистка [ править ]

Когда дымовой газ выходит из котла, он проходит через вращающуюся плоскую корзину из металлической сетки, которая забирает тепло и возвращает его поступающему свежему воздуху при вращении корзины. Это называется подогревателем воздуха . Выходящий из котла газ содержит летучую золу , которая представляет собой крошечные сферические частицы золы. Дымовых газов содержит азот вместе с продуктами сгорания двуокиси углерода , двуокиси серы и окислов азота . Летучая зола удаляются с помощью ткани рукавных фильтров в рукавных фильтрах или электрофильтрах. После удаления летучая зола иногда может быть использована в производстве бетона . Однако эта очистка дымовых газов происходит только на установках, оснащенных соответствующей технологией. Тем не менее, большинство угольных электростанций в мире не имеют таких мощностей. ^{[ необходима цитата ]} Законодательство в Европе было эффективным для сокращения загрязнения дымовыми газами. Япония использует технологию очистки дымовых газов более 30 лет, а США - более 25 лет. Китай сейчас начинает бороться с загрязнением, вызванным угольными электростанциями.

Если это требуется по закону, загрязняющие вещества, содержащие серу и оксид азота , удаляются скрубберами дымовых газов, в которых используется измельченный известняк или другой щелочной влажный шлам для удаления этих загрязняющих веществ из отходящего дымового газа. В других устройствах используются катализаторы для удаления соединений закиси азота из потока дымовых газов. Температура газа, поднимающегося вверх по дымовой трубе, может к этому времени упасть примерно до 50 ° C (120 ° F). Типичная дымовая труба может иметь высоту 150–180 метров (490–590 футов) для рассеивания оставшихся компонентов дымового газа в атмосфере. Самая высокая дымовая труба в мире составляет 419,7 метра (1377 футов) в высоту 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 нормативных требований по загрязнению воздуха . В Соединенных Штатах также требуется, чтобы высота дымовой трубы соответствовала так называемой высоте трубы " надлежащей инженерной практики " (GEP). ^{[19] [20]} В случае существующих дымовых труб, которые превышают высоту дымовых труб GEP, любые исследования по моделированию распространения загрязнения воздуха для таких дымовых труб должны использовать высоту дымовых труб GEP, а не фактическую высоту дымовых труб.

Вспомогательные системы [ править ]

Установка очистки и хранения подпиточной воды котла [ править ]

Поскольку происходит непрерывный отбор пара и непрерывный возврат конденсата в котел, потери из-за продувки и утечки должны быть восполнены для поддержания желаемого уровня воды в паровом барабане котла. Для этого в систему котловой воды добавляется постоянная подпиточная вода. Примеси в исходной воде, поступающей в установку, обычно состоят из солей кальция и магния, которые придают жесткость.к воде. Жесткость подпиточной воды котла приведет к образованию отложений на поверхности воды в трубах, что приведет к перегреву и выходу труб из строя. Таким образом, соли должны быть удалены из воды, и это делается с помощью установки для деминерализации воды (DM). Установка DM обычно состоит из катионных, анионных и смешанных теплообменников. Любые ионы в конечной воде этого процесса состоят в основном из ионов водорода и гидроксид-ионов, которые рекомбинируют с образованием чистой воды. Очень чистая вода DM становится очень агрессивной, когда она поглощает кислород из атмосферы, из-за ее очень высокого сродства к кислороду.

Производительность установки DM определяется типом и количеством солей в исходной воде. Тем не менее, некоторое хранилище необходимо, так как завод DM может быть остановлен на техническое обслуживание. Для этого устанавливается накопительный бак, из которого непрерывно отбирается вода ДМ для подпитки котла. Резервуар для воды DM изготовлен из материалов, не подверженных воздействию агрессивной воды, таких как ПВХ . Трубопроводы и клапаны обычно из нержавеющей стали. Иногда поверх воды в резервуаре устанавливается паровая заслонка или пончик из нержавеющей стали, чтобы избежать контакта с воздухом. Подпитка DM обычно добавляется в паровом пространстве поверхностного конденсатора.(т.е. со стороны вакуума). Эта конструкция не только распыляет воду, но также деаэрируется вода DM, при этом растворенные газы удаляются деаэратором через эжектор, прикрепленный к конденсатору.

Система подготовки топлива [ править ]

На угольных электростанциях сырой уголь из зоны хранения угля сначала измельчается на мелкие кусочки, а затем подается в бункеры подачи угля в котлах. Затем уголь измельчают до очень мелкого порошка. Измельчители могут представлять собой шаровые мельницы , измельчители с вращающимся барабаном или другие типы измельчителей.

Некоторые электростанции используют мазут, а не уголь. Масло должно поддерживаться теплым (выше температуры застывания ) в резервуарах для хранения мазута, чтобы масло не застывало и не перекачалось. Масло обычно нагревается примерно до 100 ° C перед тем, как прокачиваться через сопла 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 их подачи основного топлива (угля или нефти). В таких случаях на топках котла предусматриваются отдельные газовые горелки.

Запретное снаряжение [ править ]

Запирающая шестерня (или «поворотная шестерня») - это механизм, предназначенный для вращения вала турбогенератора на очень низкой скорости после остановок агрегата. Как только установка «отключена» (т. Е. Закрывается впускной клапан пара), турбина останавливается по инерции. Когда он полностью останавливается, вал турбины имеет тенденцию отклоняться или изгибаться, если ему позволено 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 нижняя половина. Следовательно, вал может деформироваться или погнуться на миллионные доли дюйма.

Этого небольшого отклонения вала, обнаруживаемого только датчиками эксцентриситета, было бы достаточно, чтобы вызвать разрушительные вибрации для всего паротурбинного генератора при его повторном запуске. Таким образом, вал автоматически вращается на низкой скорости (около 1% от номинальной скорости) с помощью блокирующего механизма, пока он не остынет достаточно, чтобы обеспечить полную остановку.

Масляная система [ править ]

Вспомогательный насос масляной системы используется для подачи масла при запуске паротурбинного генератора. Он подает гидравлическую систему масла, необходимую для основного впуска пара запорного клапана паровой турбины, руководящих регулирующих клапанов, систем нефтеносных и уплотнений, соответствующего гидравлического реле и других механизмов.

При заданной частоте вращения турбины во время пусков насос, приводимый в действие главным валом турбины, берет на себя функции вспомогательной системы.

Охлаждение генератора [ править ]

В то время как небольшие генераторы могут охлаждаться воздухом, всасываемым через фильтры на входе, для более крупных генераторов обычно требуются специальные устройства охлаждения. Охлаждение водородного газа в корпусе с масляным уплотнением используется потому, что он имеет самый высокий известный коэффициент теплопередачи среди всех газов и его низкую вязкость, что снижает потери на ветер . Эта система требует особого обращения во время запуска, когда воздух в корпусе генератора сначала замещается диоксидом углерода, 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 примерно до двух атмосфер для повышения эффективности теплопередачи. Водород должен быть изолирован от утечки наружу в месте выхода вала из корпуса. Торцевые 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.

В генераторе также используется водяное охлаждение. Поскольку обмотки генератора имеют потенциал около 22 кВ , для соединения водопровода и обмоток высокого напряжения генератора используется изолирующий барьер, такой как тефлон. Используется деминерализованная вода с низкой проводимостью.

Генератор высоковольтной системы [ править ]

Напряжение генератора для современных генераторов, подключенных к электросети, колеблется от 11 кВ в небольших установках до 30 кВ в более крупных. Высоковольтные провода генератора обычно представляют собой большие алюминиевые каналы из-за их высокого тока по сравнению с кабелями, используемыми в небольших машинах. Они заключены в заземленные алюминиевые шинные каналы и поддерживаются подходящими изоляторами. 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 по местной электросети.

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

Система мониторинга и сигнализации [ править ]

Большинство оперативных средств управления электростанцией автоматические. Однако иногда может потребоваться ручное вмешательство. Таким образом, установка оснащена мониторами и системами сигнализации, которые предупреждают операторов установки, когда определенные рабочие параметры серьезно отклоняются от их нормального диапазона.

Аварийное освещение и связь с питанием от батарей [ править ]

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

Система циркуляции воды [ править ]

Для рассеивания тепловой нагрузки от выхлопного пара основной турбины, конденсата из сальникового конденсатора пара и конденсата из нагревателя низкого давления путем обеспечения непрерывной подачи охлаждающей воды в главный конденсатор, что приводит к конденсации.

Согласно оценкам, потребление охлаждающей воды внутренними электростанциями приведет к снижению доступности электроэнергии для большинства тепловых электростанций к 2040–2069 гг. ^[21]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме тепловых электростанций .

• Тепловая электростанция: индийский контекст
• Обычная угольная электростанция
• Схема электростанции
• Справочники по электростанциям
• Пароструйные эжекторы
• Рекомендации по производительности пароструйного эжектора
• Первая на YouTube и вторая на YouTube видеолекции С. Банерджи на тему «Тепловые электростанции»