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 . Наибольшие различия в конструкции тепловых электростанций обусловлены 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, работающие на угле, мазуте или природном газе, 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 на протяжении 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 подачи электроэнергии. Морские ядерные силовые установки , за некоторыми исключениями, используются только на военно-морских судах. 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 стабильную регулировку скорости, позволяющую 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 достигать КПД 36–40%. Сверхкритические конструкции имеют КПД в диапазоне от низких до средних 40%, а новые «сверхкритические» конструкции используют давление выше 4400 фунтов на кв. 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 отработанное тепло вместо этого 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 обработка и удаление золы. 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 составлять часть 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 генерации пара непосредственно в самом реакторе, и здесь нет агрегатов, 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, приводящей 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 трубками и змеевиками перегревателя. Необходимые предохранительные клапаны расположены в подходящих местах для защиты от чрезмерного давления в котле. Оборудование для воздуховодов 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 установке мощностью 500 МВт составляет около 6000 галлонов США в минуту (400 л / с).

Вода нагнетается в две ступени и проходит через серию из шести или семи промежуточных нагревателей питательной воды, нагреваясь в каждой точке паром, отбираемым 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 вместе с подпиточной водой проходит 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 ( частей на миллиард ). ^{[ 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 выше производительности. Когда вода в бойлере циркулирует, она поглощает тепло и превращается в пар. Он отделен от воды в барабане 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 производства перегретого пара, который затем используется в обычном цикле генерации водяного пара, как описано в разделе о газотурбинных установках с комбинированным циклом .

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 трубы 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 с помощью насосов. В паровом барабане вода возвращается в сливные стаканы, и пар проходит через серию паровых сепараторов.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, сажеобдувочные устройства , водоотводчики и смотровые окна (в стенках топки) для наблюдения за внутренним пространством 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 перегревателя ) имеют вентиляционные и дренажные отверстия, необходимые для первоначального запуска.

Перегреватель [ править ]

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, часто имеют секцию перегревателя в парогенерирующей печи. ^{[ необходима цитата ]} Пар проходит через сушильное оборудование внутри парового барабана на перегреватель, набор труб в печи. Здесь пар забирает больше энергии от горячих дымовых газов за пределами трубы, и его температура теперь превышает температуру 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 оборудованы пароперегревателями, 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]} Отработавший пар из турбины низкого давления входит в кожух, где он охлаждается и превращается в конденсат (воду), протекая по трубам, как показано на схеме 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 ), то есть вакуум около - 95 кПа (-28 дюймов рт. Ст.) Относительно атмосферного давления. Большое 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 диапазона 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 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 осуществляется путем перекачивания теплой воды из конденсатора через градирни с естественной или принудительной тягой или через градирни с принудительной тягой (как показано 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 циркуляционного потока охлаждающей воды в блоке мощностью 500 МВт составляет около 14,2 м ³ / с (500 фут ³ / с или 225 000 галлонов США / мин) при полной нагрузке. ^[17]

Трубки конденсатора изготовлены из латуни или нержавеющей стали, чтобы противостоять 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 теплопередаче 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 разбавляют холодной «сырой» водой, чтобы предотвратить тепловой удар при сбросе в этот водоем.

Другой формой конденсационной системы является 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 оребрение, 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 насосы для конденсата рециркулируют сконденсированный пар (воду) обратно в пароводяной цикл.

Reheater [ править ]

Печи электростанций могут иметь секцию подогревателя, содержащую трубы, нагреваемые горячими дымовыми газами за пределами труб. Отработанный пар из турбины высокого давления проходит через эти нагретые трубы, чтобы собрать больше энергии перед тем, как привести в действие турбину 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 в топке давление 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 трубках 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 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 черный запуск . 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 вытесняется диоксидом углерода, а затем заполняется водородом. Это гарантирует, что не создается взрывоопасная водородно- кислородная среда.

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, будучи 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 свести к минимуму сопротивление трению вращению, вал имеет несколько подшипников . Вкладыши подшипников, в которых вращается вал, футерованы материалом с низким коэффициентом трения, таким как баббитовый металл . Масляная смазка предназначена для дальнейшего уменьшения трения между валом и поверхностью подшипника и ограничения выделяемого тепла.

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 . Газ, выходящий из котла, насыщен летучей золой , которая представляет собой крошечные сферические частицы золы. Дымовой газ содержит азот вместе с продуктами сгорания углекислого газа , диоксида серы и оксидов азота . Летучая зола удаляются с помощью ткани рукавных фильтров в рукавных фильтрах или электрофильтрах. После удаления летучая зола может иногда использоваться 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 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 другая щелочная влажная суспензия для удаления этих загрязняющих веществ из отходящего дымового газа. В других устройствах используются катализаторы для удаления соединений закиси азота из потока дымовых газов. К этому времени температура газа, поднимающегося вверх по дымовой трубе, может 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 норм 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, необходимо компенсировать потери из-за продувки и утечек 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 деминерализации воды (DM). Установка DM обычно состоит из катионообменников, анионов и теплообменников со смешанным слоем. 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 поглощает кислород из атмосферы из-за ее очень высокого сродства к кислороду.

Производительность установки DM определяется типом и количеством солей в поступающей неочищенной воде. Тем не менее, некоторое хранилище необходимо, поскольку 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 сверху на воду в резервуаре устанавливается паровая заслонка или поплавок для пончиков из нержавеющей стали, чтобы избежать контакта с воздухом. Подпитка DM обычно добавляется в паровом пространстве поверхностного конденсатора.(т.е. со стороны вакуума). Это устройство 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 прокачкой 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 прогиба 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 одного процента от номинальной скорости) с помощью блокирующего механизма до тех пор, 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 до давления около 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 катушки 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 меньших единицах 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 шинопроводы 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 защитные и измерительные устройства. 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 органов управления электростанцией являются автоматическими. 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 батарейным питанием [ править ]

Центральная аккумуляторная система, состоящая из блоков свинцово-кислотных элементов, предназначена для подачи аварийного электричества, когда это необходимо, для основных узлов, таких как системы управления электростанцией, системы связи, система водородных уплотнений 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 парового конденсатора сальника и конденсата из нагревателя низкого давления путем обеспечения непрерывной подачи охлаждающей воды в главный конденсатор, что приводит к конденсации.

По оценкам, потребление охлаждающей воды внутренними электростанциями снизит доступность 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»