Σε ποιο είδος καυσίμου λειτουργεί το CHP; Θερμοηλεκτρικός σταθμός TES. Ποια είναι τα είδη των θερμοηλεκτρικών σταθμών

Ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας είναι ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας που μετατρέπει τη φυσική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί (TPP) που χρησιμοποιούν θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την καύση ορυκτών καυσίμων (στερεών, υγρών και αερίων).

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί παράγουν περίπου το 76% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον πλανήτη μας. Αυτό οφείλεται στην παρουσία ορυκτών καυσίμων σε όλες σχεδόν τις περιοχές του πλανήτη μας. τη δυνατότητα μεταφοράς οργανικών καυσίμων από τον τόπο παραγωγής στον σταθμό ηλεκτροπαραγωγής που βρίσκεται κοντά σε καταναλωτές ενέργειας· τεχνική πρόοδο σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, η οποία διασφαλίζει την κατασκευή θερμοηλεκτρικών σταθμών υψηλής δυναμικότητας· τη δυνατότητα χρήσης της απορριπτόμενης θερμότητας του ρευστού εργασίας και παροχής των καταναλωτών, εκτός από ηλεκτρική, και θερμικής ενέργειας (με ατμό ή ζεστό νερό) κ.λπ.

Ένα υψηλό τεχνικό επίπεδο του ενεργειακού τομέα μπορεί να διασφαλιστεί μόνο με μια αρμονική δομή παραγωγικής ικανότητας: το σύστημα ηλεκτροπαραγωγής θα πρέπει να περιλαμβάνει και τους δύο πυρηνικούς σταθμούς που παράγουν φθηνή ηλεκτρική ενέργεια, αλλά με σοβαρούς περιορισμούς στο εύρος και το ρυθμό μεταβολής του φορτίου και τη θερμική ενέργεια εγκαταστάσεις που παρέχουν θερμότητα και ηλεκτρισμό, η ποσότητα της οποίας εξαρτάται από τις ανάγκες για θερμότητα, και ισχυρές μονάδες ατμοστροβίλου που λειτουργούν με βαρέα καύσιμα και κινητοί αυτόνομοι αεριοστρόβιλοι που καλύπτουν βραχυπρόθεσμες αιχμές φορτίου.

1.1 Τύποι TES και τα χαρακτηριστικά τους.

Στο σχ. 1 δείχνει την ταξινόμηση των θερμοηλεκτρικών σταθμών που λειτουργούν με ορυκτά καύσιμα.

Εικ.1. Τύποι θερμοηλεκτρικών σταθμών με οργανικά καύσιμα.

Εικ.2 Σχηματικό διάγραμμα θερμοηλεκτρικού σταθμού

1 - λέβητας ατμού. 2 - στρόβιλος? 3 - ηλεκτρική γεννήτρια. 4 - πυκνωτής; 5 - αντλία συμπυκνώματος. 6 – θερμαντήρες χαμηλής πίεσης. 7 - εξαερωτήρας. 8 - αντλία τροφοδοσίας. 9 – θερμαντήρες υψηλής πίεσης. 10 - αντλία αποστράγγισης.

Ένας θερμοηλεκτρικός σταθμός είναι ένα σύμπλεγμα εξοπλισμού και συσκευών που μετατρέπουν την ενέργεια καυσίμου σε ηλεκτρική και (γενικά) θερμική ενέργεια.

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χαρακτηρίζονται από μεγάλη ποικιλομορφία και μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διάφορα κριτήρια.

Ανάλογα με το σκοπό και το είδος της παρεχόμενης ενέργειας, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής χωρίζονται σε περιφερειακούς και βιομηχανικούς.

Οι περιφερειακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής είναι ανεξάρτητοι δημόσιοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που εξυπηρετούν όλους τους τύπους καταναλωτών της περιοχής (βιομηχανικές επιχειρήσεις, μεταφορές, πληθυσμός κ.λπ.). Οι περιφερειακοί σταθμοί συμπύκνωσης, που παράγουν κυρίως ηλεκτρική ενέργεια, διατηρούν συχνά την ιστορική τους ονομασία - GRES (κρατικοί περιφερειακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής). Οι περιφερειακοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και θερμότητα (με τη μορφή ατμού ή ζεστού νερού) ονομάζονται μονάδες συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (CHP). Κατά κανόνα, οι κρατικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής και οι περιφερειακοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί έχουν ισχύ άνω του 1 εκατομμυρίου kW.

Οι βιομηχανικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής είναι οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχουν θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια σε συγκεκριμένες βιομηχανικές επιχειρήσεις ή σε συγκρότημα τους, για παράδειγμα, μονάδα παραγωγής χημικών προϊόντων. Οι βιομηχανικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αποτελούν μέρος των βιομηχανικών επιχειρήσεων που εξυπηρετούν. Η χωρητικότητά τους καθορίζεται από τις ανάγκες των βιομηχανικών επιχειρήσεων για θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια και, κατά κανόνα, είναι σημαντικά μικρότερη από αυτή των περιφερειακών θερμοηλεκτρικών σταθμών. Συχνά, οι βιομηχανικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής λειτουργούν σε ένα κοινό ηλεκτρικό δίκτυο, αλλά δεν υπάγονται στον διαχειριστή του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.

Ανάλογα με τον τύπο του καυσίμου που χρησιμοποιείται, οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χωρίζονται σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας που λειτουργούν με οργανικά καύσιμα και πυρηνικά καύσιμα.

Για τους σταθμούς συμπύκνωσης που λειτουργούν με ορυκτά καύσιμα, σε μια εποχή που δεν υπήρχαν πυρηνικοί σταθμοί (NPPs), έχει αναπτυχθεί ιστορικά η ονομασία θερμική (TPP - θερμοηλεκτρικός σταθμός). Με αυτή την έννοια, αυτός ο όρος θα χρησιμοποιηθεί παρακάτω, αν και οι ΣΗΘ, οι NPP, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αεριοστροβίλων (GTPP) και οι σταθμοί συνδυασμένου κύκλου (CCPP) είναι επίσης θερμικοί σταθμοί που λειτουργούν με βάση την αρχή της μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Τα αέρια, υγρά και στερεά καύσιμα χρησιμοποιούνται ως ορυκτά καύσιμα για θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Οι περισσότεροι TPP στη Ρωσία, ειδικά στο ευρωπαϊκό τμήμα, καταναλώνουν φυσικό αέριο ως κύριο καύσιμο και πετρέλαιο μαζούτ ως εφεδρικό καύσιμο, χρησιμοποιώντας το τελευταίο μόνο σε ακραίες περιπτώσεις λόγω του υψηλού κόστους του. Τέτοιοι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί ονομάζονται με καύση πετρελαίου. Σε πολλές περιοχές, κυρίως στο ασιατικό τμήμα της Ρωσίας, το κύριο καύσιμο είναι ο θερμικός άνθρακας - άνθρακας χαμηλών θερμίδων ή απόβλητα από την εξόρυξη άνθρακα υψηλής θερμιδικής αξίας (ανθρακιτική λάσπη - ASh). Δεδομένου ότι τέτοιοι κάρβουνοι αλέθονται σε ειδικούς μύλους σε κονιοποιημένη κατάσταση πριν καούν, τέτοιες θερμοηλεκτρικές μονάδες ονομάζονται κονιοποιημένος άνθρακας.

Ανάλογα με τον τύπο των θερμοηλεκτρικών σταθμών που χρησιμοποιούνται σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια περιστροφής των ρότορων των στροβίλων, διακρίνονται οι ατμοστρόβιλοι, οι αεριοστρόβιλοι και οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής συνδυασμένου κύκλου.

Η βάση των σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ατμοστροβίλου είναι οι εγκαταστάσεις ατμοστροβίλου (STP), οι οποίες χρησιμοποιούν την πιο περίπλοκη, ισχυρότερη και εξαιρετικά προηγμένη ενεργειακή μηχανή - έναν ατμοστρόβιλο για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Το PTU είναι το κύριο στοιχείο των θερμοηλεκτρικών σταθμών, των θερμοηλεκτρικών σταθμών και των πυρηνικών σταθμών.

Οι PTU, οι οποίοι διαθέτουν τουρμπίνες συμπύκνωσης ως κίνηση για ηλεκτρικές γεννήτριες και δεν χρησιμοποιούν τη θερμότητα του ατμού της εξάτμισης για την παροχή θερμικής ενέργειας σε εξωτερικούς καταναλωτές, ονομάζονται εργοστάσια συμπύκνωσης. Οι PTU που είναι εξοπλισμένοι με στρόβιλους θέρμανσης και εκπέμπουν τη θερμότητα του ατμού της εξάτμισης σε βιομηχανικούς ή οικιακούς καταναλωτές ονομάζονται μονάδες συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP).

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί αεριοστροβίλων (GTPP) είναι εξοπλισμένοι με μονάδες αεριοστροβίλου (GTUs) που λειτουργούν με αέριο ή, σε ακραίες περιπτώσεις, υγρό (ντίζελ) καύσιμο. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία των αερίων κατάντη του αεριοστρόβιλου είναι αρκετά υψηλή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή θερμικής ενέργειας σε έναν εξωτερικό καταναλωτή. Τέτοιοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής ονομάζονται GTU-CHP. Επί του παρόντος, υπάρχει ένα GTPP που λειτουργεί στη Ρωσία (GRES-3 με το όνομα Klasson, Elektrogorsk, Περιφέρεια Μόσχας) με ισχύ 600 MW και ένα GTU-CHPP (στο Elektrostal, στην περιοχή της Μόσχας).

Ένα παραδοσιακό σύγχρονο εργοστάσιο αεριοστροβίλου (GTU) είναι ένας συνδυασμός αεροσυμπιεστή, θαλάμου καύσης και αεριοστροβίλου, καθώς και βοηθητικών συστημάτων που διασφαλίζουν τη λειτουργία του. Ο συνδυασμός ενός αεριοστροβίλου και μιας ηλεκτρικής γεννήτριας ονομάζεται μονάδα αεριοστροβίλου.

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί συνδυασμένου κύκλου είναι εξοπλισμένοι με μονάδες συνδυασμένου κύκλου (CCGT), οι οποίες είναι ένας συνδυασμός GTP και STP, που επιτρέπει υψηλή απόδοση. Τα CCGT-TPPs μπορούν να είναι συμπυκνωμένα (CCGT-CES) και με έξοδο θερμότητας (CCGT-CHP). Επί του παρόντος, τέσσερις νέοι CCGT-CHPP λειτουργούν στη Ρωσία (North-West CHPP της Αγίας Πετρούπολης, Kaliningradskaya, CHPP-27 της OAO Mosenergo και Sochinskaya) και μια μονάδα συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας έχει επίσης κατασκευαστεί στο Tyumenskaya CHPP. Το 2007 τέθηκε σε λειτουργία το Ivanovskaya CCGT-IES.

Τα μπλοκ TPP αποτελούνται από χωριστές, κατά κανόνα, ίδιους τύπους σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας - μονάδες ισχύος. Στη μονάδα ισχύος, κάθε λέβητας παρέχει ατμό μόνο για τη δική του τουρμπίνα, από την οποία επιστρέφει μετά από συμπύκνωση μόνο στον δικό του λέβητα. Σύμφωνα με το μπλοκ σχήμα, κατασκευάζονται όλοι οι ισχυροί κρατικοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί, οι οποίοι έχουν τη λεγόμενη ενδιάμεση υπερθέρμανση του ατμού. Η λειτουργία των λεβήτων και των στροβίλων σε TPP με διασταυρούμενες συνδέσεις παρέχεται διαφορετικά: όλοι οι λέβητες των TPP παρέχουν ατμό σε έναν κοινό αγωγό ατμού (συλλέκτη) και όλοι οι ατμοστρόβιλοι των TPP τροφοδοτούνται από αυτόν. Σύμφωνα με αυτό το σχήμα, τα CPP κατασκευάζονται χωρίς ενδιάμεση υπερθέρμανση και σχεδόν όλα τα CHPP είναι κατασκευασμένα για υποκρίσιμες αρχικές παραμέτρους ατμού.

Ανάλογα με το επίπεδο αρχικής πίεσης, διακρίνονται οι TPP υποκρίσιμης πίεσης, υπερκρίσιμης πίεσης (SKP) και υπερ-υπερκρίσιμης πίεσης (SSCP).

Η κρίσιμη πίεση είναι 22,1 MPa (225,6 atm). Στη ρωσική βιομηχανία θερμικής ενέργειας, οι αρχικές παράμετροι είναι τυποποιημένες: οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί και οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί κατασκευάζονται για υποκρίσιμη πίεση 8,8 και 12,8 MPa (90 και 130 atm) και για SKD - 23,5 MPa (240 atm). Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί υπερκρίσιμων παραμέτρων, για τεχνικούς λόγους, εγκαθίστανται με αναθέρμανση και σύμφωνα με το μπλοκ σχήμα. Οι υπερ-υπερκρίσιμες παράμετροι περιλαμβάνουν υπό όρους πίεση πάνω από 24 MPa (έως 35 MPa) και θερμοκρασία άνω των 5600 C (έως 6200 C), η χρήση των οποίων απαιτεί νέα υλικά και νέα σχέδια εξοπλισμού. Συχνά, οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί ή οι ΣΗΘ για διαφορετικά επίπεδα παραμέτρων κατασκευάζονται σε διάφορα στάδια - σε ουρές, οι παράμετροι των οποίων αυξάνονται με την εισαγωγή κάθε νέας ουράς.

Σταθμός ηλεκτροπαραγωγής - μια μονάδα παραγωγής ενέργειας που χρησιμεύει για τη μετατροπή της φυσικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο τύπος του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται κυρίως από τον τύπο της φυσικής ενέργειας. Οι πιο διαδεδομένοι είναι οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί (TPP), οι οποίοι χρησιμοποιούν θερμική ενέργεια που εκλύεται από την καύση ορυκτών καυσίμων (άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο κ.λπ.). Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί παράγουν περίπου το 76% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον πλανήτη μας. Αυτό οφείλεται στην παρουσία ορυκτών καυσίμων σε όλες σχεδόν τις περιοχές του πλανήτη μας. τη δυνατότητα μεταφοράς οργανικών καυσίμων από τον τόπο παραγωγής στον σταθμό ηλεκτροπαραγωγής που βρίσκεται κοντά σε καταναλωτές ενέργειας· τεχνική πρόοδο σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, η οποία διασφαλίζει την κατασκευή θερμοηλεκτρικών σταθμών υψηλής δυναμικότητας· τη δυνατότητα χρήσης της απορριπτόμενης θερμότητας του ρευστού εργασίας και παροχής των καταναλωτών, εκτός από ηλεκτρική, και θερμικής ενέργειας (με ατμό ή ζεστό νερό) κ.λπ. .

Βασικές αρχές λειτουργίας TPP (Παράρτημα Β). Εξετάστε τις αρχές λειτουργίας του TPP. Το καύσιμο και το οξειδωτικό, που είναι συνήθως θερμαινόμενος αέρας, εισέρχονται συνεχώς στον κλίβανο του λέβητα (1). Ως καύσιμο χρησιμοποιούνται άνθρακας, τύρφη, φυσικό αέριο, σχιστόλιθος πετρελαίου ή μαζούτ. Οι περισσότεροι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί στη χώρα μας χρησιμοποιούν ως καύσιμο τη σκόνη άνθρακα. Λόγω της θερμότητας που παράγεται ως αποτέλεσμα της καύσης καυσίμου, το νερό στον ατμολέβητα θερμαίνεται, εξατμίζεται και ο προκύπτων κορεσμένος ατμός εισέρχεται στον ατμοστρόβιλο (2) μέσω του αγωγού ατμού, που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει τη θερμική ενέργεια του ατμού σε μηχανική ενέργεια.

Όλα τα κινούμενα μέρη του στροβίλου συνδέονται άκαμπτα με τον άξονα και περιστρέφονται μαζί του. Στον στρόβιλο, η κινητική ενέργεια των πίδακων ατμού μεταφέρεται στον ρότορα ως εξής. Ατμός υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας, που έχει μεγάλη εσωτερική ενέργεια, από τον λέβητα εισέρχεται στα ακροφύσια (κανάλια) της τουρμπίνας. Ένας πίδακας ατμού με υψηλή ταχύτητα, συχνά υψηλότερη από την ταχύτητα του ήχου, ρέει συνεχώς έξω από τα ακροφύσια και εισέρχεται στα πτερύγια του στροβίλου που είναι τοποθετημένα σε ένα δίσκο άκαμπτα συνδεδεμένο με τον άξονα. Σε αυτή την περίπτωση, η μηχανική ενέργεια της ροής ατμού μετατρέπεται στη μηχανική ενέργεια του ρότορα του στροβίλου ή, πιο συγκεκριμένα, στη μηχανική ενέργεια του ρότορα της γεννήτριας στροβίλου, αφού οι άξονες του στροβίλου και της ηλεκτρικής γεννήτριας (3) διασυνδέονται. Σε μια ηλεκτρική γεννήτρια, η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Μετά τον ατμοστρόβιλο, υδρατμοί, που έχουν ήδη χαμηλή πίεση και θερμοκρασία, εισέρχονται στον συμπυκνωτή (4). Εδώ, ο ατμός μετατρέπεται σε νερό μέσω του νερού ψύξης που αντλείται μέσω των σωλήνων που βρίσκονται μέσα στον συμπυκνωτή, το οποίο τροφοδοτείται από την αντλία συμπυκνώματος (5) μέσω των αναγεννητικών θερμαντήρων (6) στον απαερωτή (7).

Ο απαερωτήρας χρησιμεύει για την αφαίρεση αερίων που είναι διαλυμένα σε αυτόν από το νερό. Ταυτόχρονα, σε αυτό, καθώς και σε θερμαντήρες αναγέννησης, το νερό τροφοδοσίας θερμαίνεται με ατμό που λαμβάνεται για το σκοπό αυτό από την εξαγωγή του στροβίλου. Η απαέρωση πραγματοποιείται για να φέρει το περιεχόμενο σε οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα σε αποδεκτές τιμές και έτσι να μειωθεί ο ρυθμός διάβρωσης στις διαδρομές νερού και ατμού.

Το απαερωμένο νερό τροφοδοτείται από την αντλία τροφοδοσίας (8) μέσω των θερμαντήρων (9) στη μονάδα του λέβητα. Το θερμαντικό συμπύκνωμα ατμού που σχηματίζεται στους θερμαντήρες (9) διοχετεύεται στον απαερωτή και το θερμαντικό συμπύκνωμα ατμού των θερμαντήρων (6) τροφοδοτείται από την αντλία αποστράγγισης (10) στη γραμμή μέσω της οποίας ρέει το συμπύκνωμα από τον συμπυκνωτή (4). ) .

Η δυσκολότερη από τεχνική άποψη είναι η οργάνωση της λειτουργίας θερμοηλεκτρικών σταθμών με καύση άνθρακα. Ταυτόχρονα, το μερίδιο τέτοιων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στον εγχώριο ενεργειακό τομέα είναι υψηλό (~30%) και σχεδιάζεται να αυξηθεί (Παράρτημα Δ).

Το καύσιμο στα σιδηροδρομικά βαγόνια (1) πηγαίνει στις συσκευές εκφόρτωσης (2), από όπου αποστέλλεται στην αποθήκη (3) με τη βοήθεια ιμάντα μεταφοράς (4), από την αποθήκη το καύσιμο τροφοδοτείται στη μονάδα σύνθλιψης ( 5). Είναι δυνατή η παροχή καυσίμου στο εργοστάσιο σύνθλιψης και απευθείας από τις συσκευές εκφόρτωσης. Από το εργοστάσιο σύνθλιψης, το καύσιμο εισέρχεται στην αποθήκη ακατέργαστου άνθρακα (6) και από εκεί μέσω των τροφοδοτικών στους μύλους κονιοποιημένου άνθρακα (7). Ο κονιοποιημένος άνθρακας μεταφέρεται πνευματικά μέσω του διαχωριστή (8) και του κυκλώνα (9) στον κάδο κονιοποιημένου άνθρακα (10) και από εκεί από τους τροφοδότες (11) στους καυστήρες. Ο αέρας από τον κυκλώνα αναρροφάται από τον ανεμιστήρα του μύλου (12) και τροφοδοτείται στον θάλαμο καύσης του λέβητα (13).

Τα αέρια που σχηματίζονται κατά την καύση στον θάλαμο καύσης, αφού φύγουν από αυτόν, περνούν διαδοχικά μέσα από τους αγωγούς αερίων της μονάδας του λέβητα, όπου στον υπερθερμαντήρα (πρωτεύον και δευτερεύον, εάν πραγματοποιηθεί κύκλος με αναθέρμανση ατμού) και τον εξοικονομητή νερού, εκπέμπουν θερμότητα στο ρευστό εργασίας και στον θερμαντήρα αέρα - τροφοδοτείται στον λέβητα ατμού. Στη συνέχεια, στους συλλέκτες τέφρας (15), τα αέρια καθαρίζονται από την ιπτάμενη τέφρα και μέσω της καμινάδας (17) εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα με απαγωγείς καπνού (16).

Η σκωρία και η τέφρα που πέφτουν κάτω από τον θάλαμο καύσης, τον θερμαντήρα αέρα και τους συλλέκτες τέφρας ξεπλένονται με νερό και τροφοδοτούνται μέσω των καναλιών στις αντλίες bager (33), οι οποίες τις αντλούν στις χωματερές τέφρας.

Ο αέρας που απαιτείται για την καύση τροφοδοτείται στους θερμαντήρες αέρα του λέβητα ατμού από έναν ανεμιστήρα ρεύματος (14). Ο αέρας λαμβάνεται συνήθως από το πάνω μέρος του λεβητοστασίου και (για ατμολέβητες υψηλής χωρητικότητας) από το εξωτερικό του λεβητοστασίου.

Ο υπέρθερμος ατμός από τον λέβητα ατμού (13) πηγαίνει στον στρόβιλο (22).

Το συμπύκνωμα από τον συμπυκνωτή στροβίλου (23) τροφοδοτείται από αντλίες συμπυκνώματος (24) μέσω των αναγεννητικών θερμαντήρων χαμηλής πίεσης (18) στον απαερωτή (20) και από εκεί από τις αντλίες τροφοδοσίας (21) μέσω των θερμαντήρων υψηλής πίεσης (19) ο εξοικονομητής του λέβητα.

Οι απώλειες ατμού και συμπυκνώματος αναπληρώνονται σε αυτό το σχήμα με χημικά απιονισμένο νερό, το οποίο τροφοδοτείται στη γραμμή συμπυκνώματος πίσω από τον συμπυκνωτή του στροβίλου.

Το νερό ψύξης τροφοδοτείται στον συμπυκνωτή από το φρεάτιο εισαγωγής (26) της παροχής νερού με αντλίες κυκλοφορίας (25). Το θερμαινόμενο νερό απορρίπτεται σε πηγάδι απορριμμάτων (27) της ίδιας πηγής σε μια ορισμένη απόσταση από το σημείο εισαγωγής, επαρκή ώστε το θερμαινόμενο νερό να μην αναμιγνύεται με το νερό που λαμβάνεται. Οι συσκευές για τη χημική επεξεργασία του νερού μακιγιάζ βρίσκονται στο χημικό κατάστημα (28).

Τα σχέδια μπορεί να περιλαμβάνουν μια μικρή μονάδα θέρμανσης δικτύου για τη θέρμανση του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής και του παρακείμενου χωριού. Ο ατμός τροφοδοτείται στους θερμαντήρες δικτύου (29) αυτής της μονάδας από τις εξαγωγές του στροβίλου, το συμπύκνωμα εκκενώνεται μέσω της γραμμής (31). Το νερό του δικτύου παρέχεται στον θερμαντήρα και απομακρύνεται από αυτόν μέσω αγωγών (30).

Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια εκτρέπεται από την ηλεκτρική γεννήτρια σε εξωτερικούς καταναλωτές μέσω ενισχυμένων ηλεκτρικών μετασχηματιστών.

Για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε ηλεκτρικούς κινητήρες, συσκευές φωτισμού και συσκευές ηλεκτροπαραγωγής, υπάρχει ένας βοηθητικός ηλεκτρικός διακόπτης (32) .

Μια μονάδα συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP) είναι ένας τύπος θερμοηλεκτρικού σταθμού που παράγει όχι μόνο ηλεκτρική ενέργεια, αλλά είναι επίσης πηγή θερμικής ενέργειας σε κεντρικά συστήματα παροχής θερμότητας (με τη μορφή ατμού και ζεστού νερού, συμπεριλαμβανομένης της παροχής ζεστού νερού και θέρμανση οικιστικών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων). Η κύρια διαφορά του ΣΗΘ είναι η ικανότητα να αφαιρεί μέρος της θερμικής ενέργειας του ατμού αφού έχει παραγάγει ηλεκτρική ενέργεια. Ανάλογα με τον τύπο του ατμοστρόβιλου, υπάρχουν διάφορες εξαγωγές ατμού που επιτρέπουν την εξαγωγή ατμού με διαφορετικές παραμέτρους από αυτόν. Οι στρόβιλοι CHP σάς επιτρέπουν να προσαρμόσετε την ποσότητα του εξαγόμενου ατμού. Ο εξαγόμενος ατμός συμπυκνώνεται στους θερμαντήρες δικτύου και μεταφέρει την ενέργειά του στο νερό του δικτύου, το οποίο αποστέλλεται σε λέβητες ζεστού νερού αιχμής και σημεία θέρμανσης. Στο CHPP, είναι δυνατό να μπλοκάρετε τις εξαγωγές θερμικού ατμού. Αυτό καθιστά δυνατή τη λειτουργία του CHPP σύμφωνα με δύο προγράμματα φόρτωσης:

ηλεκτρικό - το ηλεκτρικό φορτίο δεν εξαρτάται από το θερμικό φορτίο ή δεν υπάρχει καθόλου θερμικό φορτίο (προτεραιότητα είναι το ηλεκτρικό φορτίο).

Κατά την κατασκευή ενός ΣΗΘ, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη η εγγύτητα των καταναλωτών θερμότητας με τη μορφή ζεστού νερού και ατμού, καθώς η μεταφορά θερμότητας σε μεγάλες αποστάσεις δεν είναι οικονομικά εφικτή.

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν στερεά, υγρά ή αέρια καύσιμα. Λόγω της μεγαλύτερης εγγύτητας των θερμοηλεκτρικών σταθμών σε κατοικημένες περιοχές, χρησιμοποιούν πιο πολύτιμα, λιγότερο ρυπογόνα καύσιμα με στερεές εκπομπές - μαζούτ και αέριο. Για την προστασία της ατμοσφαιρικής λεκάνης από τη ρύπανση από στερεά σωματίδια, χρησιμοποιούνται συλλέκτες τέφρας, για τη διασπορά στερεών σωματιδίων, οξειδίων του θείου και του αζώτου στην ατμόσφαιρα, κατασκευάζονται καμινάδες ύψους έως 200–250 m. Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί που κατασκευάζονται κοντά σε καταναλωτές θερμότητας συνήθως διαχωρίζονται από πηγές ύδρευσης σε μεγάλη απόσταση. Ως εκ τούτου, οι περισσότεροι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν σύστημα κυκλοφορίας νερού με τεχνητούς ψύκτες - πύργους ψύξης. Η παροχή νερού απευθείας ροής στις μονάδες ΣΗΘ είναι σπάνια.

Στις μονάδες ΣΗΘ αεριοστροβίλων, οι αεριοστρόβιλοι χρησιμοποιούνται για την κίνηση ηλεκτρικών γεννητριών. Η παροχή θερμότητας στους καταναλωτές πραγματοποιείται λόγω της θερμότητας που λαμβάνεται από την ψύξη του αέρα που συμπιέζεται από τους συμπιεστές του εργοστασίου αεριοστροβίλου και της θερμότητας των αερίων που εξαντλούνται στον στρόβιλο. Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής συνδυασμένου κύκλου (εξοπλισμένοι με ατμοστρόβιλους και μονάδες αεριοστροβίλου) και πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως ΣΗΘ.

CHP - ο κύριος κρίκος παραγωγής στο σύστημα τηλεθέρμανσης (Παράρτημα Δ, Ε).

Σκοπός θερμοηλεκτρικού σταθμούείναι η μετατροπή της χημικής ενέργειας του καυσίμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Δεδομένου ότι είναι πρακτικά αδύνατο να πραγματοποιηθεί ένας τέτοιος μετασχηματισμός απευθείας, είναι απαραίτητο πρώτα να μετατραπεί η χημική ενέργεια του καυσίμου σε θερμότητα, η οποία παράγεται με την καύση του καυσίμου, στη συνέχεια να μετατραπεί η θερμότητα σε μηχανική ενέργεια και, τέλος, να μετατρέπουν αυτό το τελευταίο σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει το απλούστερο διάγραμμα του θερμικού τμήματος ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, που συχνά αναφέρεται ως ατμοηλεκτρικός σταθμός. Η καύση του καυσίμου γίνεται σε θάλαμο πυρκαγιάς. Όπου . Η θερμότητα που προκύπτει μεταφέρεται στο νερό του λέβητα ατμού. Ως αποτέλεσμα, το νερό θερμαίνεται και στη συνέχεια εξατμίζεται, σχηματίζοντας τον λεγόμενο κορεσμένο ατμό, δηλαδή ατμό που έχει την ίδια θερμοκρασία με το βραστό νερό. Περαιτέρω, παρέχεται θερμότητα στον κορεσμένο ατμό, ως αποτέλεσμα του οποίου σχηματίζεται υπέρθερμος ατμός, δηλαδή ατμός που έχει υψηλότερη θερμοκρασία από το νερό που εξατμίζεται στην ίδια πίεση. Ο υπέρθερμος ατμός λαμβάνεται από κορεσμένο ατμό σε έναν υπερθερμαντήρα, στις περισσότερες περιπτώσεις, ο οποίος είναι ένα πηνίο από χαλύβδινους σωλήνες. Ο ατμός κινείται μέσα στους σωλήνες, ενώ εξωτερικά το πηνίο πλένεται από θερμά αέρια.

Εάν η πίεση στο λέβητα ήταν ίση με την ατμοσφαιρική πίεση, τότε το νερό θα έπρεπε να θερμανθεί σε θερμοκρασία 100 ° C. με περαιτέρω εισροή θερμότητας, θα άρχιζε να εξατμίζεται γρήγορα. Ο προκύπτων κορεσμένος ατμός θα έχει επίσης θερμοκρασία 100 ° C. Σε ατμοσφαιρική πίεση, ο ατμός θα υπερθερμανθεί εάν η θερμοκρασία του είναι πάνω από 100 ° C. Εάν η πίεση στο λέβητα είναι υψηλότερη από την ατμοσφαιρική, τότε ο κορεσμένος ατμός έχει θερμοκρασία πάνω από 100 ° C. Η θερμοκρασία του κορεσμένου όσο μεγαλύτερη είναι η τάση ατμών, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση. Επί του παρόντος, οι λέβητες ατμού με πίεση κοντά στην ατμοσφαιρική δεν χρησιμοποιούνται καθόλου στον ενεργειακό τομέα. Πολύ πιο συμφέρουσα είναι η χρήση ατμολεβήτων σχεδιασμένων για πολύ υψηλότερη πίεση, της τάξης των 100 ατμοσφαιρών και άνω. Η θερμοκρασία του κορεσμένου ατμού σε αυτή την περίπτωση είναι 310 ° C ή περισσότερο.

Από τον υπερθερμαντήρα, οι υπερθερμασμένοι υδρατμοί τροφοδοτούνται μέσω ενός χαλύβδινου αγωγού σε έναν θερμικό κινητήρα, πιο συχνά -. Στις υπάρχουσες ατμοηλεκτρικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής, άλλοι κινητήρες δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ. Οι υπερθερμασμένοι υδρατμοί που εισέρχονται στη θερμική μηχανή περιέχουν μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα της καύσης του καυσίμου. Το καθήκον μιας θερμικής μηχανής είναι να μετατρέπει τη θερμική ενέργεια του ατμού σε μηχανική ενέργεια.

Η πίεση και η θερμοκρασία του ατμού στην είσοδο στον τουρμπίνα ατμού, που συνήθως αναφέρεται ως , είναι πολύ υψηλότερη από την πίεση και τη θερμοκρασία του ατμού στην έξοδο του στροβίλου. Η πίεση και η θερμοκρασία του ατμού στην έξοδο του ατμοστρόβιλου, ίση με την πίεση και τη θερμοκρασία στον συμπυκνωτή, ονομάζονται συνήθως. Επί του παρόντος, όπως ήδη αναφέρθηκε, χρησιμοποιείται ατμός πολύ υψηλών αρχικών παραμέτρων στην ενεργειακή βιομηχανία, με πίεση έως 300 ατμόσφαιρες και θερμοκρασία έως 600 ° C. Οι τελικές παράμετροι, αντίθετα, επιλέγονται χαμηλά: πίεση περίπου 0,04 ατμόσφαιρες, δηλαδή 25 φορές μικρότερη από την ατμοσφαιρική, και η θερμοκρασία είναι περίπου 30 ° C, δηλαδή κοντά στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Καθώς ο ατμός διαστέλλεται στον στρόβιλο, λόγω μείωσης της πίεσης και της θερμοκρασίας του ατμού, η ποσότητα της θερμικής ενέργειας που περιέχεται σε αυτόν μειώνεται κατά πολύ. Δεδομένου ότι η διαδικασία διαστολής του ατμού συμβαίνει πολύ γρήγορα, δεν υπάρχει χρόνος για οποιαδήποτε σημαντική μεταφορά θερμότητας από τον ατμό στο περιβάλλον σε αυτό το πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Πού πηγαίνει η υπερβολική θερμική ενέργεια; Είναι γνωστό, άλλωστε, ότι σύμφωνα με τον βασικό νόμο της φύσης -τον νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας- είναι αδύνατο να καταστραφεί ή να αποκτηθεί «από το τίποτα» οποιαδήποτε, έστω και η μικρότερη, ποσότητα ενέργειας. Η ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί μόνο από τη μια μορφή στην άλλη. Προφανώς, και σε αυτήν την περίπτωση έχουμε να κάνουμε με αυτό το είδος ενεργειακού μετασχηματισμού. Το πλεόνασμα θερμικής ενέργειας που περιείχε προηγουμένως ο ατμός έχει μετατραπεί σε μηχανική ενέργεια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την κρίση μας.

Πώς λειτουργεί ένας ατμοστρόβιλος περιγράφεται στο άρθρο σχετικά.

Εδώ θα πούμε μόνο ότι ο πίδακας ατμού που εισέρχεται στα πτερύγια του στροβίλου έχει πολύ υψηλή ταχύτητα, που συχνά υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου. Ο πίδακας ατμού περιστρέφει τον δίσκο του ατμοστρόβιλου και τον άξονα στον οποίο είναι τοποθετημένος ο δίσκος. Ο άξονας του στροβίλου μπορεί να συνδεθεί, για παράδειγμα, με μια ηλεκτρική μηχανή - μια γεννήτρια. Το καθήκον της γεννήτριας είναι να μετατρέψει τη μηχανική ενέργεια της περιστροφής του άξονα σε ηλεκτρική ενέργεια. Έτσι, η χημική ενέργεια του καυσίμου στον ατμοηλεκτρικό σταθμό μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια και περαιτέρω σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία μπορεί να αποθηκευτεί σε ένα UPS AC.

Ο ατμός που έχει κάνει δουλειά στον κινητήρα μπαίνει στον συμπυκνωτή. Το νερό ψύξης αντλείται συνεχώς μέσω των σωλήνων του συμπυκνωτή, που συνήθως λαμβάνεται από κάποια φυσική δεξαμενή: ποτάμια, λίμνες, θάλασσες. Το νερό ψύξης παίρνει θερμότητα από τον ατμό που εισέρχεται στον συμπυκνωτή, με αποτέλεσμα ο ατμός να συμπυκνώνεται, δηλαδή να μετατρέπεται σε νερό. Το νερό που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης αντλείται στον λέβητα ατμού, στον οποίο εξατμίζεται ξανά και η όλη διαδικασία επαναλαμβάνεται εκ νέου.

Αυτή είναι, καταρχήν, η λειτουργία του ατμοηλεκτρικού σταθμού ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού. Όπως μπορείτε να δείτε, ο ατμός χρησιμεύει ως ενδιάμεσος, το λεγόμενο ρευστό εργασίας, με τη βοήθεια του οποίου η χημική ενέργεια του καυσίμου, που μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια.

Δεν πρέπει να πιστεύουμε, φυσικά, ότι η συσκευή ενός σύγχρονου, ισχυρού, ατμολέβητα ή θερμικής μηχανής είναι τόσο απλή όσο φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Αντίθετα, ο λέβητας και ο στρόβιλος, που είναι τα σημαντικότερα στοιχεία μιας ατμοηλεκτρικής μονάδας, έχουν πολύ περίπλοκη δομή.

Αρχίζουμε τώρα να εξηγούμε το έργο.

Τα πτερύγια των πτερυγίων είναι καθαρά ορατά σε αυτόν τον ατμοστρόβιλο.

Ένας θερμοηλεκτρικός σταθμός (CHP) χρησιμοποιεί την ενέργεια που απελευθερώνεται από την καύση ορυκτών καυσίμων - άνθρακα, πετρέλαιο και φυσικό αέριο - για να μετατρέψει το νερό σε ατμό υψηλής πίεσης. Αυτός ο ατμός, ο οποίος έχει πίεση περίπου 240 κιλά ανά τετραγωνικό εκατοστό και θερμοκρασία 524°C (1000°F), κινεί έναν στρόβιλο. Ο στρόβιλος περιστρέφει έναν τεράστιο μαγνήτη μέσα σε μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Οι σύγχρονοι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί μετατρέπουν περίπου το 40 τοις εκατό της θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου σε ηλεκτρική ενέργεια, ενώ το υπόλοιπο απορρίπτεται στο περιβάλλον. Στην Ευρώπη, πολλοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν την απορριπτόμενη θερμότητα για να θερμάνουν κοντινά σπίτια και επιχειρήσεις. Η συνδυασμένη παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει την ενεργειακή απόδοση του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής έως και 80 τοις εκατό.

Εργοστάσιο ατμοστροβίλου με ηλεκτρική γεννήτρια

Ένας τυπικός ατμοστρόβιλος περιέχει δύο σετ πτερυγίων. Ο ατμός υψηλής πίεσης που προέρχεται απευθείας από τον λέβητα εισέρχεται στη διαδρομή ροής του στροβίλου και περιστρέφει τις φτερωτές με την πρώτη ομάδα πτερυγίων. Στη συνέχεια, ο ατμός θερμαίνεται στον υπερθερμαντήρα και εισέρχεται ξανά στη διαδρομή ροής του στροβίλου για να περιστρέψει τις φτερωτές με τη δεύτερη ομάδα πτερυγίων, που λειτουργούν με χαμηλότερη πίεση ατμού.

Τομή

Μια τυπική γεννήτρια σε ένα θερμοηλεκτρικό εργοστάσιο (CHP) κινείται απευθείας από έναν ατμοστρόβιλο που περιστρέφεται με 3.000 στροφές ανά λεπτό. Σε γεννήτριες αυτού του τύπου, ο μαγνήτης, που ονομάζεται επίσης ρότορας, περιστρέφεται και οι περιελίξεις (στάτορας) είναι ακίνητες. Το σύστημα ψύξης αποτρέπει την υπερθέρμανση της γεννήτριας.

Παραγωγή ενέργειας ατμού

Σε ένα θερμοηλεκτρικό εργοστάσιο, το καύσιμο καίγεται σε ένα λέβητα για να σχηματιστεί μια φλόγα υψηλής θερμοκρασίας. Το νερό περνά μέσα από τους σωλήνες μέσα από τη φλόγα, θερμαίνεται και μετατρέπεται σε ατμό υψηλής πίεσης. Ο ατμός οδηγεί τον στρόβιλο, παράγοντας μηχανική ενέργεια, την οποία η γεννήτρια μετατρέπει σε ηλεκτρική. Μετά την έξοδο από τον στρόβιλο, ο ατμός εισέρχεται στον συμπυκνωτή, όπου πλένει τους σωλήνες με κρύο τρεχούμενο νερό και ως αποτέλεσμα μετατρέπεται ξανά σε υγρό.

Λέβητας πετρελαίου, άνθρακα ή αερίου

Μέσα στο λέβητα

Ο λέβητας είναι γεμάτος με περίπλοκα καμπυλωτούς σωλήνες μέσα από τους οποίους διέρχεται θερμαινόμενο νερό. Η περίπλοκη διαμόρφωση των σωλήνων σας επιτρέπει να αυξήσετε σημαντικά την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο νερό και, λόγω αυτού, να παράγετε πολύ περισσότερο ατμό.