Теплові паротурбінні електростанції. Визначення, схема, склад, принцип роботи та область використання.

Найбільшого розповсюдження в енергетиці України знайшли паротурбінні електростанції (конденсаційні та теплоелектроцентралі).

Решта ТЕС знайшли обмежене застосування.

Так, газотурбінні ТЕС використовуються, головним чином, як допоміжне джерело енергії для покриття її дефіциту в години пік або у випадках виникнення в енергомережі аварійної ситуації.

Дизельні ТЕС, як правило, малопотужні та використовуються або як пересувні у складі енергетичної установки транспортного засобу (судна – дизель-електрохід, дизель-електровоз), або як аварійні у складі АЕС.

Геотермальні ТЕС використовують глибинне тепло Землі. Нині практичного значення для України вони не мають.

Застосування ГеоТЕС має сенс у тих районах Землі, де внаслідок активної вулканічної діяльності функціонують природні джерела гарячої води.

Паротурбінні електростанції.

Розглянемо за допомогою технологічної схеми принцип роботи конденсаційної електростанції (мал.19)

Паливо в залізничних вагонах 1 надходить до розвантажувальних пристроїв 2, звідки за допомогою стрічкових транспортерів 4 направляється або на склад 3, або безпосередньо в дробильну установку 5. З дробильної установки  паливо надходить в бункер сирого вугілля 6, а звідти в пиловугільні млини 7. Вугільний пил пневматично транспортується через сепаратор 8 та циклон 9 в бункер вугільного пилу 10, а звідти живильниками 11 подається в котел до пальників. Повітря з вугільним пилом засмоктується з циклона млиновим вентилятором 12 та подається у топку котла 13. Повітря, яке необхідно для горіння, подається у повітропідігрівачі парового котла дуттєвим вентилятором 14. Повітря забирається або з верхньої частини котельної, або (при парових котлах великої продуктивності) зовні котельного відділення.

Гази, які утворюються при горінні вугільно-повітряної суміші у топці, після виходу з неї проходять послідовно газоходи котлоагрегату, де в пароперегрівачах (первинному та вторинному, якщо здійснюється цикл з проміжним перегрівом пари) та водяному економайзері віддають тепло робочому тілу (парі), а у повітропідігрівачі – повітрю, що подається в котел. Потім в золовловлювачах (електрофільтрах) 15 гази очищаються від летючої золи        й через димову трубу 17 за допомогою димососів 16 викидаються в атмосферу.

Шлак та зола, які випадають під топку, повітропідігрівачі та золовловлювачі, змиваються водою та по каналах відводяться до багерних насосів 33, які перекачують їх на золовідвали.

Перегріта пара від парового котла 13 направляється до парової турбіни 22, де її теплова енергія перетворюється на механічну роботу – обертання вала турбіни, а потім в електрогенераторах механічна енергія перетворюється в електричну. Вироблена електрична енергія відводиться від електрогенератора до зовнішніх споживачів через підвищувальні електричні трансформатори.

Конденсат з конденсатора турбіни 23 подається конденсат ними насосами 21 через регенеративні підігрівачі низького тиску 18 у деаератор 20, а звідти живильними насосами 21 через підігрівач високого тиску 19 до економайзера котла.

Втрати пари та конденсату поповнюються у даній схемі хімічно знесоленою водою, яка потрапляє у лінію конденсату за конденсатором турбіни. Пристрої хімічної обробки води знаходяться в хімічному цеху 28.

Охолоджувальна вода подається у конденсатор з приймального колодязя водопостачання 26 циркуляційними насосами 25. Підігріта вода відводиться у скидальний колодязь 27 того ж джерела на деякій відстані від місця прийому, достатній для того, щоб підігріта вода не домішувалась до приймальної.

В КЕС може бути передбачена невелика мережна підігрівальна установка для теплофікації електростанції та селища, що прилягає до неї. До мережних підігрівачів 29 цієї установки пара поступає від відборів турбіни, конденсат відводиться по лінії 31. Мережна вода підводиться до підігрівача та відводиться від нього по трубопроводах 30.

 Для забезпечення електроенергією електродвигунів, освітлювальних приладів та пристроїв електростанції використовується електричний розподільний пристрій власних потреб 32.

Слід відзначити, що основним елементом паротурбінної установки є парова турбіна, схема якої наведена на мал.21

Парова турбіна являє собою роторний тепловий двигун з безперервним робочим процесом. Вона має нерухомий корпус, в якому розміщено на підшипниках ротор. Ротор складається з вала з закріпленими на ньому дисками. На ободі дисків розміщено вінці робочих лопаток. В корпусі турбіни закріплені нерухомі діафрагми, в яких по колу розміщено соплові лопатки. В зібраному вигляді робочі диски та діафрагми чередуються вздовж вала турбіни. При цьому вінці робочих та соплових лопаток, розміщених по колу одного діаметра, утворюють канали для проходу пари через турбіну, кожна пара робочих і соплових лопаток складає ступінь турбіни.

Турбіна працює наступним чином. Пара з найвищими параметрами через вхідну камеру направляється в канали між сопловими лопатками, де вона розширюється і її потенційна теплова енергія перетворюється на кінетичну енергію потоку. В каналах між робочими лопатками потік пари обтікає криволінійний профіль лопаток і приводить до обертання ротор турбіни. Далі пара направляється до наступного ступеня і так послідовно розширюється від першого до останнього ступеня і через випускний патрубок покидає турбіну.

Для того, щоб наочно показати взаємний зв’язок основних елементів електростанції, напрямок, параметри та витрати потоків робочого тіла в вузлових точках схеми використовують так звані теплові схеми.

Тепловою схемою називають умовне позначення взаємного розташування агрегатів та апаратів електростанції, які беруть участь в технологічному процесі вироблення теплоти та електроенергії.

На тепловій схемі електростанції відображають:

1) основні апарати та агрегати (котел, парова турбіна, конденсатор, насос, генератор), які виробляють електричну енергію, потоки робочого тіла між ними;

2) схему регенеративного підігріву води;

3) схему видалення агресивних газів із потоків живильної, хімічно очищеної, мережної води та конденсату;

4) схему поповнення втрат робочого тіла в основному циклі та допоміжних установках для підтримування водяного режиму всієї електростанції та її окремих апаратів та агрегатів;

5) вибір кількості та параметрів теплоносія та оптимальної схеми відпуску тепла зовнішньому тепловому споживачу;

6) схему раціонального використання вторинних потоків пари, гарячої води, вторинних енергетичних ресурсів промислових об’єктів та самої електростанції.

Теплову схему, на якій знайшла відображення тільки частина перелічених вище позицій (головні позиції), називають принциповою тепловою схемою. Принципові теплові схеми КЕС, які працюють на органічному паливі, наведені на мал.22

Схему на мал.22 а називають схемою без проміжного перегріву пари (підведення тепла до циклу здійснюється тільки при генерації пари та перегріві її до обраної температури перегріву)

Схему на мал.22 б називають схемою з проміжним перегрівом пари (після того, як пара відпрацювала у турбіні високого тиску, вона подається знову в котел, перегрівається в ньому до потрібної температури і подається в турбіну середнього тиску).

Перегріта пара з найвищими параметрами (тиск та температура) спрямовується з котлоагрегату 1 до парової турбіни 2, в якій розширюється до кінцевого низького тиску (механічна енергія передається електрогенератору 3, де перетворюється на електричну). Відпрацьована пара спрямовується до конденсатору 4, де конденсується за рахунок охолодження технічною водою до кінцевої температури. Конденсат конденсатним насосом 5 через регенеративним підігрівач 6 (поверхневого типу) подається до деаератора 7 (підігрівач змішувального типу). Деаератор служить для вилучення із води розчинених в неї газів, одночасно в ньому живильна вода підігрівається парою шляхом змішування. Потім підігріта вода живильним насосом 8 через підігрівачі 9 (поверхневого типу) подається до котельної установки. Конденсат гріючої пари, який утворився в підігрівачі 9, перепускається у деаератор 7, а конденсат гріючої пари підігрівача 6 подається дренажним насосом 10 в лінію, по якій тече конденсат з конденсатора 4.

Сучасні КЕС складаються з окремих великих блоків. Нині знаходяться в експлуатації здебільшого блоки на 150 та 200 МВт, які працюють на початкових параметрах пари: тиск 12,7 МПа, температура 540 °С, а також блоки потужністю 300, 500, 800 та 1200 МВт, які мають параметри пари 23,5 МПа та 540 °С. Кінцевий тиск відпрацьованої пари – 0,0034 МПа (340 Па). Термічний ККД установки складає 0,42…0,46.