2. Принцип роботи ТЕС

Технологічна схема ТЕС (мал. 2.1.1) відображає склад та взаємозвязок її технологічних систем, загальну послідовність протікаючих в них процесів. До складу ТЕС входять: паливнегосподарство та система підготовки палива до спалювання; котельне обладнання - сукупність котла та допоміжного обладнання; установки водопідготовки та конденсато-очистки; система технічного водопостачання; система золошлаковидалення; електротехнічне господарство; система управління енергообладнанням.

Малюнок 2.1.1

Паливне господарство містить приймально-розвантажувальні прилади; транспортні механізми; паливні склади твердого та рідкого палива; прилади для попередньої підготовки палива (дробильні для вугілля). У склад мазутного господарства входять також насоси для перекачування мазуту та підігрівачі. Підготовка твердого палива до спалення складається з розмелу та сушіння його у пилоприготувальній установці, а підготовка мазуту полягає в його підігріві, очистці від механічних домішок, іноді в обробці спеціальними присадками. Підготовка газового палива зводиться в основному до регулювання тиску газу перед надходженням його до парогенератора. Необхідне для горіння палива повітря подається до котла дуттьовими вентиляторами. Продукти спалювання палива - димові гази - відсмоктуються димососами та відводяться через димові труби в атмосферу. Сукупність каналів (повітроводів і газоходів) та різних елементів обладнання, по яких проходять повітря та димові гази, утворюють газоповітряний тракт теплової електростанції. Димососи, які входять до його складу, димова труба та дуттьові вентилятори складають тягодуттьову установку.

В зоні горіння палива негорючі (мінеральні) домішки, які входять до його складу, зазнають фізико-хімічних перетворень та видаляються з котла частково у вигляді шлаку, а значна їх частина відноситься димовими газами у вигляді дрібних частинок золи. Для захисту тмосферного повітря від викидів золи перед димососами (для запобігання їх золового зносу) встановлюють золоуловлювачі. Шлак та уловлена зола видаляються звичайно гідравлічним способом за межі території електростанції на золовідвали. При спалюванні мазуту та газу золоуловлювачі не встановлюються.

При спалюванні палива хімічно звязана енергія перетворюється в теплову, утворені продукти спалювання, котрі у поверхнях нагріву котла віддають теплоту воді та парі, яка з неї утворюється. Сукупність обладнання, окремих його елементів, трубопроводів, по яких рухається вода та пара, утворює водопаровий тракт станції.

У котлі вода нагрівається до температури насичення, випаровується, а утворена з киплячої (котлової) води насичена пара перегрівається, і з котла перегріта пара (t~540°C) направляється по трубопроводах у турбіну, де її теплова енергія перетворюється в механічну (тиск 3,5-6,5 кПа), що передається валу турбіни. Відпрацьована в турбіні пара потрапляє до конденсатора, віддає теплоту охолоджувальній воді і конденсується.

На сучасних теплових електростанціях з агрегатами одиничної потужності 200 МВт та вище застосовують проміжний перегрів пари. В цьому випадку турбіна має дві частини: ступінь високого та ступінь низького тиску. Відпрацювавши у ступені високого тиску турбіни, пара направляється в проміжний перегрівник, де до нього додатково підводиться теплота. Далі пара знов повертається у турбіну, у частину низького тиску, а з неї потрапляє до конденсатора.

Проміжний підігрів пари підвищує ККД турбінної установки та підвищує надійність її роботи. З конденсатора конденсат відкачується конденсатним насосом та, пройшовши підігрівачі низького тиску (ПНТ), потрапляє у деаератор. Тут він нагрівається парою до температури насичення, при цьому з нього виділяються в атмосферу кисень та вуглекислота для захисту обладнання від корозії. З деаератора деаерована вода, що називається живильною водою, живильним насосом прокачується через підігрівачі високого тиску (ПВТ) і подається до котла.

Конденсат у ПНТ та деаераторі, а також живильна вода у ПВТ підігріваються парою, що відбирається у турбіни. Такий спосіб підігріву означає повернення (регенерацію) теплоти у цикл і називається регенеративним підігрівом. Завдяки йому зменшується надходження пари до конденсатора, а звідси і кількість теплоти, що передається охолоджувальній воді, що приводить до підвищення ККД паротурбінної установки. Сукупність елементів, що забезпечують конденсатори охолоджувальною водою, називають системою технічного водопостачання. До неї відносяться: джерело водопостачання (річка, водосховище, баштовий охолоджувач - градирня), циркуляційний насос, підвідні та відвідні водопроводи. У конденсаторі охолоджувальній воді передається близько 55% теплоти пари, що потрапляє і до турбіни; ця частина теплоти не використовується для виробництва електроенергії і марно втрачається. Ці втрати значно зменшуються, якщо відбирати з турбіни частково відпрацьовану пару в її теплоту та використовувати для технологічних потреб промислових підприємств або для підігріву води на опалення. Таким чином, станція стає теплоелектроцентраллю (ТЕЦ), що забезпечує комбіноване виробництво електричної та теплової енергії. На ТЕЦ встановлюються спеціальні турбіни з відбиранням пари - так звані теплофікаційні.

Конденсат пари, відданої тепловому споживачу, подається на ТЕЦ насосом зворотного конденсату.

На ТЕС існують внутрішні витрати конденсату та пари, обумовлені неповною герметичністю водопарового тракту, а також безповоротної витрати пари конденсату на технічні потреби станції. Вони складають невелику частку загальної витрати пари на турбіни (близько 1-1,5%).На ТЕЦ можуть бути також зовнішні витрати пари та конденсату, звязані з відпуском теплоти промисловим споживачам. В середньому вони дорівнюють 35-50 %. Внутрішні і зовнішні витрати пари та конденсату відновлюються попередньо відпрацьованою водою водопідготувальної установки. Таким чином, живильна вода котлів являє собою суміш турбінного конденсату та додаткової води. Електротехнічне господарство станції включає електричний генератор, трансформатор звязку, головний розподільний пристрій, систему електропостачання власних механізмів електростанції через трансформатор власних потреб.

Система управління енергообладнання на ТЕС виконує збір та обробку інформації про хід технологічного процесу і стан обладнання, автоматичне та дистанційне управління механізмами і регулювання основних процесів, автоматичний захист обладнання.

Термодинамічні основи роботи ТЕС: на паротурбінних електростанціях ротори електричних генераторів приводяться до обертання паровими турбінами, у яких теплова енергія пари перетворюється в кінетичну, що передається роторові турбіни. Таким чином, водяна пара є робочим тілом паротурбінної електростанції. Пара необхідних параметрів утворюється у котлі за рахунок теплоти, що виділяється при спалюванні органічного палива. Суттєвим є те, що теплові електростанції негативно впливають на навколишнє середовище. ТЕС, що використовують тверде паливо, викидають у атмосферу частину золи, яка не уловлюється, та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний ангідриди, окис азоту та окис вуглецю; при використанні органічного палива - природного газу - в атмосферу потрапляють токсичні окисли азоту та окис вуглецю, бензопірен.