Наверняка большая часть нашей аудитории – инженеры, тесно связанные с автоматизацией производств, в том числе котельных, тепловых и атомных электростанций. Однако, найдутся читатели, профессиональная деятельность которых никак не связана с энергетикой, и уж тем более с автоматизацией в ней. Мне кажется, этой части людей будет весьма интересно узнать, что такое тепловая электростанция, откуда в наших домах берется горячая вода, тепло и электричество.
Мы решили запустить целый цикл познавательных статей об энергетике, в которых постараемся максимально просто, кратко и интересно рассказать о базовых «энергетических понятиях». Начнем с главного – тепловых электростанций.
1. Виды электростанций
В настоящее время в России львиную долю по количеству вырабатываемой электроэнергии занимают тепловые и атомные электростанции. В данной статье мы поговорим о первых.
Тепловые электростанции по виду отпускаемой энергии делятся на два основных типа: конденсационные (КЭС), которые предназначены только для выработки электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят как электрическую, так и тепловую энергию в виде горячей воды и пара для производственных и собственных нужд. КЭС в основном располагаются рядом с местами добычи топлива, на котором они работают. ТЭЦ же стараются располагать в относительной близости к потребителям тепла – промышленным предприятиям и населенным пунктам.
2. ТЭЦ МЭИ
Тепловые электростанции вырабатывают электрическую энергию путем сжигания топлива (газ, мазут, уголь, сланцы и т.д.). Топливо сгорает и нагревает воду в котле, превращая ее в пар. Пар, в свою очередь, поступает в турбину, где его потенциальная энергия преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбина же связана с генератором, который преобразует механическую энергию вращения ротора турбины в электрическую.
В качестве примера предлагаю рассмотреть ТЭЦ МЭИ. Это необычная учебно-экспериментальная электростанция, которая является обособленным структурным подразделением Национального исследовательского университета «МЭИ».
ТЭЦ МЭИ является промышленной электростанцией небольшой мощности, предназначенной для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Электроэнергия мощностью 6 МВт передается в энергокольцо, а теплота в виде горячей воды поступает в четвертый участок теплосети. Кроме того, ТЭЦ обеспечивает паром, горячей водой и электроэнергией экспериментальные установки ряда кафедр института. На действующем оборудовании ТЭЦ, стендах и моделях кафедр проводятся научно-исследовательские работы по более чем 30 темам одновременно.
В настоящее время в котельном отделении в работе остался только один котел мощностью 6 МВт (котел №2). Котел № 2 – барабанный типа БМ-35 РФ паропроизводительностью 55 т/ч. Номинальные параметры пара котла: давление – 4 МПа; температура перегретого пара – 440 ⁰ С; топливо – природный газ.
В турбинном отделении установлена турбина – конденсационная с регулируемым производственным отбором пара давлением 0,5 МПа, используемым для теплофикации. Турбина №1 типа П-6-35/5 мощностью 6 МВт. Ротор турбины №2 в 2015 году демонтирован и установлен в качестве монумента в честь 95-летия ГОЭЛРО у главного здания института.
3. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ МЭИ
Связь между основными агрегатами и аппаратами электростанции приведена на рис. 1, где показана принципиальная тепловая схема ТЭЦ в принятом в теплоэнергетике условном изображении основных элементов. Для упрощения и наглядности схемы на ней можно не показывать однотипное оборудование, что позволяет легче прослеживать взаимодействие основных агрегатов станции.
На принципиальной схеме обычно в левом верхнем углу (рис. 1) размещается парогенератор (котельный агрегат), от которого перегретый пар направляется в турбогенератор, где пар последовательно расширяется в рабочих ступенях и передает энергию генератору, вырабатывающему электрический ток, направляемый в сеть Мосэнерго. Отработанный в турбине пар поступает в конденсатор турбины (холодный источник цикла Ренкина), где пар отдает тепло охлаждающей воде и конденсируется полностью.
Конденсат конденсатным насосом прокачивается через подогреватель эжекторов, сальниковый подогреватель и регенеративный подогреватель низкого давления и попадает в деаэратор, где очищается от кислорода за счет термической деаэрации. После деаэратора смесь конденсата и химически очищенной воды подается к питательному насосу, который подает питательную воду при давлении рпв = 56 бар через подогреватель высокого давления к водяному экономайзеру котла, тем самым замыкается цикл Ренкина по рабочему телу.
Из промежуточной камеры отбора турбины при ротб = 5 бар забирается пар и направляется в подогреватель сетевой воды для внешнего отпуска потребителям тепла, а также часть потока этого же пара идет на подогреватель высокого давления и на деаэратор. Использование пара регулируемого отбора турбины как на цели внешнего отпуска тепла через сетевые подогреватели, так и на регенеративные подогреватели, является наиболее типичным для всех тепловых схем турбин с отборами пара.
Градирня предназначена для охлаждения циркуляционной воды, подаваемой циркуляционным насосом в конденсатор для конденсации пара после расширения его в части низкого давления турбины. В градирне происходит охлаждение циркуляционной воды за счет конвективного теплообмена с поступающим в башню градирни воздухом и, главным образом, за счет испарения воды с поверхности капель, получаемых путем распыления воды в центробежных форсунках.
В схеме показана система химводоочистки, обеспечивающая необходимое качество добавочной воды на питание котла в соответствии с нормами ПТЭ (Правила Технической Эксплуатации паротурбинных электростанций). На схеме показан паровой эжектор и его охладитель, необходимый для конденсации пара, поступающего к соплам эжектора для удаления воздуха из конденсатора турбины.
Вместе с тем на принципиальной схеме не показаны масло и воздухоохладители турбины, система использования непрерывной продувки парогенератора, система дренажей паропроводов и некоторые другие вспомогательные аппараты и агрегаты, необходимые для обеспечения нормальной работы основного оборудования электростанции.
4. Итоги
Из данной статьи мы узнали, какие бывают виды электростанций, чем отличаются КЭС от ТЭЦ. Узнали о существовании уникальной ТЭЦ МЭИ и ознакомились с ее принципиальной тепловой схемой. В следующих статьях под рубрикой «Как это работает» вас ждет:
· Пароводяной и газовоздушный тракты котла.
· Система регулирования котла.
· Конструкция и назначение деаэратора.
· Паротурбинная установка.
· Конденсационная установка турбины и ее оборудование.
И многое другое.
Расскажите, в какой сфере вы трудитесь? Если вы энергетик, расскажите, с какими парогенераторами и турбинами вам приходилось работать. Нам интересно :)
Автор: Александр Шкарубин