Файл: Учебное пособие Введение в специальность(испр).doc

Тепловые электростанции являются основой электроснабжения страны. На долю ТЭС приходится в настоящее время около 80 % всей вырабатываемой электроэнергии России. Как было отмечено ранее, ТЭС включают конденсационные электростанции (КЭС), предназначенные только для выработки электроэнергии, а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые помимо электроэнергии обеспечивают потребителей паром и горячей водой.

Принципиальная тепловая схема КЭС, работающей на органическом топливе, представлена на рис. 2.5.

На этой схеме пар из котла 1 направляется по паропроводу в турбину 2, «сидящую» на одном валу с электрическим генератором 3. Отработавший пар в турбине конденсируется в конденсаторе 4, охлаждаемом циркулирующей в трубках технической водой. Конденсат турбины насосом 5 через регенеративные подогреватели 6 подается вновь в котел 1.

Кинетическая энергия пара приводит во вращение турбину, на одном валу с которой находится электрический генератор. Выработанная электрическая энергия отводится от этого генератора к внешним потребителям через повышающие трансформаторы.

Рис. 2.5. Принципиальная тепловая схема КЭС

Электростанции на органическом топливе в настоящее время используют перегретый пар. Температура перегрева выбирается в зависимости от конструкционных материалов, применяемых для изготовления пароперегревателей, паропроводов и некоторых элементов турбины. В настоящее время температура пара перед турбиной обычно принимается равной 540 °С при давлении пара перед турбиной до 23,5 МПа.

Паровые котлы и паровые турбины являются основными агрегатами тепловой электростанции.

Принципиальная схема газотурбинной установки

Простейшая газотурбинная установка (ГТУ) состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, которая служит для привода электрического генератора и компрессора (рис. 2.6).

Принцип работы ГТУ следующий: атмосферный воздух в компрессоре сжимается и под давлением поступает в камеру сгорания, куда подается также газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания направляются из камеры сгорания в газовую турбину, для которой они служат рабочим телом. Отработавшие в турбине продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.

Рис 2.6. Принципиальная схема гту

Большая часть мощности газовой турбины (до 65 %) передается электрическому генератору, остальная потребляется воздушным компрессором.

Газотурбинные установки имеют следующий принцип работы. Воздух из атмосферы поступает в компрессор низкого давления 4 и сжимается. Для снижения температуры воздуха используется воздухоохладитель 7. После этого для повышения давления воздух подается в компрессор высокого давления 1 и далее поступает в камеру сгорания 2, куда одновременно подводится топливо.

Большое количество воздуха в этой установке необходимо для снижения температуры продуктов сгорания до необходимых пределов, определяемых жаропрочностью лопаток турбины.

После камер сгорания 2 и 3 газы поступают в газовую турбину высокого и низкого давления 8 и 6. Там они, расширяясь, совершают работу, вращая вал турбины. На одном валу с турбиной низкого давления находится электрический генератор 5, вырабатывающий электрическую энергию.

Электростанции с ГТУ обладают следующими преимуществами:

1) за счет повышения средней температуры подвода тепла к турбине (температура газа на входе турбины находится в пределах 750 — 1500 °С) эти электростанции имеют повышенные значения КПД.

Благодаря тому, что в этих установках отсутствует необходимость передачи тепла сжигаемого топлива рабочему телу, которым являются сами продукты сгорания, отпадает нужда в парогенерирующих поверхностях нагрева, работающих при высоких температурах в парогенераторах;

2) электростанции с газотурбинными установками имеют более низкие удельные показатели стоимости по сравнению с обычными ТЭС за счет снижения габаритных размеров зданий станции и стоимости оборудования;

3) сроки строительства таких станций вдвое меньше, чем паротурбинных электростанций;

4) газотурбинные установки обладают повышенной эксплуатационной маневренностью. Благодаря этому имеется возможность быстрого пуска и подъема нагрузки на этих станциях. Поэтому ГТУ можно успешно использовать в пиковых режимах, а также в аварийных ситуациях в системе;

5) таким электростанциям нужно значительно меньшее количество охлаждающей воды.

В то же время электростанции с газотурбинными установками не получили широкого распространения в электроэнергетических системах, что объясняется некоторыми их недостатками:

1) тепловая экономичность ГТУ в настоящее время пока не велика и не превышает 33 %;

2) в настоящее время имеются ограниченные возможности повышения единичной мощности таких установок. Единичная мощность ГТУ составляет не более 100―150 МВт;

3) электростанции с ГТУ имеют повышенные расходы на собственные нужды, а также повышенные мощности вспомогательных механизмов.

В настоящее время ГТУ используются в пиковых и полупиковых режимах с временем работы 1000―1500 ч/год. ГТУ применяются на ТЭЦ, а также на металлургических и химических заводах в качестве дополнительного источника энергии.

Принципиальная схема парогазовых установок

Парогазовые электростанции представляют собой сочетание паровых и газовых турбин. Такое объединение позволяет снизить потери отработавшей теплоты газовых турбин или теплоты уходящих газов паровых котлов, что обеспечивает повышение КПД парогазовых установок (ПГУ) по сравнению с отдельно взятыми паротурбинными и газотурбинными установками.

В настоящее время различают парогазовые установки двух типов:

а) с высоконапорными котлами и со сбросом отработавших газов турбины в топочную камеру обычного котла;

б) с использованием теплоты отработавших газов турбины в котле.

Принципиальные схемы ПГУ этих двух типов представлены на рис. 2.7 и 2.8.

На рис. 2.7 представлена принципиальная схема ПГУ с высоконапорным паровым котлом (ВПГ) 1, в который подается вода и топливо, как и на обычной тепловой станции для производства пара. Пар высокого давления поступает в конденсационную турбину 5, на одном валу с которой находится генератор 8. Отработавший в турбине пар поступает сначала в конденсатор 6, а затем с помощью насоса 7 направляется снова в котел 1.

Рис 2.7. Принципиальная схема пгу с впг

В то же время образующиеся при сгорании топлива в котле газы, имеющие высокую температуру и давление, направляются в газовую турбину 2. На одном валу с ней находятся компрессор 3, как в обычной ГТУ, и другой электрический генератор 4. Компрессор предназначен для нагнетания воздуха в топочную камеру котла. Выхлопные газы турбины 2 подогревают также питательную воду котла.

Такая схема ПГУ обладает тем преимуществом, что в ней не требуется дымососа для удаления отходящих газов котла. Следует заметить, что функцию дутьевого вентилятора выполняет компрессор 3. КПД такой ПГУ может достигать 43 %.

На рис. 2.8 показана принципиальная схема другого типа ПГУ. В отличие от ПГУ, представленной на рис. 2.7, газ в турбину 2 поступает из камеры сгорания 9, а не из котла 1. Далее отработавшие в турбине 2 газы, насыщенные до 16―18 % кислородом благодаря наличию компрессора, поступают в котел 1.

Такая схема (рис. 2.8) обладает преимуществом перед рассмотренной выше ПГУ (рис. 2.7), так как в ней используется котел обычной конструкции с возможностью использования любого вида топлива, в том числе и твердого. В камере сгорания 3 при этом сжигается значительно меньше, чем в схеме ПГУ с высоконапорным паровым котлом, дорогостоящего в настоящее время газа или жидкого топлива.

Рис 2.8. Принципиальная схема пгу (сбросная схема)

Такое объединение двух установок (паровой и газовой) в общий парогазовый блок создает возможность получить также и более высокие маневренные качества по сравнению с обычной тепловой станцией.

Принципиальная схема атомных электростанций

По назначению и технологическому принципу действия атомные станции практически не отличаются от традиционных тепловых станций. Их существенное различие заключается, во-первых, в том, что на АЭС в отличие от ТЭС пар образуется не в котле, а в активной зоне реактора, а во-вторых, в том, что на АЭС используется ядерное топливо, в состав которого входят изотопы урана-235 (U-235) и урана-238 (U-238).

Особенностью технологического процесса на АЭС является также образование значительных количеств радиоактивных продуктов деления, в связи с чем атомные станции технически более сложны по сравнению с тепловыми станциями.

Схема АЭС может быть одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Принципиальные схемы АЭС

Одноконтурная схема (рис. 2.9,а) наиболее проста. Выделившееся в ядерном реакторе 1 вследствие цепной реакции деления ядер тяжелых элементов тепло переносится теплоносителем. Часто в качестве теплоносителя служит пар, который далее используется как на обычных паротурбинных электростанциях. Однако образующийся в реакторе пар радиоактивен. Поэтому для защиты персонала АЭС и окружающей среды большая часть оборудования должна иметь защиту от излучения.

По двух- и трехконтурной схемам (рис. 2.9,б и 2.9,в) отвод тепла из реактора осуществляется теплоносителем, который затем передает это тепло рабочей среде непосредственно (например, как в двухконтурной схеме через парогенератор 3) или через теплоноситель промежуточного контура (например, как в трехконтурной схеме между промежуточным теплообменником 2 и парогенератором 3). На рис. 2.9 цифрами 5, 6 и 7 обозначены конденсатор и насосы, выполняющие те же функции, что и на обычной ТЭС.

Ядерный реактор часто называют «сердцем» атомной электростанции. В настоящее время существует довольно много видов реакторов.

В зависимости от энергетического уровня нейтронов, под воздействием которых происходит деление ядерного топлива, АЭС можно разделить на две группы: