Теплові конденсаційні електростанції

КЕС будують по можливості ближче до місць видобутку палива, і в місцях зручних для водопостачання. Їх виконують із ряду блокових агрегатів (котел - турбогенератор - підвищувальний трансформатор) потужністю від 200 до 1200 МВт. Параметри пари для блоків 200 МВт такі: тиск 13 МПа, температура – 565⁰С; для блоків 1200 МВт відповідно 24 МПа й 540⁰С. Проектна потужність КЕС становить 2400 – 3800 МВт. Поряд із блоковими ЕС функціонують ЕС неблокового типу з параметрами пари 9 МПа, 500⁰С й одиничною потужністю 25-100 МВт.

Основні процеси теплового циклу відбуваються в таких елементах: парогенераторах - підведення тепла, перетворення води в пару; турбінах - розширення пари; конденсаторах - охолодження. За допомогою насосів високого тиску виконується стискання і нагнітання конденсату в парогенератор.

Рис. 2.2 – Структурна схема КЕС

Пару для турбіни одержують у парогенераторі. Сучасний парогенератор є складною технічною спорудою висотою приблизно з п'ятиповерховий будинок. У топці спалюється нафта, газ або подрібнене у пил вугілля. Сюди ж подається підігріте повітря. Вода, що подається в парогенератор, проходить спеціальну підготовку: очищення, пом'якшення. Вміст домішок в такій воді менший ніж у питній. Отримана у парогенераторах пара перегрівається й подається по паропроводах у турбіни. Для найбільш економічної роботи турбіни необхідна частота обертання ротора 20 000 – 30 000 об./хв., але при цьому виникають величезні сили, що діють на обертові частини. Для зменшення зусиль швидкість обертання знижують шляхом використання багатоступінчастих турбін до величини 3000 об./хв.

Пара, яка виходить з турбіни направляється для охолодження й конденсації в конденсатори, які становлять собою циліндричний корпус, усередині якого є велика кількість латунних трубок. По трубках протікає охолоджувальна вода, звичайно при t = 10 - 15⁰С, а вихідна вода має t = 20-25⁰С. Пара обтікає трубки зверху вниз, конденсується й знизу видаляється. Тиск у конденсаторі знаходиться в межах 3 - 4 кПа, що досягається за рахунок охолодження пари. Витрата охолодної води становить приблизно 50 – 100 кг на 1 кг пари. Якщо вода для охолодження пари забирається з ріки й скидається знову в ріку, то таку систему називають прямоточною. Якщо води в ріці не вистачає, споруджують ставок. З однієї сторони ставка вода подається в конденсатор, а з іншого боку - скидається нагріта.

У замкнутих циклах водопостачання для охолодження води споруджують градирні. У них вода витікає струмками з отворів лотків, розприскується й, стікаючи вниз, охолоджується.

Витрата палива на 1 кВт × год. для блокових станцій становить 315-335 грам, для неблокових від 400 до 600 грам. Коефіцієнт корисної дії КЕС становить 30 - 40%. Найбільше втрачається тепла в конденсаторі; з охолоджуючою водою видаляється близько 55-60% тепла.

Особливістю роботи КЕС є те, що вони розраховані на базисний режим роботи з обмеженими можливостями регулювання, мають недостатні можливості маневру: підготовка до пуску, розворот, синхронізація вимагають 3-6 годин. У той же час робота блоків в Україні характеризується частими пусками й зупинками. Кількість пусків окремих блоків на ТЕС за рік досягає 300.

Найбільшими ТЕС в Україні є: Запорізька - 3600МВт (3×800+4×300); Вуглегірська – 3600 МВт (3×800+4×100); Криворізька – 2820 МВт (10×282); Бурштинська – 2300 МВт (8×195+4×185); Зміївська – 2150 МВт (4×275+6×175).

Теплоелектроцентралі

Виробництво електричної енергії на КЕС пов'язане з великими втратами тепла. У той же час багатьом галузям промисловості необхідне тепло для технологічних цілей. Тепло також необхідно для опалення будинків. У цих умовах доцільно використати енергію відпрацьованої пари для теплофікації. ЕС, які виконують функції виробництва електроенергії й теплофікації називаються ТЕЦ. Звичайно ТЕЦ будують поблизу від споживачів тепла, паливо при цьому використається привізне. Радіус дії ТЕЦ по технологічній парі становить 1-2 км, а по гарячій воді 5 – 8 км.

На ТЕЦ використовуються спеціальні турбіни із проміжним відбором пари. Частина пари, що залишилася, йде на конденсатор.

Технологічна схема ТЕЦ показана на рис. 2.3.

Питома витрата палива на ТЕЦ залежить від режиму її роботи. Найбільш економічно ТЕЦ працюють при навантаженні, що відповідає тепловому споживанню й мінімальному пропуску пари на ступені низького тиску турбіни й у конденсатор. При роботі ТЕЦ за електричним графіком економічність знижується. Питома витрата палива, при роботі за тепловим графіком, дорівнює 146 - 228 г/ кВт × год., а при конденсаційному – 278 - 406 г/ кВт × год. Ккд ТЕЦ дорівнює 60-70%. Станції з агрегатами до 60 МВт включно виконуються в теплотехнічній частині з поперечними зв'язками по парі й воді, в електричній – зі збірними шинами 6–10 кВ і видачею значної потужності в місцеву розподільну мережу. Станції з агрегатами 100-200 МВт виконують блокового типу з видачею потужності в мережу підвищеної напруги. При тепловому навантаженні меншому 200-300 МВт спорудження ТЕЦ неекономічне. Як ТЕЦ, так і КЕС сильно впливають на навколишнє середовище, забруднюючи його відходами й змінюючи тепловий режим. Найбільшими ТЕЦ в Україні є:

Київська ТЕЦ-5 - 700 МВт (2×250 + 2×100);

Київська ТЕЦ-6 - 500 МВт (2×250);

Харківська ТЕЦ-5 470 МВт (1×250+2×110).