Паротурбинные электрические станции

Конденсационные электростанции. На современных тепловых электростанциях большой мощности превращение теплоты в ра­боту производится в циклах, использующих в качестве основного рабочего тела водяной пар высоких давления и температуры. Во­дяной пар производится парогенераторами (паровыми котлами), в топках которых сжигаются различные виды органического топ­лива: уголь, мазут, газ и др.

Термодинамический цикл преобразования теплоты в работу с помощью водяного пара был предложен в середине XIX в. инженером и физиком У. Ренкиным.

В парогенераторе 1 за счет тепла сжигаемого топлива вода, на­гнетаемая в парогенератор насосом 5, превращается в водяной пар, который затем поступает в турбину 2, вращающую электро­генератор 3. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в ме­ханическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в ге­нераторе в электроэнергию. Из турбины отработавший пар посту­пает в конденсатор 4, где конденсируется (превращается в воду). Насос 5 нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая таким об­разом цикл.

Рисунок 5.1 – Термодинамический цикл Ренкина

Термодинамические исследования цикла Ренкина показыва­ют, что его эффективность в большой степени зависит от началь­ных и конечных параметров (давления и температуры) пара.

Исследования показывают, что η₂ увеличивается с увеличени­ем начальных параметров пара p₁ и t₁ и уменьшением конечных р₂ и t₂.

В настоящее время на электростанциях в основном исполь­зуется пар с давлением р₁ = 23,5 МПа (240 кгс/см2) и темпера­турой t₁ = 565 °С. На опытных установках применяется пар с р₁ = 29,4 МПа (300 кгс/см2) и t₁ = 600...650°С.

Энергоблок КЭС представляет собой как бы отдельную электростанцию со своим основным и вспомогательным обору­дованием и центром управления – блочным шитом.

Связей меж­ду соседними энергоблоками по технологическим линиям обычно не предусматривается. Построение КЭС по блочному принци­пу дает определенные технико-экономические преимущества, ко­торые заключаются в следующем:

- облегчается применение пара высоких и сверхвысоких пара­метров вследствие более простой системы паропроводов, что осо­бенно важно для освоения агрегатов большой мощности;

- упрощается и становится более четкой технологическая схема электростанции, вследствие чего увеличивается надежность рабо­ты и облегчается эксплуатация;

- уменьшается, а в отдельных случаях может вообще отсутство­вать резервное тепломеханическое оборудование;

- сокращается объем строительных и монтажных работ;

- уменьшаются капитальные затраты на сооружение электро­станции;

- обеспечивается удобное расширение электростанции, причем новые энергоблоки при необходимости могут отличаться от пре­дыдущих по своим параметрам.

Технологическая схема КЭС состоит из нескольких систем: топливоподачи, топливоприготовления, основного пароводяного контура вместе с парогенератором и турбиной, циркуляционного водоснабжения, водоподготовки, золоулавливания и золоудале­ния и электрической части станции.

Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функ­ционирование вышеназванных систем, входят в так называемую систему собственных нужд станции (энергоблока).

Наибольшие энергетические потери на КЭС имеют место в основном пароводяном контуре, а именно в конденсаторе, где отработавший пар, содержащий еще большое количество тепло­ты, отдает ее циркуляционной воде. Теплота с циркуляционной водой уносится в водоемы, т.е. теряется. Эти потери в основном и определяют КПД электростанции, составляющий даже для самых современных КЭС не более 42 %.

Электроэнергия, вырабатываемая электростанцией, выдается на напряжение 110...220 кВ и лишь часть ее отбирается на соб­ственные нужды через трансформатор собственных нужд, под­ключенный к выводам генератора.

Наиболее крупные КЭС в настоящее время имеют мощность до 4 млн кВт; также сооружаются электростанции мощностью до 6,4 млн кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. Предельная мощность КЭС определяется условиями водоснабжения и влия­нием выбросов станции на окружающую среду.

Рисунок 5.2 – Принципиальная технологическая схема энергоблока КЭС:

1 – склад топлива и система топливоподачи; 2 – система топливоприготовления: 3 – котел; 4 – турбина: 5 – конденсатор; 6 – циркуляционный насос; 7– конденсатный насос; 8– питательный насос; 9 – горелки котла; 10 – вентилятор; 11 – дымосос; 12 – воздухоподогреватель; 13 – водяной экономайзер; 14 – подогреватель низкого давления;15 – деаэратор; 16 – подогреватель высокого давления