Влияние КЭС на окружающую среду

Современные КЭС весьма активно воздействуют на окружа­ющую среду: на атмосферу, гидросферу и литосферу. Влияние на атмосферу сказывается в большом потреблении кислорода возду­ха для горения топлива и в выбросе значительного количества продуктов сгорания. Это, в первую очередь, газообразные окислы углерода, серы, азота, часть из которых имеет высокую химиче­скую активность. Летучая зола, прошедшая через золоуловители, загрязняет воздух. Наименьшее загрязнение атмосферы (для стан­ций одинаковой мощности) отмечается при сжигании газа и наи­большее – при сжигании твердого топлива с низкой теплотвор­ной способностью и высокой зольностью. Необходимо учесть боль­шие выбросы теплоты в атмосферу, а также электромагнитные поля, создаваемые электрическими установками высокого и сверх­высокого напряжения.

Конденсационные электростанции загрязняют гидросферу боль­шими массами теплой воды, сбрасываемой из конденсаторов тур­бин, а также промышленными стоками, хотя они проходят тща­тельную очистку.

Для литосферы влияние КЭС сказывается не только в том, что для работы станции извлекаются большие массы топлива, отчуж­даются и застраиваются земельные угодья, но и в том, что требу­ется много места для захоронения больших масс золы и шлаков (при сжигании твердого топлива).

Влияние КЭС на окружающую среду чрезвычайно велико. На­пример, о масштабах теплового загрязнения воды и воздуха мож­но судить по тому, что около 20 % теплоты, которая получается в котле при сгорании всей массы топлива, теряются за пределами станции. Учитывая размеры производства электроэнергии на КЭС, объемы сжигаемого топлива, можно предположить, что они в состоянии влиять на климат больших районов страны. В то же вре­мя в современных условиях решается задача утилизации части теп­ловых выбросов путем отопления теплиц, создания подогревае­мых прудовых рыбных хозяйств. Золу и шлаки используют в про­изводстве строительных материалов и т.д.

5.4 Теплофикационный цикл ТЭЦ

В тех случаях, когда прилегающие к тепловым электростанциям районы должны потреблять боль­шие количества теплоты, целесообразнее прибегать к комбини­рованной выработке теплоты и электроэнергии. Установки, слу­жащие для комбинированной выработки тепла и электроэнергии, называют теплоэлектроцентралями, они работают по так называ­емому теплофикационному циклу.

Этот вид электростанций предназначен для централизованно­го снабжения промышленных предприятий и городов электро­энергией и теплотой. Являясь, как и КЭС, тепловыми электро­станциями, они отличаются от последних использованием тепло­ты отработавшего в турбинах пара для нужд промышленного про­изводства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. При такой комбинированной выработке электроэнергии и теплоты достигается зна­чительная экономия топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением, т.е. выработкой электроэнергии на КЭС и получени­ем теплоты от местных котельных. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах (городах) с большим потреблением теплоты и электроэнергии. В России в насто­ящее время на ТЭЦ производится около 30 % всей вырабатываемой электроэнер­гии.

Рисунок 5.3 – Схема про­стейшей теплофика­ционной установки:

1 – котел; 2 – паропе­регреватель; 3 – гене­ратор; 4 – турбина; 5 – конденсатор; 6 – по­требитель теплоты; 7, 8 – насосы.

Охлаждающая вода под действием насоса 8 циркулирует по замкнутому контуру, в который включен потребитель теплоты. Температура воды на выходе из конденсатора несколько ниже температуры конденсата t, но достаточно высока для обогрева помещений. Кон­денсат при температуре t_н забирается насосом 8 и после сжатия по­дается в котел 1. Охлаждающая вода нагревается за счет тепло конденсирующего пара и под напором, создаваемым насосом 7, поступает в отопительную систему 6. В ней нагретая вода отдает теп­лоту окружающей среде, обеспечивая необходимую температуру по­мещений. На выходе из отопительной системы охлажденная вода вновь поступает в конденсатор и в нем опять нагревается поступающим из турбины паром.

При наличии более или менее постоянного потребителя про­изводственного пара пользуются турбиной, работающей с проти­водавлением без конденсатора.

Особенности технологической схемы ТЭЦ показаны на рисунке 5.4. Части схемы, которые по своей структуре подобны таковым для КЭС, здесь не показаны. Основное отличие заключается в специ­фике пароводяного контура.

При расширении в турбине часть пара с давлением р_отб = 0,9... 1,2 МПа отбирается и отводится в сетевой пароводяной подогреватель СП, через который сетевым насосом СН прогоня­ется вода, используемая для отопления зданий и для других нужд городского хозяйства и промышленных предприятий.

Рисунок 5.4 –Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами: ГРУ – генераторное распределительное устройство; Г – генератор; СП – сетевой пароводяной подогреватель; СН – сетевой насос; ПН – питательный насос.

На производство пар подается в тех случаях, когда вблизи стан­ции имеются промышленные предприятия, которым требуется пар для технологического процесса. Количество отбираемого от про­межуточных ступеней турбины пара определяется потребностью тепловых потребителей в горячей воде и паре.

Использование для теплофикации частично отработавшего пара из промежуточных ступеней турбины уменьшает количество пара, поступающего в ее конденсатор, а следовательно, и потери теплоты с циркуляционной водой. Все тепло, содержащееся в горячей воде и паре, которые поступают со станции в теплофикационную сеть, счи­тают полезно отпущенной теплотой.

Коэффициент использования теплоты теплоэлектроцентралей г|_иг, учитывающей отпуск потребителям обоих видов энергии – электри­ческой и тепловой, достигает 60...70% и даже более. Этот показатель характеризует общее использование энергии топлива на теплоэлектро­централях. Очевидно, что экономичность работы теплоэлектроцентрали зависит от величины отбора пара на теплофикацию. С уменьшением количества пара, поступающего в конденсаторы теплофикационных турбин, Коэффициент использования топлива теплоэлектроцентрали возрастает.

Всю теплоту, содержащуюся в горя­чей воде и паре, которые поступают со станции в теплофикаци­онную сеть, считают полезно отпущенной теплотой.

Коэффициент использования теплоты (η_ит) теплоэлектроцен­тралей, учитывающий отпуск потребителям данных видов энер­гии – электрической и тепловой, – составляет 70 % и более. Этот показатель характеризует общее использование энергии топлива на ТЭЦ. Очевидно, что экономичность работы ТЭЦ зависит от величины отбора пара на теплофикацию. С уменьшением количе­ства пара, поступающего в конденсаторы теплофикационных тур­бин, КПД теплоэлектроцентрали возрастает.

Минимально возможное количество пара, проходящего пос­ледние ступени турбины и поступающего в конденсатор, указы­вается заводом-изготовителем турбины из соображений работы ее последних ступеней. В случае полного отсутствия отпуска теплоты в теплофикационную сеть турбины работают в конденсационном режиме, при этом КПД станции обычно не превышает 35 %.

Из сказанного следует, что наиболее экономичным режимом работы ТЭЦ является ее работа по графику теплового потребле­ния, т.е. при регулировании поступления пара в турбины соответ­ственно отбору его на теплофикацию при минимальном пропуске пара в конденсатор.

Так как режимы работы тепловых и электрических потребите­лей различны, то осуществление указанного режима работы ТЭЦ возможно только при ее параллельной работе с другими электро­станциями энергосистемы – тепловыми и гидроэлектрическими.

Специфика электрической части ТЭЦ определяется расположе­нием электростанции вблизи центров электрических нагрузок. В этих условиях часть мощности может выдаваться в местную сеть непос­редственно на генераторном напряжении. С этой целью на электро­станции создается обычно генераторное распределительное устрой­ство ГРУ (см. рис. 4.8). Избыток мощности выдается, как и в случае с КЭС, в энергосистему на повышенном напряжении.

Существенной особенностью ТЭЦ является также повышен­ная мощность теплового оборудования по сравнению с электри­ческой мощностью электростанции. Это обстоятельство предоп­ределяет больший относительный расход электроэнергии на соб­ственные нужды, чем на КЭС.

Теплоэлектроцентрали размещают преимущественно в круп­ных промышленных центрах и поэтому к ним предъявляют повы­шенные требования по охране окружающей среды. Так, для умень­шения вредных выбросов ТЭЦ целесообразно, где это возможно, использовать в первую очередь газообразное или жидкое топливо, а также высококачественные угли.