энергетический  котел, или просто котел, в который подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идет процесс горения — химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Сгорающее топливо является мощным источником теплоты, которая передается питательной воде. Последняя нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения. Этот пар с температурой 540 °С и давлением 13—24 МПа по одному или нескольким трубопроводам подается в паровую турбину;

          турбоагрегат, состоящий из паровой турбины, электрогенератора и возбудителя. Паровая турбина, в которой пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного), преобразует потенциальную энергию сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в электрических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя;

          конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения. Это позволяет очень существенно сократить затрату энергии на последующее сжатие образовавшейся воды и одновременно увеличить работоспособность пара, т.е. получить большую мощность от пара, выработанного котлом;

          питательный насос для подачи питательной воды в котел и создания высокого давления перед турбиной.

      Таким образом, в ПТУ над рабочим телом совершается непрерывный цикл преобразования химической энергии сжигаемого топлива в электрическую энергию.

      Кроме перечисленных элементов, реальная ПТУ дополнительно содержит большое число насосов, теплообменников и других аппаратов, необходимых для повышения ее эффективности.

      Простейшая  принципиальная схема конденсационной ТЭС, работающей на угле, представлена на рис.2. Топливо поступает в топку парогенератора (парового котла) 1, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 2. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. Далее одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 3 и затем поступает в конденсатор 4, а другая отбирается от промежуточных ступеней турбины и используется для подогрева питательной воды в подогревателях 6 и 9. Конденсат насосом 5 через деаэратор 7 и далее питательным насосом 8 подается в парогенератор. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (35— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. [3]

 

      

      Рис.2. Принципиальная схема конденсационной ТЭС.

      1 – паровой котел; 2 – паровая  турбина; 3 – электрический генератор; 
4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – подогреватели низкого давления; 7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – подогреватели высокого давления; 
10 – дренажный насос.

 

2.4. Главный корпус  ТЭС

      Основным  строительным сооружением ТЭС является главный корпус, поперечный разрез по которому показан на рис. 3. Он состоит из трех отделений: турбинного, деаэраторного и котельного.

 

 Рис.3 Поперечный разрез главного корпуса  ТЭС.

      Турбинное отделение  включает в себя рамный фундамент  — железобетонное сооружение, состоящее из нижней фундаментной плиты, установленной на грунт, вертикальных колонн и верхней фундаментной плиты, опирающейся на колонны. На верхнюю фундаментную плиту, расположенную в данном случае на высотной отметке 13,5 м, устанавливают цугом паровую турбину, электрогенератор и возбудитель (эту совокупность называют турбоагрегатом).

 

 Помещение, в  котором располагается турбина, называется машинным залом (машзалом). Общий вид машзала типичной ТЭС  показан на рис. 4. Турбоагрегаты, закрытые металлическими кожухами, размещаются поперек машзала, между ними имеются свободные пространства на всю высоту здания от нулевой отметки до кровли для установки оборудования, имеющего большую высоту (например, ПВД). Справа и слева от турбоагрегатов в машзале имеются свободные проходы.

      Под полом машзала  находится конденсационное помещение, поскольку в нем на нулевой  высотной отметке располагается  конденсатор, присоединенный своим  входным патрубком к выходному  патрубку турбины. Как правило, на нулевой  отметке или ниже ее размещают также конденсатные насосы, насосы маслоснабжения и некоторое другое оборудование. Конденсационное помещение содержит также многочисленные этажерки, на которые устанавливают питательный насос с его приводом (электродвигатель или небольшая паровая турбина), сетевые подогреватели (для ТЭЦ), вспомогательные устройства для пуска и остановки различного оборудования ТЭС.

 

Рис.4 Машинный зал ТЭС.

  

  Котельное отделение  находится в правой части главного корпуса (см. рис. 2.6). Здесь размещаются  котлы. За стеной котельного отделения на открытом воздухе располагаются воздухоподогреватели, дымососы и дымовая труба (обычно общая для нескольких энергоблоков).

      Между турбинным  и котельным отделением размещают  деаэраторное отделение. На деаэраторной этажерке в данном случае высотной отметке 26,1  м размещают деаэраторы. Конденсат, подвергаемый деаэрации, и пар для его нагрева (см. рис. 2.2 и 2.5) деаэраторы получают из турбинного отделения. Из деаэраторов питательная вода поступает к питательному насосу и затем в ПВД (а из них — в котлы). В деаэраторном помещении на высотной отметке машзала располагают щиты управления котлами и турбинами со всеми необходимыми приборами и автоматикой. Здесь находятся операторы, управляющие работой ТЭС.

 

1.4. Ближайшие и отдаленные перспективы строительства ТЭС.

      Для оценки перспектив строительства ТЭС необходимо рассмотреть их преимущества и недостатки в сравнении с другими источниками электроэнергии.

      К числу преимуществ следует отнести  следующие:

      1.  В отличие от ГЭС, тепловые электростанции можно размещать относительно свободно с учетом используемого топлива. Газомазутные ТЭС могут быть построены в любом месте, так как транспорт газа и мазута относительно дешев (по сравнению с углем). Пылеугольные ТЭС желательно размещать вблизи источников добычи угля. К настоящему времени «угольная» теплоэнергетика сложилась и имеет выраженный региональный характер.

      2.  Удельная стоимость установленной мощности (стоимость 1 кВт установленной мощности) и срок строительства ТЭС значительно меньше, чем АЭС и ГЭС.

      3.  Производство электроэнергии на ТЭС, в отличие от ГЭС, не зависит от сезона и определяется только доставкой топлива.

      4.  Площади отчуждения хозяйственных земель для ТЭС существенно меньше, чем для АЭС, и, конечно, не идут ни в какое сравнение с ГЭС, влияние которых на экологию может иметь далеко не региональный характер. Примерами могут служить каскады ГЭС на р. Волге и Днепре.

      5.  На ТЭС можно сжигать практически любое топливо, в том числе самые низкосортные угли, забалластированные золой, водой, породой.

      6.  В отличие от АЭС, нет никаких проблем с утилизацией ТЭС по завершении срока службы. Как правило, инфраструктура ТЭС существенно «переживает» основное оборудование (котлы и турбины), установленное на ней, здания, машзал, системы водоснабжения и топливоснабжения и т.д., которые составляют основную часть фондов, еще долго служат. Большинство ТЭС, построенных более 80 лет по плану ГОЭЛРО, до сих пор работают, и будут работать дальше после установки на них новых, более совершенных турбин и котлов.

      Наряду  с этими достоинствами, ТЭС имеет  и ряд недостатков.

      1.  ТЭС — самые экологически «грязные» источники электроэнергии, особенно те, которые работают на высокозольных сернистых топливах. Правда, сказать, что АЭС, не имеющие постоянных выбросов в атмосферу, но создающие постоянную угрозу радиоактивного загрязнения и имеющие проблемы хранения и переработки отработавшего ядерного топлива, а также утилизации самой АЭС после окончания срока службы, или ГЭС, затопляющие огромные площади хозяйственных земель и изменяющие региональный климат, являются экологически более «чистыми» можно лишь со значительной долей условности.

      2.  Традиционные ТЭС имеют сравнительно низкую экономичность (лучшую, чем у АЭС, но значительно худшую, чем у ПГУ).

      3.  В отличие от ГЭС, ТЭС с трудом участвуют в покрытии переменной части суточного графика электрической нагрузки.

      4.  ТЭС существенно зависят от поставки топлива, часто привозного.

      Несмотря  на все эти недостатки, ТЭС являются основными производителями электроэнергии в большинстве стран мира и останутся таковыми, по крайней мере на ближайшие 50 лет.

      Перспективы строительства мощных конденсационных ТЭС тесно связаны с видом используемых органических топлив. Несмотря на большие преимущества жидких топлив (нефти, мазута) как энергоносителей (высокая калорийность, легкость транспортировки) их использование на ТЭС будет все более и более сокращаться не только в связи с ограниченностью запасов, но и в связи с их большой ценностью как сырья для нефтехимической промышленности. Для России немалое значение имеет и экспортная ценность жидких топлив нефти. Поэтому жидкое топливо (мазут) на ТЭС будет использоваться либо как резервное топливо на газомазутных ТЭС, либо как вспомогательное топливо на пылеугольных ТЭС, обеспечивающее устойчивое горение угольной пыли в котле при некоторых режимах.

      Использование природного газа на конденсационных  паротурбинных ТЭС  нерационально: для этого следует использовать парогазовые установки утилизационного типа, основой которых являются высокотемпературные ГТУ.

      Таким образом, далекая перспектива использования  классических паротурбинных ТЭС  и в России, и за рубежом, прежде всего, связана с использованием углей, особенно низкосортных. Это, конечно, не означает прекращения эксплуатации газомазутных ТЭС, которые будут постепенно заменяться ПГУ.

 

2. УСТРОЙСТВО И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ТЭЦ.

2.1. Теплоснабжение промпредприятий и населения крупных и средних городов

      Жизнь человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии.

      В соответствии с санитарными нормами  трудовая деятельность человека на предприятиях и его домашний отдых должны протекать  в определенных комфортных условиях: все помещения должны отапливаться, вентилироваться, снабжаться горячей водой для бытовых целей; в жилых помещениях температура воздуха должна составлять +18 °С, а в поликлиниках, больницах, детских учреждениях +20 °С, в общественных зданиях +16 °С. Эти комфортные условия могут быть реализованы только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприемнику) вполне определенного количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха. Для этих целей чаще всего используется горячая вода с температурой у пользователя 80—90 °С.

      Для различных технологических процессов  промышленных предприятий (например, сушки, окраски, работы паровых молотов) требуется  так называемый производственный пар с давлением 1—3 МПа.

      Важно сразу усвоить, что тепло, используемое человеком для бытовых нужд, является низкопотенциальным, т.е. ее теплоноситель имеет относительно невысокую температуру и давление, поскольку именно это позволяет организовать высокоэкономичное производство электрической и тепловой энергии на ТЭЦ, о чем, в основном, пойдет речь ниже.

      В общем случае снабжение любого объекта  тепловой энергией обеспечивается системой, состоящей из трех основных элементов: источника тепла (например, котельной), тепловой сети (например, трубопроводов  горячей воды или пара) и теплоприемника (например, батареи водяного отопления, располагаемой в комнате).

      

      Рис.5. Виды теплоснабжения.

      Если  источник теплоты и теплоприемник  практически совмещены, т.е. тепловая сеть либо отсутствует, либо очень коротка, то такую систему теплоснабжения называют децентрализованной (рис. 5). Примером такой системы является печное или электрическое отопление. В свою очередь, децентрализованное теплоснабжение может бытьиндивидуальным, при котором в каждом помещении используется индивидуальные отопительные приборы (например, электронагреватели), или местным (например, обогрев здания с помощью индивидуальной котельной или теплонасосной установки). Теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт).