Kuidas CHP töötab? Mis on soojuselektrijaam ja kuidas see töötab?

Elektrijaam on elektrijaam, mis muundab loodusenergia elektrienergiaks. Levinumad on soojuselektrijaamad (TPP), mis kasutavad orgaanilise (tahke, vedela ja gaasilise) kütuse põletamisel vabanevat soojusenergiat.

Soojuselektrijaamad toodavad umbes 76% meie planeedil toodetud elektrist. Selle põhjuseks on fossiilkütuste olemasolu peaaegu kõigis meie planeedi piirkondades; orgaanilise kütuse transportimise võimalus kaevandamiskohast energiatarbijate läheduses asuvasse elektrijaama; soojuselektrijaamade tehniline areng, tagades suure võimsusega soojuselektrijaamade ehitamise; võimalus kasutada töövedelikust jääksoojust ja anda sellega tarbijatele lisaks elektrienergiale ka soojusenergiat (auru või kuuma veega) jne.

Energia kõrget tehnilist taset saab tagada vaid tootmisvõimsuste harmoonilise ülesehitusega: energiasüsteemi peavad kuuluma odavat elektrit tootvad, kuid tõsiste piirangutega koormuse muutumise ulatuse ja kiirusega tuumaelektrijaamad ning toidavad soojuselektrijaamad. soojus ja elekter, mille hulk sõltub energiavajadusest, soojusest ja rasketel kütustel töötavad võimsad auruturbiini jõuallikad ning mobiilsed autonoomsed gaasiturbiinseadmed, mis katavad lühiajalisi koormustippe.

1.1 Elektrijaamade tüübid ja nende omadused.

Joonisel fig. 1 on esitatud fossiilkütuseid kasutavate soojuselektrijaamade klassifikatsioon.

Joonis 1. Fossiilkütuseid kasutavate soojuselektrijaamade tüübid.

Joon.2 Soojuselektrijaama skemaatiline soojusdiagramm

1 – aurukatel; 2 – turbiin; 3 – elektrigeneraator; 4 – kondensaator; 5 – kondensaadipump; 6 – madalrõhuküttekehad; 7 – õhutus; 8 – etteandepump; 9 – kõrgsurveküttekehad; 10 – äravoolupump.

Soojuselektrijaam on seadmete ja seadmete kompleks, mis muundavad kütuseenergia elektri- ja (üldiselt) soojusenergiaks.

Soojuselektrijaamu iseloomustab suur mitmekesisus ja neid saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide alusel.

Vastavalt nende otstarbele ja tarnitava energia liigile jagunevad elektrijaamad piirkondlikeks ja tööstuslikeks.

Piirkonnaelektrijaamad on iseseisvad avalikud elektrijaamad, mis teenindavad kõiki piirkonna tarbijaid (tööstusettevõtted, transport, elanikkond jne). Piirkonna kondensatsioonielektrijaamad, mis toodavad peamiselt elektrit, säilitavad sageli oma ajaloolise nime – GRES (osariigi ringkonnaelektrijaamad). Piirkonnaelektrijaamu, mis toodavad elektri- ja soojusenergiat (auru või kuuma vee kujul), nimetatakse soojuse ja elektri koostootmisjaamadeks. Üldjuhul on osariigi ringkonnaelektrijaamade ja linnaosa soojuselektrijaamade võimsus üle 1 miljoni kW.

Tööstuslikud elektrijaamad on elektrijaamad, mis varustavad soojus- ja elektrienergiaga konkreetseid tootmisettevõtteid või nende kompleksi, näiteks keemiatööstuse tehast. Tööstuslikud elektrijaamad on osa tööstusettevõtetest, mida nad teenindavad. Nende võimsuse määravad tööstusettevõtete vajadused soojus- ja elektrienergia järele ning reeglina on see oluliselt väiksem kui kaugsoojuselektrijaamadel. Sageli töötavad tööstuslikud elektrijaamad üldises elektrivõrgus, kuid ei allu elektrisüsteemi dispetšerile.

Kasutatava kütuse liigi järgi jagunevad soojuselektrijaamad fossiilkütustel ja tuumakütusel töötavateks elektrijaamadeks.

Fossiilkütustel töötavaid kondensatsioonielektrijaamu nimetati ajal, mil tuumajaamu (TEJ) veel ei olnud, ajalooliselt soojuselektrijaamadeks (TES – soojuselektrijaam). Just selles tähenduses kasutatakse seda terminit allpool, kuigi soojuselektrijaamad, tuumaelektrijaamad, gaasiturbiinelektrijaamad (GTPP) ja kombineeritud tsükliga elektrijaamad (CGPP) on samuti soojuselektrijaamad, mis töötavad soojusenergia muundamise põhimõttel. energiast elektrienergiaks.

Soojuselektrijaamade orgaanilise kütusena kasutatakse gaasilisi, vedelaid ja tahkeid kütuseid. Enamik Venemaa soojuselektrijaamu, eriti Euroopa osas, tarbivad põhikütusena maagaasi ja varukütusena kütteõli, viimast kõrge hinna tõttu ainult äärmuslikel juhtudel; Selliseid soojuselektrijaamu nimetatakse gaasiõli elektrijaamadeks. Paljudes piirkondades, peamiselt Venemaa Aasia osas, on peamiseks kütuseks termiline kivisüsi - madala kalorsusega kivisüsi või kõrge kalorsusega kivisöe (antratsiitkivisüsi - ASh) kaevandamise jäätmed. Kuna enne põletamist jahvatatakse sellised söed spetsiaalsetes veskites tolmuseks, nimetatakse selliseid soojuselektrijaamu söetolmseks.

Soojuselektrijaamades kasutatavate soojuselektrijaamade tüübi järgi soojusenergia muundamiseks turbiiniagregaatide rootorite mehaaniliseks pöörlemisenergiaks eristatakse auruturbiini, gaasiturbiini ja kombineeritud tsükliga elektrijaamu.

Auruturbiinelektrijaamade aluseks on auruturbiiniüksused (STU), mis kasutavad soojusenergia muundamiseks mehaaniliseks energiaks kõige keerukamat, võimsaimat ja äärmiselt arenenumat energiamasinat – auruturbiini. PTU on soojuselektrijaamade, soojuse ja elektri koostootmisjaamade ning tuumaelektrijaamade põhielement.

STP-sid, millel on elektrigeneraatorite ajamiks kondensatsiooniturbiinid ja mis ei kasuta heitgaasi auru soojust välistarbijate soojusenergia varustamiseks, nimetatakse kondensatsioonielektrijaamadeks. Kütteturbiinidega varustatud STU-sid, mis eraldavad heitgaasi auru soojust tööstus- või munitsipaaltarbijatele, nimetatakse soojuse ja elektri koostootmisjaamadeks.

Gaasiturbiiniga soojuselektrijaamad (GTPP) on varustatud gaasiturbiinseadmetega (GTU), mis töötavad gaasilisel või äärmisel juhul vedelal (diislikütusel). Kuna gaasiturbiinijaama taga olevate gaaside temperatuur on üsna kõrge, saab neid kasutada soojusenergiaga varustamiseks välistarbijatele. Selliseid elektrijaamu nimetatakse GTU-CHP-ks. Praegu on Venemaal üks gaasiturbiinelektrijaam (GRES-3 Klassoni järgi, Elektrogorsk, Moskva piirkond) võimsusega 600 MW ja üks gaasiturbiini koostootmisjaam (Moskva oblastis Elektrostali linnas).

Traditsiooniline kaasaegne gaasiturbiiniseade (GTU) on kombinatsioon õhukompressorist, põlemiskambrist ja gaasiturbiinist ning selle tööd tagavatest abisüsteemidest. Gaasiturbiini ja elektrigeneraatori kombinatsiooni nimetatakse gaasiturbiiniks.

Kombineeritud tsükliga soojuselektrijaamad on varustatud kombineeritud tsükliga gaasiseadmetega (CCG), mis on gaasiturbiinide ja auruturbiinide kombinatsioon, mis võimaldab kõrget kasutegurit. CCGT-CHP-jaamu saab projekteerida kondensatsioonijaamadena (CCP-CHP) ja soojusenergiavarustusega (CCP-CHP). Hetkel töötab Venemaal neli uut CCGT-CHP jaama (Peterburi loode CHPP, Kaliningradskaja, Mosenergo OJSC CHPP-27 ja Sochinskaya), samuti on ehitatud Tjumeni koostootmisjaamas koostootmise CCGT jaam. 2007. aastal võeti kasutusele Ivanovo CCGT-KES.

Moodulsoojuselektrijaamad koosnevad eraldiseisvatest, tavaliselt sama tüüpi elektrijaamadest - jõuallikatest. Jõuseadmes varustab iga katel auruga ainult oma turbiini, kust see naaseb pärast kondenseerumist ainult oma katlasse. Kõik võimsad osariigi ringkonnaelektrijaamad ja soojuselektrijaamad, millel on auru nn vahepealne ülekuumenemine, on ehitatud plokkskeemiga. Ristühendustega soojuselektrijaamades on katelde ja turbiinide töö tagatud erinevalt: kõik soojuselektrijaama katlad varustavad auruga ühte ühist auruliini (kollektorit) ja sellest saavad toite kõik soojuselektrijaama auruturbiinid. Selle skeemi järgi ehitatakse vahepealse ülekuumenemiseta CES-id ja peaaegu kõik subkriitiliste algsete auruparameetritega koostootmisjaamad.

Lähtuvalt algrõhu tasemest eristatakse alakriitilise rõhu, ülekriitilise rõhu (SCP) ja supersupercritical parameetrite (SSCP) soojuselektrijaamu.

Kriitiline rõhk on 22,1 MPa (225,6 at). Venemaa soojus- ja elektritööstuses on esialgsed parameetrid standarditud: soojuselektrijaamad ning soojuse ja elektri koostootmisjaamad on ehitatud alakriitilisele rõhule 8,8 ja 12,8 MPa (90 ja 130 atm) ning SKD jaoks - 23,5 MPa (240 atm). . Tehnilistel põhjustel täiendatakse ülekriitiliste parameetritega soojuselektrijaamu vahepealse ülekuumenemisega ja plokkskeemi järgi. Ülikriitiliste parameetrite hulka kuuluvad tavapäraselt rõhk üle 24 MPa (kuni 35 MPa) ja temperatuur üle 5600C (kuni 6200C), mille kasutamine nõuab uusi materjale ja uusi seadmeid. Sageli ehitatakse erinevate parameetritasemete soojuselektrijaamad või koostootmisjaamad mitmes etapis - järjekordades, mille parameetrid suurenevad iga uue järjekorra sisseviimisega.

Kokkuvõte distsipliinist "Sissejuhatus suunamisse"

Lõpetanud üliõpilane Mihhailov D.A.

Novosibirski Riiklik Tehnikaülikool

Novosibirsk, 2008

Sissejuhatus

Elektrijaam on elektrijaam, mida kasutatakse loodusenergia muundamiseks elektrienergiaks. Elektrijaama tüübi määrab eelkõige loodusenergia liik. Kõige levinumad on soojuselektrijaamad (TPP), mis kasutavad fossiilkütuste (kivisüsi, nafta, gaas jne) põletamisel vabanevat soojusenergiat. Soojuselektrijaamad toodavad umbes 76% meie planeedil toodetud elektrist. Selle põhjuseks on fossiilkütuste olemasolu peaaegu kõigis meie planeedi piirkondades; orgaanilise kütuse transportimise võimalus kaevandamiskohast energiatarbijate läheduses asuvasse elektrijaama; soojuselektrijaamade tehniline areng, tagades suure võimsusega soojuselektrijaamade ehitamise; võimalus kasutada töövedelikust jääksoojust ja anda sellega tarbijatele lisaks elektrienergiale ka soojusenergiat (auru või kuuma veega) jne. Ainult elektri tootmiseks mõeldud soojuselektrijaamu nimetatakse kondensatsioonielektrijaamadeks (CPP). Elektrijaamades, mis on ette nähtud elektrienergia kombineeritud tootmiseks ning auru ja sooja vee tarnimiseks soojustarbijatele, on auru vahepealse väljatõmbe või vasturõhuga auruturbiinid. Sellistes paigaldistes kasutatakse heitgaasi auru soojust osaliselt või isegi täielikult soojusvarustuseks, mille tulemusena vähenevad soojuskaod jahutusveega. Samas on samade algparameetritega elektrienergiaks muundatud auruenergia osa kütteturbiinidega paigaldistes väiksem kui kondensatsiooniturbiinidega seadmetes. Soojuselektrijaamu, milles soojusvarustuseks kasutatakse heitauru koos elektrienergia tootmisega, nimetatakse soojuse ja elektri koostootmisjaamadeks.

Soojuselektrijaamade tööpõhimõtted

Joonisel 1 on kujutatud orgaanilisel kütusel töötava kondensatsiooniseadme tüüpiline soojusdiagramm.

Joon.1 Soojuselektrijaama skemaatiline soojusdiagramm

Seda ahelat nimetatakse auru vahepealse ülekuumenemisega ahelaks. Nagu termodünaamika kursusest teada, on sellise ahela soojuslik kasutegur samade alg- ja lõppparameetritega ning vahepealsete ülekuumenemisparameetrite õige valikuga kõrgem kui vahepealse ülekuumenemiseta ahelal.

Vaatleme soojuselektrijaamade tööpõhimõtteid. Kütus ja oksüdeerija, mis on tavaliselt kuumutatud õhk, voolavad pidevalt katla ahju (1). Kütusena kasutatakse kivisütt, turvast, gaasi, põlevkivi või kütteõli. Enamik meie riigi soojuselektrijaamu kasutab kütusena söetolmu. Kütuse põlemisel tekkiva soojuse tõttu aurukatlas olev vesi kuumeneb, aurustub ning tekkiv küllastunud aur voolab läbi aurutoru auruturbiini (2). Mille eesmärk on muundada auru soojusenergia mehaaniliseks energiaks.

Kõik turbiini liikuvad osad on jäigalt ühendatud võlliga ja pöörlevad koos sellega. Turbiinis kantakse aurujugade kineetiline energia rootorile järgmiselt. Kõrge rõhu ja temperatuuriga aur, millel on kõrge siseenergia, siseneb katlast turbiini düüsidesse (kanalitesse). Aurujuga suurel kiirusel, sageli üle helikiiruse, voolab pidevalt düüsidest välja ja siseneb võlliga jäigalt ühendatud kettale paigaldatud turbiini labadesse. Sel juhul muundatakse auruvoolu mehaaniline energia turbiini rootori mehaaniliseks energiaks või täpsemalt turbogeneraatori rootori mehaaniliseks energiaks, kuna turbiini ja elektrigeneraatori (3) võllid on omavahel ühendatud. Elektrigeneraatoris muundatakse mehaaniline energia elektrienergiaks.

Pärast auruturbiini siseneb kondensaatorisse (4) juba madala rõhu ja temperatuuriga veeaur. Siin muundatakse aur kondensaatori sees asuvate torude kaudu pumbatava jahutusvee abil veeks, mis juhitakse kondensaadipumba (5) abil läbi regeneratiivsoojendite (6) deaeraatorisse (7).

Deaeraatorit kasutatakse selles lahustunud gaaside eemaldamiseks veest; samas soojendatakse selles, nagu ka regeneratiivsoojendites, toitevett auruga, mis võetakse selleks otstarbeks turbiini väljalaskeavast. Õhu eemaldamine toimub selleks, et viia hapniku ja süsinikdioksiidi sisaldus selles vastuvõetavatele väärtustele ning seeläbi vähendada vee- ja auruteede korrosioonikiirust.

Õhuvaba vesi tarnitakse katlajaama toitepumba (8) abil läbi küttekehade (9). Küttekehades (9) tekkiv kütteauru kondensaat juhitakse kaskaadina õhutusseadmesse ning küttekehade (6) kütteauru kondensaat juhitakse äravoolupumba (10) abil torusse, mille kaudu kondensaat väljub. kondensaatorist (4) voolab.

Tehniliselt on kõige keerulisem kivisöel töötavate soojuselektrijaamade töö korraldamine. Samas on selliste elektrijaamade osakaal kodumaises energiasektoris kõrge (~30%) ning seda plaanitakse suurendada.

Sellise kivisöel töötava elektrijaama tehnoloogiline skeem on näidatud joonisel 2.

Joonis 2 Tolmsöe soojuselektrijaama tehnoloogiline skeem

1 – raudteevagunid; 2 – mahalaadimisseadmed; 3 – ladu; 4 – lintkonveierid; 5 – purustusseade; 6 – toorsöepunkrid; 7 – söepulbri veskid; 8 – eraldaja; 9 – tsüklon; 10 – söetolmu punker; 11 – söötjad; 12 – veski ventilaator; 13 – katla põlemiskamber; 14 – ventilaator; 15 – tuhakogujad; 16 – suitsutorud; 17 – korsten; 18 – madalrõhuküttekehad; 19 – kõrgsurveküttekehad; 20 – õhutus; 21 – etteandepumbad; 22 – turbiin; 23 – turbiinkondensaator; 24 – kondensaadipump; 25 – tsirkulatsioonipumbad; 26 – vastuvõtukaev; 27 – jäätmekaev; 28 – keemiapood; 29 – võrgukütteseadmed; 30 – torujuhe; 31 – kondensaadi äravoolutorustik; 32 – elektrijaotusseadmed; 33 – karteripumbad.

Raudteevagunites (1) olev kütus suunatakse mahalaadimisseadmetesse (2), kust see suunatakse lintkonveierite (4) abil lattu (3) ning laost suunatakse kütus purustusseadmesse (5). Kütust on võimalik varustada purustusjaama ja otse mahalaadimisseadmetest. Purustustehasest voolab kütus toorsöepunkritesse (6) ja sealt edasi söötjate kaudu söetolmveskidesse (7). Söetolm transporditakse pneumaatiliselt läbi separaatori (8) ja tsükloni (9) söetolmu punkrisse (10), sealt edasi sööturite (11) kaudu põletitesse. Tsüklonist tulev õhk imetakse sisse veskiventilaator (12) ja juhitakse katla (13) põlemiskambrisse.

Põlemiskambris põlemisel tekkivad gaasid läbivad pärast sealt väljumist järgemööda läbi katlapaigaldise gaasikanalid, kus auruülekuumendis (primaarne ja sekundaarne, kui toimub auru vahepealse ülekuumenemisega tsükkel) ja vesi. ökonomaiser eraldavad nad soojust töövedelikule ja õhusoojendis - suunatakse aurukatlasse õhku. Seejärel puhastatakse tuhakollektorites (15) gaasid lendtuhast ja lastakse suitsuärastite (16) kaudu korstna (17) kaudu atmosfääri.

Põlemiskambri, õhusoojendi ja tuhakollektorite alla sattunud räbu ja tuhk pestakse veega maha ja voolavad kanalite kaudu kogumispumpadesse (33), mis pumbavad need tuhapuistangutesse.

Põlemiseks vajalik õhk tarnitakse aurukatla õhusoojenditesse puhurventilaatori (14) abil. Tavaliselt võetakse õhku katlaruumi pealt ja (suure võimsusega aurukatelde puhul) väljastpoolt katlaruumi.

Aurukatlast (13) tulev ülekuumendatud aur siseneb turbiini (22).

Turbiini kondensaatorist (23) tulev kondensaat juhitakse kondensaadipumpadega (24) läbi madalrõhu regeneratiivsoojendite (18) õhutusseadmesse (20) ja sealt edasi toitepumpade (21) kaudu kõrgsurvekuumutite (19) kaudu. katla ökonomaiser.

Selles skeemis täiendatakse auru ja kondensaadi kaod keemiliselt demineraliseeritud veega, mis juhitakse turbiini kondensaatori taga olevasse kondensaaditorusse.

Jahutusvesi juhitakse kondensaatorisse veevarustuse vastuvõtukaevust (26) tsirkulatsioonipumpade (25) abil. Kuumutatud vesi juhitakse sama allika jäätmekaevu (27) sissevõtukohast teatud kaugusel, mis on piisav tagamaks, et soojendatud vesi ei seguneks võetud veega. Keemiatöökojas (28) asuvad jumestusvee keemilise töötlemise seadmed.

Skeemid võivad ette näha väikese võrguküttepaigaldise elektrijaama ja külgneva küla kaugkütte jaoks. Selle paigaldise võrgusoojenditesse (29) juhitakse auru turbiinide väljatõmbetest ja kondensaat juhitakse välja toru (31) kaudu. Võrguvesi juhitakse kütteseadmesse ja eemaldatakse sealt torustike (30) kaudu.

Tekkinud elektrienergia eemaldatakse elektrigeneraatorist astmeliste elektritrafode kaudu välistarbijatele.

Elektrimootorite, valgustusseadmete ja elektrijaama seadmete varustamiseks elektriga on abielektrilülitusseade (32).

Järeldus

Referaat esitab soojuselektrijaamade tööpõhimõtted. Elektrijaama soojusskeemi vaadeldakse kondensatsioonielektrijaama töö näitel, samuti tehnoloogilist diagrammi kivisöeelektrijaama näitel. Näidatud on elektrienergia ja soojuse tootmise tehnoloogilised põhimõtted.

Soojuselektrijaama otstarve seisneb kütuse keemilise energia muundamises elektrienergiaks. Kuna sellise muundamise otsene läbiviimine osutub praktiliselt võimatuks, tuleb esmalt muuta kütuse keemiline energia soojuseks, mis tekib kütuse põletamisel, seejärel muundada soojus mehaaniliseks energiaks ja lõpuks muuta soojusenergia mehaaniliseks energiaks. muuta see viimase elektrienergiaks.

Alloleval joonisel on kõige lihtsam diagramm elektrijaama termilise osa kohta, mida sageli nimetatakse ka auruelektrijaamaks. Kütus põletatakse ahjus. Kus . Saadud soojus kantakse aurukatlas olevale veele. Selle tulemusena vesi soojeneb ja seejärel aurustub, moodustades nn küllastunud auru, see tähendab keeva veega samal temperatuuril auru. Järgmisena suunatakse küllastunud aurule soojus, mille tulemusena moodustub ülekuumendatud aur, st aur, mille temperatuur on kõrgem kui samal rõhul aurustuv vesi. Ülekuumendatud aur saadakse ülekuumendis olevast küllastunud aurust, mis enamikul juhtudel on terastorude mähis. Torude sees liigub aur, väljastpoolt aga pestakse spiraali kuumade gaasidega.

Kui rõhk katlas oleks võrdne atmosfäärirõhuga, tuleks vett soojendada temperatuurini 100 ° C; edasise kuumuse korral hakkaks see kiiresti aurustuma. Saadud küllastunud auru temperatuur oleks samuti 100 ° C. Atmosfäärirõhul aur ülekuumeneb, kui selle temperatuur on üle 100 ° C. Kui rõhk katlas on kõrgem kui atmosfäärirõhk, on küllastunud auru temperatuur üle 100 ° C. Küllastunud temperatuur Mida kõrgem on rõhk, seda kõrgem on aur. Praegu ei kasutata energiasektoris atmosfäärilähedase rõhuga aurukatlaid üldse. Palju tulusam on kasutada aurukatlaid, mis on mõeldud palju kõrgemale rõhule, umbes 100 atmosfääri või rohkem. Küllastunud auru temperatuur on 310°C või rohkem.

Ülekuumendist juhitakse ülekuumendatud veeaur terastoru kaudu soojusmasinasse, kõige sagedamini -. Olemasolevates elektrijaamade auruelektrijaamades ei kasutata peaaegu kunagi muid mootoreid. Soojusmasinasse sisenev ülekuumenenud veeaur sisaldab suures koguses soojusenergiat, mis vabaneb kütuse põlemisel. Soojusmasina ülesanne on muundada auru soojusenergia mehaaniliseks energiaks.

Auru rõhk ja temperatuur auruturbiini sisselaskeava juures, mida tavaliselt nimetatakse , on oluliselt kõrgemad kui auru rõhk ja temperatuur turbiini väljalaskeava juures. Tavaliselt nimetatakse auru rõhku ja temperatuuri auruturbiini väljalaskeava juures, mis on võrdne rõhu ja temperatuuriga kondensaatoris. Praegu, nagu juba mainitud, kasutab energiatööstus väga kõrgete algparameetritega auru, mille rõhk on kuni 300 atmosfääri ja temperatuur kuni 600 ° C. Lõplikud parameetrid, vastupidi, on valitud madalad: rõhk umbes 0,04 atmosfääri, st 25 korda vähem kui atmosfääri, ja temperatuur on umbes 30 ° C, st ümbritseva õhu temperatuuri lähedal. Kui aur paisub turbiinis, väheneb auru rõhu ja temperatuuri languse tõttu selles sisalduva soojusenergia hulk oluliselt. Kuna auru paisumisprotsess toimub väga kiiresti, siis selle väga lühikese aja jooksul ei jõua olulisel määral aurult keskkonda ülekandumisele aega. Kuhu kaob liigne soojusenergia? Teada on, et loodusseaduse – energia jäävuse ja muundamise seaduse – järgi on võimatu hävitada ega saada “millestki” ühtki, isegi kõige väiksemat energiahulka. Energia saab liikuda ainult ühest tüübist teise. Ilmselgelt on meil antud juhul tegemist just sellise energia muundamisega. Varem aurus sisalduv liigne soojusenergia on muutunud mehaaniliseks energiaks ja seda saame kasutada oma äranägemise järgi.

Kuidas auruturbiini töötab, kirjeldatakse artiklis.

Siinkohal ütleme vaid, et turbiini labadesse sisenev aurujoa kiirus on väga suur, sageli ületades helikiiruse. Aurujuga pöörab auruturbiini ketast ja võlli, millele ketas on kinnitatud. Turbiini võlli saab ühendada näiteks elektrimasinaga - generaatoriga. Generaatori ülesanne on muuta võlli pöörlemise mehaaniline energia elektrienergiaks. Seega muundatakse auruelektrijaamas kütuse keemiline energia mehaaniliseks energiaks ja seejärel elektrienergiaks, mida saab salvestada vahelduvvoolu UPS-i.

Mootoris tööd teinud aur siseneb kondensaatorisse. Jahutusvett pumbatakse pidevalt läbi kondensaatoritorude, mis tavaliselt võetakse mõnest looduslikust veekogust: jõest, järvest, merest. Jahutusvesi võtab kondensaatorisse sisenevast aurust soojust, mille tulemusena aur kondenseerub, s.t muutub veeks. Kondenseerumise tulemusena tekkinud vesi pumbatakse aurukatlasse, milles see uuesti aurustub ning kogu protsess kordub uuesti.

See on põhimõtteliselt termoelektrijaama auruelektrijaama töö. Nagu näete, toimib aur vahendajana, nn töövedelik, mille abil soojusenergiaks muudetud kütuse keemiline energia muudetakse mehaaniliseks energiaks.

Muidugi ei tasu arvata, et moodsa võimsa aurukatla või soojusmasina disain on nii lihtne, nagu ülaltoodud joonisel näidatud. Vastupidi, katel ja turbiin, mis on auruelektrijaama kõige olulisemad elemendid, on väga keerulise ehitusega.

Nüüd hakkame tööd selgitama.

1 – elektrigeneraator; 2 – auruturbiin; 3 – juhtpaneel; 4 – õhutaja; 5 ja 6 – punkrid; 7 – eraldaja; 8 – tsüklon; 9 – boiler; 10 – küttepind (soojusvaheti); 11 – korsten; 12 – purustusruum; 13 – kütuse varuladu; 14 – vanker; 15 – mahalaadimisseade; 16 – konveier; 17 – suitsuära; 18 – kanal; 19 – tuhapüüdja; 20 – ventilaator; 21 – kamin; 22 – veski; 23 – pumbajaam; 24 – veeallikas; 25 – tsirkulatsioonipump; 26 – kõrgsurve regeneratiivne kütteseade; 27 – toitepump; 28 – kondensaator; 29 – keemiline veepuhastusjaam; 30 – astmeline trafo; 31 – madalrõhu regeneratiivne kütteseade; 32 – kondensaadipump.

Allolev diagramm näitab soojuselektrijaama põhiseadmete koostist ja selle süsteemide omavahelist ühendamist. Selle diagrammi abil saate jälgida soojuselektrijaamades toimuvate tehnoloogiliste protsesside üldist jada.

TPP skeemil olevad nimetused:

Kütusekulu;
kütuse ettevalmistamine;
vahepealne ülekuumendi;
kõrgsurveosa (HPV või CVP);
madalrõhuosa (LPP või LPC);
elektrigeneraator;
abitrafo;
sidetrafo;
peajaotusseadmed;
kondensaadipump;
tsirkulatsioonipump;
veevarustuse allikas (näiteks jõgi);
(PND);
veepuhastusjaam (WPU);
soojusenergia tarbija;
tagasivoolu kondensaadi pump;
deaeraator;
toitepump;
(PVD);
räbu eemaldamine;
tuhapuistang;
suitsuärastus (DS);
korsten;
ventilaator (DV);
tuhapüüdja

TPP tehnoloogilise skeemi kirjeldus:

Kõike eelnevat kokku võttes saame soojuselektrijaama koostise:

kütusehaldus ja kütuse ettevalmistamise süsteem;
katla paigaldamine: katla enda ja abiseadmete kombinatsioon;
turbiini paigaldus: auruturbiin ja selle abiseadmed;
veetöötluse ja kondensaadi puhastamise paigaldus;
tehniline veevarustussüsteem;
tuha eemaldamise süsteem (tahkekütusel töötavatele soojuselektrijaamadele);
elektriseadmed ja elektriseadmete juhtimissüsteem.

Kütuseseadmete hulka kuuluvad olenevalt jaamas kasutatava kütuse liigist vastuvõtu- ja mahalaadimisseade, transpordimehhanismid, tahke- ja vedelkütuse kütusehoidlad, kütuse eelvalmistamise seadmed (söepurustusjaamad). Kütteõli rajatises on ka pumbad kütteõli pumpamiseks, kütteõli küttekehad ja filtrid.

Tahkekütuse ettevalmistamine põletamiseks seisneb selle jahvatamises ja kuivatamises tolmu ettevalmistamise tehases ning kütteõli ettevalmistamises kuumutamises, puhastamises mehaanilistest lisanditest ja mõnikord töötlemisest spetsiaalsete lisanditega. Gaasikütusega on kõik lihtsam. Gaaskütuse ettevalmistamine taandub peamiselt gaasirõhu reguleerimisele katla põletite ees.

Kütuse põlemiseks vajalik õhk juhitakse katla põlemisruumi puhurventilaatorite (AD) abil. Kütuse põlemisproduktid - suitsugaasid - imetakse ära suitsuärastitega (DS) ja juhitakse korstnate kaudu atmosfääri. Kanalite (õhukanalid ja lõõrid) ja erinevate seadmete elementide kogum, mille kaudu õhk ja suitsugaasid läbivad, moodustab soojuselektrijaama (küttejaama) gaas-õhk tee. Sellesse kuuluvad suitsuärastustorud, korsten ja ventilaatorid moodustavad tõmbepaigaldise. Kütuse põlemistsoonis toimuvad selle koostises olevad mittesüttivad (mineraalsed) lisandid keemiliselt ja füüsikaliselt muundudes ning eemaldatakse osaliselt katlast räbu kujul ning olulise osa neist kantakse ära suitsugaaside kaudu. väikeste tuhaosakeste kujul. Atmosfääriõhu kaitsmiseks tuhaheitmete eest paigaldatakse suitsuärastite ette tuhakollektorid (et vältida nende tuha kulumist).

Räbu ja kinnipüütud tuhk eemaldatakse tavaliselt hüdrauliliselt tuhapuistangutesse.

Kütteõli ja gaasi põletamisel tuhakogujaid ei paigaldata.

Kütuse põletamisel muundatakse keemiliselt seotud energia soojusenergiaks. Selle tulemusena tekivad põlemisproduktid, mis katla küttepindades annavad veele ja sellest tekkivale aurule soojust ära.

Seadmete kogum, selle üksikud elemendid ja torustikud, mille kaudu vesi ja aur liiguvad, moodustavad jaama auru-vee tee.

Katlas kuumutatakse vesi küllastustemperatuurini, aurustub ning keevast katlaveest tekkiv küllastunud aur kuumeneb üle. Katlast suunatakse ülekuumendatud aur torujuhtmete kaudu turbiini, kus selle soojusenergia muundatakse mehaaniliseks energiaks, mis edastatakse turbiini võllile. Turbiinis välja lastud aur siseneb kondensaatorisse, kannab soojust jahutusvette ja kondenseerub.

Kaasaegsetes soojuselektrijaamades ning soojuse ja elektri koostootmisjaamades seadmete võimsusega 200 MW ja rohkem kasutatakse auru vahepealset ülekuumenemist. Sel juhul on turbiinil kaks osa: kõrgsurveosa ja madalrõhuosa. Turbiini kõrgsurveosas välja lastud aur suunatakse vaheülekuumendisse, kus sellele antakse lisasoojust. Järgmisena naaseb aur turbiini (madalrõhuossa) ja sealt kondensaatorisse. Auru vahepealne ülekuumenemine tõstab turbiiniagregaadi efektiivsust ja suurendab selle töökindlust.

Kondensaat pumbatakse kondensaatorist välja kondensatsioonipumba abil ja pärast madalsurveküttekehade (LPH) läbimist siseneb deaeraatorisse. Siin kuumutatakse see auruga küllastustemperatuurini, samal ajal eraldub sellest hapnik ja süsinikdioksiid, mis eemaldatakse atmosfääri, et vältida seadmete korrosiooni. Deaereeritud vesi, mida nimetatakse toiteveeks, pumbatakse läbi kõrgsurvekütteseadmete (HPH) katlasse.

HDPE-s ja deaeraatoris olevat kondensaati, samuti HDPE-s olevat toitevett soojendatakse turbiinist võetava auruga. See kuumutusmeetod tähendab soojuse tagasisaatmist (taastamist) tsüklisse ja seda nimetatakse regeneratiivseks kuumutamiseks. Tänu sellele väheneb auru vool kondensaatorisse ja seega ka jahutusvette ülekantav soojushulk, mis toob kaasa auruturbiini tehase efektiivsuse tõusu.

Elementide komplekti, mis tagavad kondensaatoritele jahutusvee, nimetatakse tehniliseks veevarustussüsteemiks. See hõlmab: veevarustuse allikat (jõgi, reservuaari, jahutustorni), tsirkulatsioonipumpa, sisse- ja väljalaskeveetorusid. Kondensaatoris kantakse umbes 55% turbiini siseneva auru soojusest jahtunud veele; seda osa soojusest ei kasutata elektri tootmiseks ja see raisatakse asjatult.

Need kaod vähenevad oluliselt, kui turbiinist võetakse osaliselt välja ammendatud aur ja selle soojust kasutatakse tööstusettevõtete tehnoloogilisteks vajadusteks või vee soojendamiseks kütteks ja sooja veevarustuseks. Nii saab jaamast soojuse ja elektri koostootmisjaam (CHP), mis pakub elektri- ja soojusenergia kombineeritud tootmist. Soojuselektrijaamades paigaldatakse spetsiaalsed auru ekstraheerimisega turbiinid - nn koostootmisturbiinid. Soojustarbijani toimetatud aurukondensaat suunatakse tagasi soojuselektrijaama tagasi kondensaadipumba abil.

Soojuselektrijaamades esinevad auru ja kondensaadi sisekadud auru-vee tee ebatäieliku tiheduse tõttu, samuti auru ja kondensaadi taastumatust kulust jaama tehnilisteks vajadusteks. Need moodustavad ligikaudu 1–1,5% turbiinide kogu aurutarbimisest.

Soojuselektrijaamades võib esineda ka väliseid auru- ja kondensaadikadusid, mis on seotud tööstustarbijate soojusvarustusega. Keskmiselt on need 35-50%. Auru ja kondensaadi sise- ja väliskadusid täiendatakse veepuhastusjaamas eeltöödeldud täiendava veega.

Seega on katla toitevesi segu turbiini kondensaadist ja lisaveest.

Jaama elektriseadmete hulka kuuluvad elektrigeneraator, sidetrafo, peajaotla, elektrijaama enda mehhanismide toitesüsteem läbi abitrafo.

Juhtimissüsteem kogub ja töötleb teavet tehnoloogilise protsessi edenemise ja seadmete seisukorra, mehhanismide automaatse ja kaugjuhtimise ning põhiprotsesside reguleerimise, seadmete automaatse kaitse kohta.

Teeme ringkäigu Tšeboksarõ CHPP-2-s ja vaatame, kuidas elektrit ja soojust toodetakse:

Muide, tuletan teile meelde, et toru on Tšeboksaris kõrgeim tööstusrajatis. Koguni 250 meetrit!

Alustame üldistest probleemidest, mis hõlmavad eelkõige turvalisust.
Muidugi on soojuselektrijaam, nagu hüdroelektrijaamgi, tundlik ettevõtmine, kuhu niisama sisse ei lasta.
Ja kui teid lubatakse, isegi ringreisile, peate ikkagi läbima ohutusalase instruktaaži:

Noh, see pole meie jaoks ebatavaline (nagu soojuselektrijaam ise pole ebatavaline, töötasin seal umbes 30 aastat tagasi;)).
Jah, veel üks karm hoiatus, ma ei saa seda ignoreerida:

Tehnoloogia

Kõigi soojuselektrijaamade peamine tööaine on kummalisel kombel vesi.
Sest see muutub kergesti auruks ja tagasi.
Tehnoloogia on kõigi jaoks sama: peate hankima auru, mis turbiini pöörlema paneks. Turbiini teljele asetatakse generaator.
Tuumaelektrijaamades soojendatakse vett radioaktiivse kütuse lagunemise käigus eralduva soojuse tõttu.
Ja termilistes - gaasi, kütteõli ja isegi kuni viimase ajani kivisöe põletamise tõttu.

Kuhu heitaur panna? Siiski tagasi vette ja tagasi pada!
Kuhu heitauru soojust panna? Jah, katlasse siseneva vee soojendamiseks - kogu paigaldise kui terviku efektiivsuse suurendamiseks.
Ja vee soojendamiseks küttevõrgus ja veevarustuses (soe vesi)!
Nii et kütteperioodil saadakse soojusjaamast topeltkasu - elekter ja soojus. Sellest tulenevalt nimetatakse sellist kombineeritud tootmist soojuse ja elektri koostootmisjaamaks (CHP).

Kuid suvel ei ole võimalik kogu soojust kasumlikult ära kasutada, mistõttu turbiinist väljuv aur jahutatakse, muutudes veeks, jahutustornides, misjärel suunatakse vesi tagasi suletud tootmistsüklisse. Ja jahutustornide soojades basseinides kasvatavad nad ka kalu;)

Küttevõrkude ja boileri kulumise vältimiseks läbib vesi keemiatsehhis spetsiaalse ettevalmistuse:

Ja tsirkulatsioonipumbad tsirkuleerivad vett kogu nõiaringis:

Meie katlad võivad töötada nii gaasil (kollased torustikud) kui ka kütteõlil (must). Alates 1994. aastast on nad tegutsenud gaasil. Jah, meil on 5 boilerit!
Põlemiseks vajavad põletid õhuvarustust (sinised torud).
Vesi keeb ja aur (punased aurujooned) läbib spetsiaalseid soojusvahetiid - auruülekuumendiid, mis tõstavad auru temperatuuri 565 kraadini ja rõhu vastavalt 130 atmosfäärini. See ei ole kiirkeetja köögis! Üks väike auk aurutorus põhjustab suure õnnetuse; õhuke ülekuumendatud aurujuga lõikab metalli nagu võid!

Ja sellist auru antakse juba turbiinidesse (suurtes jaamades võib mitu katelt töötada ühisel aurukollektoril, millest toidetakse mitut turbiini).

Katlatöökoda on alati lärmakas, sest põlemine ja keemine on väga ägedad protsessid.
Ja katlad ise (TGME-464) on kahekümnekorruselise hoone kõrgused suurejoonelised ehitised ja neid saab tervikuna näidata ainult paljude kaadrite panoraamil:

Veel üks vaade keldrist:

Katla juhtpaneel näeb välja selline:

Kaugemal seinal on kogu tehnilise protsessi mnemoskeem koos klappide seisukorda näitavate tuledega, klassikalised instrumendid koos makkidega paberlindil, häiretahvel ja muud näidikud.
Ja kaugjuhtimispuldil endal asuvad klassikalised nupud ja klahvid arvutiekraani kõrval, kus juhtimissüsteem (SCADA) pöörleb. Seal on ka kõige olulisemad lülitid, mis on kaitstud punaste korpustega: “Boileri seiskamine” ja “Peaauruklapp” (MSV):

Turbiinid

Meil on 4 turbiini.
Neil on väga keerukas disain, et mitte jätta ilma ülekuumendatud auru vähimatki kineetilist energiat.
Kuid väljast pole midagi näha - kõik on kaetud tühja korpusega:

Vajalik on tõsine kaitseümbris – turbiin pöörleb suurel kiirusel 3000 p/min. Pealegi läbib seda ülekuumendatud aur (ma ütlesin eespool, kui ohtlik see on!). Ja turbiini ümber on palju aurutorusid:

Nendes soojusvahetites soojendatakse võrguvett heitauruga:

Muide, fotol on mul CHPP-2 vanim turbiin, nii et ärge olge üllatunud allpool kuvatavate seadmete jõhkra välimuse üle:

See on turbiini juhtimismehhanism (TCM), mis reguleerib auruvarustust ja vastavalt sellele ka koormust. Varem keerati seda käsitsi:

Ja see on seiskamisventiil (seda tuleb pärast aktiveerimist pikka aega käsitsi keerata):

Väikesed turbiinid koosnevad ühest niinimetatud silindrist (labade komplekt), keskmised - kahest, suured - kolmest (kõrge, keskmise ja madala rõhuga silindrid).
Igast silindrist läheb aur vaheekstraktidesse ja suunatakse soojusvahetitesse - veesoojenditesse:

Ja turbiini sabas peab olema vaakum - mida parem see on, seda suurem on turbiini kasutegur:

Vaakum tekib kondensatsiooniseadmes järelejäänud auru kondenseerumise tõttu.
Nii jalutasimegi mööda kogu veetee soojuselektrijaamani. Pöörake tähelepanu ka sellele auru osale, mis läheb tarbija (PSG) võrguvee soojendamiseks:

Veel üks vaade hulga kontrollpunktidega. Ärge unustage, et turbiinil on vaja kontrollida palju rõhku ja temperatuure, mitte ainult auru, vaid ka iga osa laagrites olevat õli:

Jah, ja siin on kaugjuhtimispult. Tavaliselt asub see kateldega samas ruumis. Vaatamata sellele, et katlad ja turbiinid ise asuvad erinevates ruumides, ei saa katla-turbiinitsehhi juhtkonda eraldi tükkideks jagada - kõik on liiga ühendatud ülekuumendatud auruga!

Puldil näeme muide paari keskmist kahe silindriga turbiini.

Automatiseerimine

Seevastu soojuselektrijaamades on protsessid kiiremad ja vastutustundlikumad (muide, kas kõik mäletavad lennukile sarnast valju müra, mida kostub kõigist linnaosadest? Nii et see on auruventiil, mis aeg-ajalt töötab, vabastades liigset müra aururõhk. Kujutage ette, kuidas te seda lähedalt kuulete!).
Seetõttu on automatiseerimine siin endiselt hiline ja piirdub peamiselt andmete kogumisega. Ja juhtpaneelidel näeme mitmesuguste SCADA ja tööstuslike kontrollerite hunnikut, mis on seotud kohaliku reguleerimisega. Kuid protsess on käimas!

Elekter

Vaatame uuesti turbiinipoe üldist vaadet:

Pange tähele, et vasakul kollase korpuse all on elektrigeneraatorid.
Mis saab edasi elektrist?
See saadetakse föderaalvõrkudesse mitmete jaotusseadmete kaudu:

Elektripood on väga keeruline koht. Vaadake lihtsalt juhtpaneeli panoraami:

Releekaitse ja automaatika on meie jaoks kõik!

Siinkohal saab ekskursiooni lõpule viia ja siiski öelda paar sõna pakiliste probleemide kohta.

Soojus- ja kommunaaltehnoloogiad

Nii saime teada, et koostootmine toodab elektrit ja soojust. Tarbijatele tarnitakse loomulikult mõlemat. Nüüd hakkab meid huvitama peamiselt soojus.
Pärast perestroikat, erastamist ja kogu ühtse nõukogude tööstuse eraldi tükkideks jagamist selgus mitmel pool, et elektrijaamad jäid Tšubaisi osakonna alla ja linna soojusvõrgud muutusid munitsipaalvõrkudeks. Ja moodustasid vahendaja, kes võtab raha sooja transpordi eest. Ja kuidas see raha kulub 70% kulunud küttesüsteemide iga-aastasele remondile, on vaevalt jutustamisväärt.

Niisiis on TGK-5 Novocheboksarskis asuva vahendaja NOVEK mitmemiljoniliste võlgade tõttu juba üle läinud otselepingutele tarbijatega.
Tšeboksaris see veel nii ei ole. Veelgi enam, Cheboksary “Utility Technologies” on praegu oma katlamajade ja soojusvõrkude arendamise projekt tervelt 38 miljardi eest (TGK-5 saaks sellega hakkama vaid kolmega).

Kõik need miljardid lähevad nii või teisiti soojatariifidesse, mille linnavalitsus määrab “sotsiaalse õigluse huvides”. Samal ajal on CHPP-2 poolt toodetud soojuse maksumus 1,5 korda väiksem kui KT katlamajadel. Ja selline olukord peaks jätkuma ka edaspidi, sest mida suurem elektrijaam, seda efektiivsem (eelkõige väiksemad tegevuskulud + elektritootmise tõttu soojuse taaskasutus).

Aga keskkonna seisukohast?
Muidugi on üks suur kõrge korstnaga soojuselektrijaam keskkonna mõttes parem kui kümmekond väikest katlamaja väikeste korstnatega, mille suits jääb praktiliselt linna.
Ökoloogiliselt halvim on praegu populaarne individuaalne küte.
Väikesed kodukatlad ei taga kütuse nii täielikku põlemist kui suured soojuselektrijaamad ja kõik heitgaasid jäävad mitte ainult linna, vaid sõna otseses mõttes akende kohale.
Lisaks mõtlevad vähesed igasse korterisse paigaldatud täiendavate gaasiseadmete suurenenud ohule.

Milline väljapääs?
Paljudes riikides kasutatakse keskküttes korteripõhiseid regulaatoreid, mis võimaldavad säästlikumat soojatarbimist.
Kahjuks on praeguste vahendajate isude ja soojusvõrkude halvenemisega keskkütte eelised kadumas. Kuid globaalsest vaatenurgast on suvilates sobivam individuaalne küte.

Muud tööstusharu postitused: