1 – elektros generatorius; 2 – garo turbina; 3 – valdymo pultas; 4 – deaeratorius; 5 ir 6 – bunkeriai; 7 – separatorius; 8 – ciklonas; 9 – boileris; 10 – šildymo paviršius (šilumokaitis); 11 – kaminas; 12 – smulkinimo patalpa; 13 – rezervinio kuro sandėlis; 14 – vežimas; 15 – iškrovimo įrenginys; 16 – konvejeris; 17 – dūmų siurblys; 18 – kanalas; 19 – pelenų gaudyklė; 20 – ventiliatorius; 21 – pakura; 22 – malūnas; 23 – siurblinė; 24 – vandens šaltinis; 25 – cirkuliacinis siurblys; 26 – aukšto slėgio regeneracinis šildytuvas; 27 – padavimo siurblys; 28 – kondensatorius; 29 – cheminis vandens valymo įrenginys; 30 – pakopinis transformatorius; 31 – žemo slėgio regeneracinis šildytuvas; 32 – kondensato siurblys.
Žemiau esančioje diagramoje parodyta šiluminės elektrinės pagrindinės įrangos sudėtis ir jos sistemų sujungimas. Naudodami šią diagramą galite atsekti bendrą šiluminėse elektrinėse vykstančių technologinių procesų seką.
Pavadinimai TPP diagramoje:
- Degalų taupymas;
- kuro paruošimas;
- tarpinis perkaitintuvas;
- aukšto slėgio dalis (ŽPV arba CVP);
- žemo slėgio dalis (LPP arba LPC);
- elektros generatorius;
- pagalbinis transformatorius;
- ryšių transformatorius;
- pagrindiniai skirstomieji įrenginiai;
- kondensato siurblys;
- cirkuliacinis siurblys;
- vandens tiekimo šaltinis (pavyzdžiui, upė);
- (PND);
- vandens valymo įrenginys (WPU);
- šiluminės energijos vartotojas;
- grįžtamasis kondensato siurblys;
- deaeratorius;
- tiekimo siurblys;
- (PVD);
- šlako pašalinimas;
- pelenų sąvartynas;
- dūmų siurblys (DS);
- kaminas;
- ventiliatorius (DV);
- pelenų gaudytojas
TPP technologinės schemos aprašymas:
Apibendrinant visa tai, kas išdėstyta pirmiau, gauname šiluminės elektrinės sudėtį:
- kuro valdymo ir degalų paruošimo sistema;
- katilo įrengimas: paties katilo ir pagalbinės įrangos derinys;
- turbinos įrengimas: garo turbina ir jos pagalbinė įranga;
- vandens valymo ir kondensato valymo įrengimas;
- techninė vandens tiekimo sistema;
- pelenų šalinimo sistema (šilumos elektrinėms, veikiančioms kietuoju kuru);
- elektros įrenginiai ir elektros įrenginių valdymo sistema.
Kuro įrenginiai, priklausomai nuo stotyje naudojamo kuro rūšies, apima priėmimo ir iškrovimo įrenginį, transportavimo mechanizmus, kietojo ir skystojo kuro kuro saugyklas, preliminaraus kuro paruošimo įrenginius (anglies smulkinimo įrenginius). Mazuto gamykloje taip pat yra siurbliai mazutui siurbti, mazuto šildytuvai ir filtrai.
Kietojo kuro paruošimas degimui susideda iš jo sumalimo ir džiovinimo dulkių paruošimo gamykloje, o mazuto paruošimas – kaitinant, išvalant nuo mechaninių priemaišų, kartais apdorojant specialiais priedais. Su dujomis viskas paprasčiau. Dujinio kuro ruošimas daugiausia susijęs su dujų slėgio reguliavimu priešais katilo degiklius.
Kuro deginimui reikalingas oras į katilo degimo erdvę tiekiamas ventiliatoriais (AD). Kuro degimo produktai – dūmų dujos – išsiurbiami dūmtraukiais (DS) ir išleidžiami per kaminus į atmosferą. Kanalų (ortakių ir dūmų kanalų) ir įvairių įrangos elementų, kuriais praeina oras ir dūmų dujos, rinkinys sudaro šiluminės elektrinės (šilumos įrenginio) dujų-oro kelią. Jame esantys dūmų šalintuvai, kaminas ir ventiliatoriai sudaro traukos įrenginį. Kuro degimo zonoje į jo sudėtį įeinančios nedegios (mineralinės) priemaišos vyksta cheminėmis ir fizinėmis transformacijomis ir dalinai pašalinamos iš katilo šlako pavidalu, o nemaža jų dalis išmetama išmetamųjų dujų dėka. smulkių pelenų dalelių forma. Siekiant apsaugoti atmosferos orą nuo pelenų išmetimo, prieš dūmų šalintuvus įrengiami pelenų surinkėjai (kad nesusidėvėtų jų pelenai).
Šlakas ir surinkti pelenai paprastai šalinami hidrauliniu būdu į pelenų sąvartynus.
Deginant mazutą ir dujas, pelenų rinktuvai neįrengiami.
Deginant kuras, chemiškai surišta energija paverčiama šilumine energija. Dėl to susidaro degimo produktai, kurie katilo šildymo paviršiuose atiduoda šilumą vandeniui ir iš jo gaminamiems garams.
Įrangos visuma, atskiri jos elementai ir vamzdynai, kuriais juda vanduo ir garai, sudaro stoties garo-vandens kelią.
Katile vanduo pašildomas iki soties temperatūros, išgaruoja, o iš verdančio katilo vandens susidarę sotieji garai perkaitinami. Iš katilo perkaitintas garas vamzdynais nukreipiamas į turbiną, kur jo šiluminė energija paverčiama mechanine energija, perduodama į turbinos veleną. Turbinoje išleidžiami garai patenka į kondensatorių, perduoda šilumą aušinimo vandeniui ir kondensuojasi.
Šiuolaikinėse šiluminėse elektrinėse ir kogeneracinėse elektrinėse, kurių agregatai yra 200 MW ir didesni, naudojamas tarpinis garo perkaitinimas. Šiuo atveju turbiną sudaro dvi dalys: aukšto slėgio dalis ir žemo slėgio dalis. Turbinos aukšto slėgio skyriuje išleidžiami garai nukreipiami į tarpinį perkaitintuvą, kur jam tiekiama papildoma šiluma. Toliau garai grįžta į turbiną (į žemo slėgio dalį) ir iš jos patenka į kondensatorių. Tarpinis garų perkaitinimas padidina turbinos bloko efektyvumą ir padidina jo veikimo patikimumą.
Kondensatas kondensato siurbliu išsiurbiamas iš kondensatoriaus ir, praėjęs per žemo slėgio šildytuvus (LPH), patenka į deaeratorių. Čia jis šildomas garais iki prisotinimo temperatūros, o iš jo išsiskiria deguonis ir anglies dioksidas, kuris pašalinamas į atmosferą, kad būtų išvengta įrangos korozijos. Deaeruotas vanduo, vadinamas tiekiamu vandeniu, per aukšto slėgio šildytuvus (HPH) pumpuojamas į katilą.
Kondensatas HDPE ir deaeratoriuje, taip pat tiekiamas vanduo HDPE šildomas iš turbinos paimamais garais. Šis šildymo būdas reiškia šilumos grąžinimą (regeneravimą) į ciklą ir vadinamas regeneraciniu šildymu. Jo dėka sumažėja garo srautas į kondensatorių, taigi ir šilumos kiekis, perduodamas aušinimo vandeniui, o tai padidina garo turbinos įrenginio efektyvumą.
Elementų rinkinys, tiekiantis aušinimo vandenį kondensatoriams, vadinamas technine vandens tiekimo sistema. Tai apima: vandens tiekimo šaltinį (upė, rezervuaras, aušinimo bokštas), cirkuliacinį siurblį, įleidimo ir išleidimo vandens vamzdžius. Kondensatoriuje maždaug 55% į turbiną patenkančių garų šilumos perduodama atvėsusiam vandeniui; ši šilumos dalis nepanaudojama elektrai gaminti ir iššvaistoma nenaudingai.
Šie nuostoliai žymiai sumažėja, jei iš turbinos paimamas iš dalies išnaudotas garas ir jo šiluma panaudojama pramonės įmonių technologinėms reikmėms arba vandens šildymui šildymui ir karšto vandens tiekimui. Taigi stotis tampa termofikacine elektrine (CHP), gaminančia kombinuotą elektros ir šiluminės energijos gamybą. Šiluminėse elektrinėse įrengiamos specialios turbinos su garo ištraukimu - vadinamosios kogeneracinės turbinos. Šilumos vartotojui tiekiamas garo kondensatas grįžtamuoju kondensato siurbliu grąžinamas į šiluminę elektrinę.
Šiluminėse elektrinėse susidaro vidiniai garo ir kondensato nuostoliai dėl nepilno garo-vandens kelio sandarumo, taip pat dėl neatkuriamo garo ir kondensato suvartojimo stoties techniniams poreikiams. Jie sudaro apie 1–1,5 % viso turbinoms sunaudojamo garo.
Šiluminėse elektrinėse taip pat gali atsirasti išorinių garo ir kondensato nuostolių, susijusių su šilumos tiekimu pramoniniams vartotojams. Vidutiniškai jie yra 35–50%. Vidiniai ir išoriniai garo ir kondensato nuostoliai papildomi papildomu vandeniu, iš anksto išvalytu vandens valymo įrenginyje.
Taigi katilo tiekiamas vanduo yra turbinos kondensato ir papildomo vandens mišinys.
Stoties elektros įrenginiuose yra elektros generatorius, ryšių transformatorius, pagrindinė skirstykla, elektros energijos tiekimo sistema nuosaviems elektrinės mechanizmams per pagalbinį transformatorių.
Valdymo sistema renka ir apdoroja informaciją apie technologinio proceso eigą ir įrangos būklę, automatinį ir nuotolinį mechanizmų valdymą bei pagrindinių procesų reguliavimą, automatinę įrenginių apsaugą.
Šiluminė stotis elektrinė, kuri gamina elektros energiją, paversdama kuro cheminę energiją į mechaninę elektros generatoriaus veleno sukimosi energiją.
Pagrindiniai mazgai
šiluminės elektrinės
katilinė
generatorius
aušinimo bokštai
aušinimo bokštai
Be to, šiluminėje elektrinėje yra: katalizatoriai, tepalinės alyvos tiekimo sistema, vėdinimo sistema, gaisro gesinimo sistemos, skirstomieji skydai, šiluminės elektrinės transformatoriai, tinklo stebėjimo įrenginiai, valdymo blokai.
Yra šiluminės garo turbininės elektrinės (TPES), dujų turbininės elektrinės (GTPP) ir kombinuoto ciklo jėgainės (CGPP).
Tarp šiluminių elektrinių vyrauja šiluminės garo turbininės elektrinės (TSPS), kuriose šiluminė energija naudojama garo generatoriuje, gaminant aukšto slėgio vandens garą, kuris suka garo turbinos rotorių, sujungtą su elektros generatoriaus (dažniausiai sinchroninis generatorius).
Tokiose šiluminėse elektrinėse naudojamas kuras yra anglis (daugiausia), mazutas, gamtinės dujos, lignitas, durpės, skalūnai. Jų naudingumo koeficientas siekia 40%, galia – 3 GW.
TPES, kurios turi kondensacines turbinas kaip elektros generatorių pavarą ir nenaudoja išmetamųjų garų šilumos tiekti šiluminę energiją išoriniams vartotojams, vadinamos kondensacinėmis elektrinėmis (oficialus pavadinimas Rusijos Federacijoje yra Valstybinė rajono elektros stotis arba GRES). . TPES, kuriose įrengtos šildymo turbinos ir išmetamųjų garų šilumą išleidžia pramoniniams ar komunaliniams vartotojams, vadinamos termofikacinėmis elektrinėmis (CHP). Statant šiluminę elektrinę, būtina atsižvelgti į šilumos vartotojų artumą karšto vandens ir garo pavidalu, nes šilumos perdavimas dideliais atstumais nėra ekonomiškai pagrįstas.
Sunaudotas kuras . Šiluminėse elektrinėse gali būti naudojamas toks kuras: nafta, mazutas, gamtinės dujos ir anglis. Pagrindiniai kuro elementai yra anglis ir vandenilis, o sieros ir azoto yra mažesniais kiekiais. Kuro sudėtyje gali būti kitų elementų junginių, pavyzdžiui, metalų (sulfidų ir oksidų).
Yra žinomos keturios anglies rūšys. Didėjant anglies kiekiui, taigi ir kaloringumui, šios rūšys skirstomos taip: durpės, rudosios anglys, bituminės (riebalinės) akmens anglys arba akmens anglys ir antracitas. Šiluminėse elektrinėse daugiausia naudojami pirmieji du tipai.
Anglis nėra chemiškai gryna anglis, joje taip pat yra neorganinių medžiagų (rudosios anglys turi iki 40 % anglies), kuri lieka sudegus angliui pelenų pavidalu. Akmens anglys gali turėti sieros, kartais kaip geležies sulfidas, o kartais kaip organinių anglies komponentų dalis. Akmens anglys paprastai turi arseno, seleno ir radioaktyvių elementų. Tiesą sakant, anglis yra nešvariausia iš visų iškastinio kuro rūšių.
Deginant anglį susidaro anglies dioksidas, anglies monoksidas, taip pat dideli kiekiai sieros oksidų, suspenduotų dalelių ir azoto oksidų. Sieros oksidai pažeidžia medžius, įvairias medžiagas, daro žalingą poveikį žmonėms.
Dalelės, išsiskiriančios į atmosferą deginant anglį elektrinėse, vadinamos „lakaisiais pelenais“. Pelenų išmetimas yra griežtai kontroliuojamas. Apie 10% suspenduotų dalelių iš tikrųjų patenka į atmosferą.
1000 MW galios anglimi kūrenamoje elektrinėje per metus sudeginama 4-5 mln.
Kadangi Altajaus krašte anglies kasybos nėra, manysime, kad ji atvežta iš kitų regionų, o tam nutiesti keliai, taip keičiant natūralų kraštovaizdį.
Mazutas dėl santykinai mažos kainos ir mažo sieros kiekio naudojamas gyvenamųjų namų, mokyklų, ligoninių šildymui ir kaip kuras šiluminėse elektrinėse.
Skirtingai nei anglis ir nafta, gamtinėse dujose sieros praktiškai nėra. Šiuo požiūriu dujos yra aplinkai nekenksmingas kuras. Tačiau dujų naudojimo atveju gamtai nukenčia tūkstančiai kilometrų dujotiekių, ypač šiauriniuose regionuose, kur susitelkę pagrindiniai dujų telkiniai.
Fizikinis ir cheminis vykstančių reakcijų pagrindas. Degant kurui, jame esanti anglis ir vandenilis sudaro atitinkamus oksidus, kuriuos galima pavaizduoti lygtimis:
C + O 2 CO 2 + K
2H + 1 / 2 O H 2 O + K
Jei deguonies kiekio nepakanka visiškai oksiduoti anglį, tada įvyksta reakcija
C + 1 / 2 O 2 CO 2 + K
arba dalis susidariusio CO 2 reaguoja su anglimi ir susidaro anglies monoksidas:
C + CO 2 2CO 2 - K
Taigi, esant deguonies trūkumui, CO gali išsiskirti daugiau. Be to, lyginant su visišku degimu, sumažėja išsiskiriančios šilumos kiekis .
Nepilnai sudeginus naftą ar anglį, pasišalina lakieji organiniai junginiai, kurie sudaro vieną iš dūmų komponentų, o tai ypač dažna mažose krosnyse. Didelėse krosnyse labai degūs lakieji junginiai užsidega nuo karštų krosnies sienelių spinduliuotės ir visiškai sudega iki CO 2 ir H 2 O.
Siera ir azotas, kurie yra anglies ir naftos dalis, taip pat dega, sudarydami oksidus. Degdama siera, ji paprastai gamina sieros dioksidą:
S + O 2 SO 2
Mažesniu mastu liepsnoje vyksta tolesnė oksidacija:
2SO 2 + O 2 2SO 3 + K
Įprastoje liepsnoje susidariusiuose oksiduose yra tik apie 1 % SO 3 . Nors sieros anhidridas SO 3 yra stabilus žemoje temperatūroje, jo susidarymo greitis, kai nėra katalizatorių, yra nereikšmingas. Liepsnai būdingoje temperatūroje sieros dioksidas SO 2 yra stabilesnis.
Degimo metu taip pat išsiskiria azoto monoksidas NO. Jo susidarymo šaltinis iš dalies yra kure esantis azotas, kuriam degant oksiduojasi 18-80% azoto. Azoto monoksidas taip pat susidaro dėl reakcijos tarp atmosferos deguonies ir azoto liepsnoje ir gretimuose sluoksniuose. Įvykusią reakciją galima pavaizduoti taip:
N 2 + O 2 2NO - K
Patekęs į atmosferą, azoto monoksidas lėtai virsta dioksidu per sudėtingas fotochemines reakcijas. Supaprastinta forma jie patenka į reakciją
NO + 1/2 O 2 NO 2
Taigi šiluminės energetikos išmetamosiose dujose yra CO 2, CO, H 2 O (garai), SO 2 (rečiau SO 3), NO, NO 2 ir kitos medžiagos, kurių patekimas į orą daro didelę žalą. visi biosferos komponentai.
Katilinė . Katilo įrengimas - prietaisų rinkinys vandens garams gaminti esant slėgiui. Katilo įrenginį sudaro krosnis, kurioje kūrenamas organinis kuras, degimo kamera, per kurią degimo produktai patenka į kaminą, ir garo katilas, kuriame verda vanduo. Katilo dalis, kuri kaitinant liečiasi su liepsna, vadinama kaitinimo paviršiumi. Katilo našumas matuojamas vandens kiekiu, kurį jis gali išgaruoti per 1 valandą esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui.
Katilinėje gaminamas aukšto slėgio garas, kuris patenka į garo turbiną – pagrindinį šiluminės elektrinės variklį. Turbinoje garai plečiasi, krenta jo slėgis, o latentinė energija virsta mechanine energija. Garo turbina suka generatorių, kuris gamina elektros srovę.
Veikimo principas. Šiluminės elektrinės schema parodyta D.1 paveiksle.
D.1 pav. Šiluminės elektrinės schema
Tiekiamas vanduo aukšto slėgio, kuras ir atmosferos oras degimui tiekiami į katilą naudojant padavimo siurblį. Degimo procesas vyksta katilo krosnyje – kuro cheminė energija paverčiama šilumine ir spinduliavimo energija. Tiekiamas vanduo teka per vamzdžių sistemą, esančią katilo viduje. Degantis kuras yra galingas šilumos šaltinis, kuris perduodamas tiekiamajam vandeniui, kuris įkaista iki virimo temperatūros ir išgaruoja. Tame pačiame katile susidaręs garas perkaitinamas virš virimo temperatūros, maždaug iki 540 °C, esant 13–24 MPa slėgiui, ir vienu ar keliais vamzdynais tiekiamas į garo turbiną.
Garo turbina, elektros generatorius ir žadintuvas sudaro visą turbinos bloką. Garo turbinoje garai išsiplečia iki labai žemo slėgio (apie 20 kartų mažesnio už atmosferos slėgį), o suspausto ir įkaitinto garo potenciali energija paverčiama turbinos rotoriaus sukimosi kinetine energija. Turbina varo elektros generatorių, kuris generatoriaus rotoriaus sukimosi kinetinę energiją paverčia elektros srove. Elektros generatorius susideda iš statoriaus, kurio elektros apvijose generuojama srovė, ir rotoriaus, kuris yra besisukantis elektromagnetas, maitinamas žadintuvo.
Kondensatorius skirtas kondensuoti iš turbinos išeinančius garus ir sukurti gilų vakuumą, dėl kurio garai turbinoje plečiasi. Jis sukuria vakuumą turbinos išėjimo angoje, todėl garai, aukštu slėgiu patekę į turbiną, juda į kondensatorių ir plečiasi, o tai užtikrina, kad jo potenciali energija virsta mechaniniu darbu.
Šiluminės elektrinės jėgos agregatai gamina daug šilumos, o jiems aušinti naudojami įvairūs skysčiai. Šiluminėse elektrinėse palei aušinimo skysčio kelią įrengiamas šilumokaitis, kuriame variklio aušinimo skystis didžiąją dalį šilumos perduoda kitam skysčiui – aušinimo skysčiui. Kaip aušinimo skystis dažniausiai naudojamas vanduo, kurio priverstinį judėjimą per šildymo sistemą užtikrina cirkuliaciniai siurbliai. Įrengus šilumokaičius daugiau nei dvigubai išauga bendras šiluminės elektrinės efektyvumas, lyginant su įprastine tokios pat galios elektrine – energijos panaudojimo koeficientas siekia 90 proc. Paprastoje elektrinėje, nenaudojant šilumos, elektrai gaminti sunaudojama tik 22-43% energijos, likusi dalis – nuostoliai.
Atliekos . Išmetamųjų dujų išmetimas į atmosferą yra pavojingiausias šiluminės elektrinės poveikis aplinkai.
Išsilavinimas kietosios dalelės (dūmai) degimo metu priklauso nuo kietų nedegių medžiagų kiekio kure ir nuo anglies degimo užbaigtumo. Katilinių, veikiančių esant perkrovai (nevisiškai degant kurui), dūmuose yra nesudegusių anglies dalelių ir neorganinių medžiagų. Priešingai, anglimi kūrenamos krosnys, ypač kai jos yra purškiamos, išskiria daug dūmų. Dalelės, išmetamos į atmosferą deginant anglį šiluminėse elektrinėse, vadinamos lakieji pelenai.
Pelenams iš išmetamųjų dujų surinkti po ventiliatorių įrengiami įvairių tipų filtrai (ciklonai, skruberiai, elektriniai nusodintuvai, maišiniai medžiaginiai filtrai), kurie sulaiko 90-99% kietųjų dalelių. Tačiau jie netinka dūmams valyti nuo kenksmingų dujų. Užsienyje, o pastaruoju metu ir buitinėse elektrinėse (įskaitant gazolines jėgaines) diegiamos dujų nusierinimo kalkėmis arba kalkakmeniu (vadinamuoju deSOx) ir azoto oksidų katalizinio redukavimo amoniaku (deNOx) sistemos. Išvalytos dūmų dujos dūmtraukiu išmetamos į kaminą, kurio aukštis nustatomas pagal sklaidos sąlygas
Papildomą šilumą eksploatuojant šiluminę elektrinę galima gauti panaudojus išmetamųjų dujų šilumą, nes jų temperatūra variklio išėjimo angoje siekia 500 - 600 °C. Šiai šilumai panaudoti ant išmetimo vamzdžio įrengiamas papildomas šilumokaitis, į kurį vanduo tiekiamas iš pirmojo šilumokaičio. Tokiu atveju galima ne tik sunaudoti daugiau šilumos – išmetamųjų dujų temperatūra nukrenta iki ~120 °C, bet ir gerokai padidinti aušinimo skysčio temperatūrą.
Be išmetamųjų teršalų į atmosferą, būtina atsižvelgti į tai, kad vietose, kur koncentruojamos anglies jėgainių atliekos, labai padidėja foninė spinduliuotė, dėl kurios dozės gali viršyti maksimalias leistinas. Dalis natūralaus anglies aktyvumo susitelkia pelenais, kurie didžiuliais kiekiais susikaupia elektrinėse. Radioaktyviųjų elementų ir jų skilimo produktų randama šiluminių elektrinių lakiuosiuose pelenuose. Priežastis ta, kad paprastose anglyse yra radioaktyvaus anglies izotopas C-14, kalio-40, urano-238, torio-232 priemaišų ir jų skilimo produktų, kurių kiekvieno specifinis aktyvumas svyruoja nuo kelių vienetų iki kelių šimtų Bq/kg. . Šiluminėms elektrinėms veikiant, šie radionuklidai kartu su lakiaisiais pelenais ir kitais degimo produktais patenka į atmosferos gruntinį sluoksnį, dirvožemį ir vandens telkinius. Į atmosferą išmetamų radionuklidų kiekis priklauso nuo anglies pelenų kiekio ir kuro įrenginių valymo filtrų efektyvumo. Įvairių tipų kogeneracinės elektrinės į atmosferą išmeta nuo 1 iki 20% viso susidarančių pelenų kiekio.
Šiluminių elektrinių kietosios atliekos – pelenai ir šlakas – savo sudėtimi artimos metalurgijos šlakui. Šiuo metu jų produkcija siekia apie 70 mln. tonų per metus, o maždaug pusė šių atliekų yra pelenai, susidarantys deginant anglį. Pelenų ir šlako atliekų panaudojimo laipsnis neviršija 1,5-2%. Pagal cheminę sudėtį šias atliekas sudaro 80–90% SiO 2, A1 2 O 3, FeO, Fe 2 O 3, CaO, MgO, kurių kiekis smarkiai svyruoja. Be to, šiose atliekose yra nesudegusių kuro dalelių (0,5-20%) liekanos, titano, vanadžio, germanio, galio, sieros ir urano junginiai. Pelenų ir šlako atliekų cheminė sudėtis ir savybės lemia pagrindines jų naudojimo kryptis.
Didžioji panaudotos šlako ir pelenų dalies dalis naudojama kaip žaliava statybinėms medžiagoms gaminti. Taigi šiluminės elektrinės pelenai naudojami dirbtinių poringų užpildų – pelenų ir agloporito žvyro – gamybai. Tuo pačiu metu agloporito žvyrui gaminti naudojami pelenai, kuriuose yra ne daugiau kaip 5-10% degiųjų medžiagų, o pelenų žvyrui gaminti degiųjų medžiagų kiekis pelenuose neturi viršyti 3%. Žaliavų granulių deginimas gaminant agloporito žvyrą vykdomas ant sukepinimo mašinų grotelių, o gaminant pelenų žvyrą - sukamosiose krosnyse. Taip pat galima naudoti šiluminių elektrinių pelenus keramzito žvyro gamybai.
Rudųjų ir kietųjų akmens anglių, durpių ir skalūnų deginimo pelenai ir šlakai, kuriuose nesudegusių kuro dalelių yra ne daugiau kaip 5 %, gali būti plačiai naudojami kalkių smėliukų plytų gamyboje kaip rišiklis, jeigu jose yra ne mažiau kaip 20 % CaO. arba kaip silicio užpildas, jei juose yra ne daugiau kaip 5 % CaO. Pelenai su dideliu anglies dalelių kiekiu sėkmingai naudojami molinių (raudonų) plytų gamybai. Pelenai šiuo atveju atlieka ir atliekų, ir degalų priedo vaidmenį. Įvežamų pelenų kiekis priklauso nuo naudojamo molio rūšies ir yra 15–50%, o kai kuriais atvejais gali siekti 80%.
Rūgštiniai pelenai ir šlako atliekos, taip pat pagrindinės atliekos, kuriose laisvųjų kalkių kiekis ≤10 %, naudojamos kaip aktyvus mineralinis priedas cemento gamyboje. Degiųjų medžiagų kiekis tokiuose prieduose neturi viršyti 5%. Tos pačios atliekos gali būti naudojamos kaip hidraulinis priedas (10-15%) prie cemento. Pelenai, kuriuose laisvojo CaO kiekis ne didesnis kaip 2-3 %, naudojami daliai cemento pakeisti ruošiant įvairius betonus. Gaminant autoklavinį akytąjį betoną, kaip rišiklio komponentas naudojami skalūnų pelenai, kuriuose yra ^14 % laisvo CaO, o kaip silicio komponentas – anglies degimo pelenai, kurių degiųjų medžiagų kiekis yra 3-5 %. Pelenų ir šlako atliekų naudojimas šiose vietose yra ne tik ekonomiškai naudingas, bet ir pagerina atitinkamų produktų kokybę.
Pelenų ir šlako atliekos naudojamos kelių tiesimui. Jie yra gera žaliava mineralinės vatos gaminiams gaminti. Didelis CaO kiekis skalūnų ir durpių pelenuose leidžia jį naudoti rūgštingumui mažinti – kalkinti dirvas. Augaliniai pelenai plačiai naudojami žemės ūkyje kaip trąšos dėl didelio kalio ir fosforo bei kitų augalams būtinų makro ir mikroelementų kiekio. Kai kurios pelenų ir šlako atliekos naudojamos kaip nuotekų valymo priemonės.
Kai kuriais atvejais metalų koncentracijos pelenuose yra tokios, kad jų gavyba tampa ekonomiškai pelninga. Sr, V, Zn, Ge koncentracija siekia 10 kg 1 tonoje pelenų. Kai kurių telkinių rusvųjų anglių pelenų urano kiekis gali siekti 1 kg/t. Naftos pelenuose U2O5 kiekis kai kuriais atvejais siekia 65 %, be to, Mo ir Ni yra dideli kiekiai. Šiuo atžvilgiu metalų gavyba yra dar viena tokių atliekų perdirbimo kryptis. Reti ir mikroelementai (pavyzdžiui, Ge ir Ga) šiuo metu išgaunami iš kai kurių anglių pelenų.
Tačiau nepaisant to, kad yra sukurti kuro pelenų ir šlako atliekų perdirbimo procesai, jų naudojimo lygis vis dar yra žemas. Kita vertus, šiuolaikinis technologinis kuro energijos panaudojimas (lyginant, pavyzdžiui, su jo panaudojimu galingose šiluminėse elektrinėse) yra neefektyvus. Sprendžiant aplinkos apsaugos klausimus, ypač dėl kietųjų ir dujinių atliekų žalingo poveikio, šiluminės elektrinės eina integruoto kuro naudojimo energetikos technologijų keliu. Didelius pramoninius metalų ir kitų techninių gaminių (ypač chemikalų), taip pat technologinių dujų gamybos įrenginius sujungus su galingomis šiluminių elektrinių krosnimis, bus galima visiškai panaudoti tiek organines, tiek mineralines kuro dalis, padidinti laipsnį. šilumos panaudojimo ir smarkiai sumažinti kuro sąnaudas.
Tam tikra pažanga integruoto kuro naudojimo srityje jau padaryta. Taigi mūsų šalyje sukurta ir įdiegta originali daugiapakopio didelio sieros turinčio mazuto deginimo technologija, pagal kurią pirmiausiai vykdomas nepilnas deginimas – kuro dujinimas. Susidariusios dujos atšaldomos, išvalomos iš sieros ir pelenų junginių ir tiekiamos į elektrinės degimo kamerą arba į garo katilo krosnį. Šiluma, išsiskirianti aušinant dujas, naudojama aukštos temperatūros garams gaminti. Sieros junginiai siunčiami sieros rūgšties arba elementinės sieros gamybai. Iš pelenų išskiriamas vanadis, nikelis ir kiti metalai.
Šiluminių elektrinių poveikis aplinkai.
Atmosfera . Deginant kurą sunaudojamas didelis kiekis deguonies, taip pat išsiskiria nemažas kiekis degimo produktų, tokių kaip lakieji pelenai, dujiniai anglies, sieros ir azoto oksidai, kurių kai kurie pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu, ir radioaktyvieji elementai, esantys originalus kuras. Taip pat išsiskiria daug sunkiųjų metalų, įskaitant gyvsidabrį ir šviną.
Tačiau šiuo metu dėl optimalaus energijos konvertavimo režimo ir katalizatoriaus įrangos naudojimo šiuolaikinės šiluminės elektrinės pasižymi mažu kenksmingų medžiagų išmetimu į atmosferą.
Dirvožemis . Didelės pelenų masės šalinimas reikalauja daug vietos. Šią taršą mažina kaip statybines medžiagas naudojant pelenus ir šlaką.
Lakiųjų pelenų emisija gali užteršti dirvožemį kelių dešimčių kilometrų spinduliu nuo šiluminių elektrinių. Aplink modernią šiluminę elektrinę su gera dujų valymo sistema radioaktyvusis dirvožemio užterštumas yra nereikšmingas.
Hidrosfera. Techninė vandentiekio sistema tiekia didelį šalto vandens kiekį turbininiams kondensatoriams vėsinti. Sistemos skirstomos į tiesioginio srauto, cirkuliacines ir mišrias. Vienkartinėse sistemose vanduo pumpuojamas iš natūralaus šaltinio (dažniausiai upės) ir išleidžiamas atgal, pratekėjęs per kondensatorių. Tuo pačiu metu vanduo įšyla maždaug 8–12 °C, o tai kai kuriais atvejais pakeičia rezervuarų biologinę būklę. Recirkuliacinėse sistemose vanduo cirkuliuoja veikiamas cirkuliacinių siurblių ir yra aušinamas oru. Aušinimas gali būti atliekamas ant aušinimo rezervuarų paviršiaus arba dirbtinėse konstrukcijose: purškimo baseinuose ar aušinimo bokštuose.
Cheminė vandens valymo sistema užtikrina cheminį vandens, patenkančio į garo katilus ir garo turbinas, valymą ir giluminį nusūdymą, kad būtų išvengta nuosėdų ant vidinių įrenginių paviršių. Be to, šiluminėse elektrinėse kuriamos daugiapakopės sistemos, skirtos valyti nuotekas, užterštos naftos produktais, alyvomis, įrenginių plovimo ir skalavimo vandeniu, lietaus ir lydalo nuotėkiais.
Naudojant atvirą aušinimą, atsiranda šiluminė vandens tarša. Kokios gali būti šiluminės taršos aplinkos pasekmės vandens organizmams? Pirma, buvo žuvų žūties atvejų, nors tai gana retas atvejis. Antra, temperatūra gali paveikti vandens organizmų dauginimosi funkcijas. Pavyzdžiui, suaugę upėtakiai gali išgyventi šiltame vandenyje, tačiau jie nesidaugins. Kylant temperatūrai, kai kurie vabzdžiai pasirodo anksčiau, kurie vėliau miršta, nes šiuo metų laiku jiems trūksta maisto. Tai reiškia, kad vėliau neužteks maisto tiems, kurie minta šiais vabzdžiais ir pan. Gali pasikeisti žuvų elgesys, veikiant karščiui, plėšrūnams jas nesunkiai sugriebti. Be to, karščio ištiktos žuvys bus imlesnės ligoms. Ilgainiui kai kurie iš išvardytų padarinių gali būti tokie pat žalingi gyventojams, kaip ir tiesioginė mirtis dėl vandens perkaitimo.
Temperatūra gali paveikti visos vandens bendruomenės struktūrą. Dėl perteklinės šilumos antplūdžio supaprastėja vandens ekosistemos, sumažėja skirtingų rūšių skaičius. Pavojingiausias šiluminis poveikis ekosistemoms kyla iš elektrinių, esančių šiltesnio klimato kraštuose, nes organizmus veikia temperatūros sąlygos, artimos viršutinei jų išlikimo temperatūros ribai.
Šiluminių elektrinių privalumai ir trūkumai.
|
PRIVALUMAI |
TRŪKUMAI |
|
1. Gali būti naudojamas ne tik elektros tiekimui, bet ir gyvenamųjų bei visuomeninių pastatų, pramonės įmonių šilumos tiekimui |
1. Elektros energijos kūrimas, perdavimas ir naudojimas sukelia elektromagnetinę aplinkos taršą. |
|
2. Dėl vienu metu gaminamos elektros ir šilumos tiekimo šiluminės elektrinės yra efektyviausios ir ekonomiškiausios ilgalaikio veikimo metu. Maksimali šildymo sistemos šiluminė galia reikalinga kelis mėnesius per metus, o norint patenkinti apie 60 % šilumos suvartojimo, reikia tik 20 % įrengtos šiluminės galios. |
2. Anglys ir lakieji pelenai turi daug radioaktyviųjų priemaišų (226 Ra, 228 Ra ir kt.). Metinis išmetimas į atmosferą zonoje, kurioje yra 1 GW galios šiluminė elektrinė, sukelia radioaktyvumo kaupimąsi dirvožemyje, kuris yra 10-20 kartų didesnis nei atominės elektrinės metinės emisijos radioaktyvumas. tokios pat galios. |
|
3. Kartu su šiluminės elektrinės elektros energijos gamyba, aktyvuojamos ir šildymo sistemos. Šiluminės elektrinės suteikia galimybę padengti didžiausią elektros energijos poreikį ir kartu gaminti šilumą. |
3. 1 GW galios anglimi kūrenama šiluminė elektrinė, gaminanti elektros energiją, kasmet sunaudoja 3 mln. tonų anglies, išmeta 7 mln. tonų anglies dioksido, 120 tūkst. pelenų patekimo į aplinką. |
|
4. Didžiausią indėlį, ty 80% visos mūsų šalyje pagaminamos elektros, sudaro šiluminės elektrinės. |
4. Deginant anglies turintį kurą susidaro anglies dioksidas CO 2, kuris patenka į atmosferą ir prisideda prie šiltnamio efekto sukūrimo. |
|
5. Skirtingai nei hidroelektrinės, šiluminės elektrinės gali būti statomos bet kur, taip priartinant elektros energijos šaltinius prie vartotojo ir tolygiai paskirstant šilumines elektrines šalies ar ekonominio regiono teritorijoje. |
5. Deginant anglies turintį kurą, atsiranda sieros ir azoto oksidų. Jie patenka į atmosferą ir, reaguodami su vandens garais debesyse, sudaro sieros ir azoto rūgštis, kurios su lietumi nukrenta ant žemės. Taip atsiranda rūgštus lietus. |
|
6. Šiluminės elektrinės dirba beveik visų rūšių organiniu kuru – įvairiomis anglimis, skalūnais, skystuoju kuru ir gamtinėmis dujomis. |
6. Šiluminei energijai reikia užgrobti teritorijas kuro gavybai, jo transportavimui, elektrinių ir elektros linijų išdėstymui bei šlako sąvartynams. |
Prieš porą savaičių karštas vanduo dingo iš visų Novodvinsko čiaupų - nereikia ieškoti kažkokių priešų machinacijų, tiesiog į Novodvinską atkeliavo hidrauliniai bandymai, procedūra, būtina paruošti miesto energetiką ir komunalines paslaugas naujam. gėrimo sezonas. Be karšto vandens kažkaip iš karto pasijutau kaimietis - puodas verdančio vandens ant viryklės - plauti, skustis, - plauti indus šaltame vandenyje ir t.t.
Kartu galvoje sukosi klausimas: kaip „gaminamas“ karštas vanduo ir kaip jis patenka į mūsų butų čiaupus?
Žinoma, visą miesto energiją „maitina“ Archangelsko celiuliozės ir popieriaus gamykla, tiksliau TPP-1, kur nuvykau pasidomėti, iš kur gaunamas karštas vanduo ir šiluma mūsų butuose. Archangelsko celiuliozės ir popieriaus gamyklos vyriausiasis energetikas Andrejus Borisovičius Zubokas sutiko padėti mano paieškoms ir atsakė į daugelį mano klausimų.
Čia, beje, yra Archangelsko celiuliozės ir popieriaus gamyklos vyriausiojo energetiko darbastalis – monitorius, kuriame rodomi patys įvairiausi duomenys, mūsų pokalbio metu nuolat skambėjęs kelių kanalų telefonas, šūsnis dokumentų. .. 
Andrejus Borisovičius papasakojo, kaip „teoriškai“ veikia pagrindinė elektrinės ir miesto elektrinė TPP-1. Pats santrumpa TPP – šiluminė elektrinė – reiškia, kad stotis gamina ne tik elektrą, bet ir šilumą (karštas vanduo, šildymas), o šilumos gamybai mūsų šaltame klimate gali būti net didesnis prioritetas.
TPP-1 veikimo schema: 
Bet kuri šiluminė elektrinė prasideda nuo pagrindinio valdymo pulto, į kurį patenka visa informacija apie katiluose vykstančius procesus, turbinų darbą ir pan. 
Čia turbinų, generatorių ir katilų veikimas matomas ant daugybės indikatorių ir ciferblatų. Iš čia kontroliuojamas stoties gamybos procesas. Ir šis procesas yra labai sudėtingas, kad viską suprastum, reikia daug mokytis. 
Na, o netoliese yra TPP-1 širdis – garo katilai. TPP-1 jų yra aštuoni. Tai didžiuliai statiniai, kurių aukštis siekia 32 metrus. Būtent juose ir vyksta pagrindinis energijos konversijos procesas, kurio dėka mūsų namuose atsiranda ir elektra, ir karštas vanduo – garo gamyba. 
Bet viskas prasideda nuo kuro. Akmens anglys, dujos ir durpės gali veikti kaip kuras įvairiose elektrinėse. TE-1 pagrindinis kuras yra anglis, kuri čia vežama iš Vorkutos geležinkeliu. 
Dalis jos sandėliuojama, kita dalis konvejeriais keliauja į stotį, kur pati anglis pirmiausiai susmulkinama iki dulkių, o vėliau specialiais „dulkių vamzdeliais“ tiekiama į garo katilo krosnį. Katilui uždegti naudojamas mazutas, o po to, kylant slėgiui ir temperatūrai, jis perkeliamas į anglies dulkes. 
Garo katilas yra įrenginys, gaminantis aukšto slėgio garą iš nuolat tiekiamo vandens. Taip atsitinka dėl kuro degimo metu išsiskiriančios šilumos. Pats katilas atrodo gana įspūdingai. Ši konstrukcija sveria daugiau nei 1000 tonų! Katilo našumas – 200 tonų garo per valandą. 
Išoriškai katilas primena vamzdžių, vožtuvų ir kai kurių mechanizmų raizginį. Šalia katilo karšta, nes iš katilo išeinantys garai yra 540 laipsnių temperatūros. 
TPP-1 yra ir dar vienas katilas - prieš keletą metų sumontuotas modernus Metso katilas su Hybex grotelėmis. Šis maitinimo blokas valdomas atskiru nuotolinio valdymo pulteliu. 
Įrenginys veikia naudojant naujovišką technologiją – kuro deginimą burbuliniame verdančiojo sluoksnio (Hybex) sluoksnyje. Garui gaminti čia deginamas žievės kuras (270 tūkst. t per metus) ir nuotekų dumblas (80 tūkst. t per metus), jis atvežamas iš nuotekų valymo įrenginių.
Šiuolaikinis katilas taip pat yra didžiulė konstrukcija, kurios aukštis yra daugiau nei 30 metrų. 
Šiais konvejeriais į katilą patenka dumblas ir žievės kuras. 
O iš čia po paruošimo kuro mišinys patenka tiesiai į katilo krosnį. 
Naujame TPP-1 katilinės pastate yra liftas. Tačiau paprastam miestiečiui pažįstamos formos aukštų nėra – yra tarnybinio ženklo aukštis – todėl liftas juda iš vienos žymos į kitą. 
Stotyje dirba daugiau nei 700 žmonių. Darbo užtenka visiems – įranga reikalauja priežiūros ir nuolatinio personalo stebėjimo. Darbo sąlygos stotyje sunkios – aukšta temperatūra, drėgmė, triukšmas, anglies dulkės. 
O štai darbininkai ruošia aikštelę naujo katilo statybai – kitąmet prasidės jo statybos. 
Čia ruošiamas vanduo boileriui. Automatiniu režimu vanduo minkštinamas, siekiant sumažinti neigiamą poveikį katilo ir turbinos mentėms (jau tada, kai vanduo virsta garais). 
O tai turbinų salė - čia ateina garai iš katilų, čia sukasi galingas turbinas (iš viso jų yra penkios). 
Iš šono: 
Šioje salėje veikia garai: eidami pro garo perkaitintuvus, garai įkaista iki 545 laipsnių temperatūros ir patenka į turbiną, kur veikiant jo slėgiui sukasi turbinos generatoriaus rotorius ir atitinkamai generuojama elektra. 
Daug slėgio matuoklių. 
Bet čia yra turbina, kurioje veikia garai ir „suka“ generatorių. Tai turbina Nr.7 ir atitinkamai generatorius Nr.7. 
Aštuntas generatorius ir aštunta turbina. Generatorių galia yra skirtinga, tačiau iš viso jie gali pagaminti apie 180 MW elektros energijos – šios elektros pakanka pačios stoties reikmėms (tai apie 16 proc.), o elektros energijos gamybos reikmėms. Archangelsko celiuliozės ir popieriaus gamykla bei aprūpinti „trečiųjų šalių vartotojus“ (apie 5 % pagamintos energijos). 
Vamzdžių susipynimas žavi. 
Karštas vanduo šildymui (tinkliniam) gaunamas kaitinant vandenį garais šilumokaičiuose (katiluose). Jį į tinklą pumpuoja šie siurbliai – TPP-1 jų yra aštuoni. Vanduo „šildymui“, beje, yra specialiai paruoštas ir išvalytas, o išėjime iš stoties atitinka geriamojo vandens reikalavimus. Teoriškai šį vandenį galima gerti, tačiau vis tiek nerekomenduojama jo gerti, nes šilumos tinklų vamzdžiuose yra daug korozijos produktų. 
O šiuose bokštuose - TPP-1 chemijos cecho sekcijoje - ruošiamas vanduo, kuris įpilamas į šildymo sistemą, nes dalis karšto vandens suvartojama - jį reikia papildyti. 
Tada šildomas vanduo (aušinimo skystis) teka įvairaus skerspjūvio vamzdynais, nes TPP-1 šildo ne tik miesto, bet ir gamyklos pramonines patalpas. 
O elektra „išeina“ iš stoties per elektros skirstomuosius įrenginius bei transformatorius ir perduodama į elektrinės bei miesto elektros sistemą. 
Žinoma, stotyje yra vamzdis - ta pati „debesų gamykla“. TPP-1 yra trys tokie vamzdžiai. Aukščiausias yra daugiau nei 180 metrų. Kaip paaiškėjo, vamzdis tikrai yra tuščiavidurė konstrukcija, kurioje susilieja dujų kanalai iš įvairių katilų. Prieš patenkant į kaminą, išmetamosios dujos patenka į pelenų šalinimo sistemą. Naujame katile tai atsitinka elektriniame nusodintuve. Efektyvus išmetamųjų dujų valymo laipsnis yra 99,7%. Anglies katiluose valymas atliekamas vandeniu - ši sistema yra mažiau efektyvi, tačiau vis tiek sulaikoma dauguma „išmetimų“. 
Šiandien TPP-1 įsibėgėja renovacijos darbai: o jei pastatą bet kada pavyks suremontuoti... 
...tada kapitalinis katilų ar turbinų remontas gali būti atliekamas tik vasarą, sumažėjusių apkrovų laikotarpiais. Beje, būtent dėl to ir atliekami „hidrauliniai testai“. Programiškai padidinti šilumos tiekimo sistemų apkrovą būtina, pirma, norint patikrinti komunalinių komunikacijų patikimumą, ir, antra, energetikai turi galimybę „išleisti“ aušinimo skystį iš sistemos ir pakeisti, pavyzdžiui, dalį vamzdis. Energijos įrangos remontas yra brangus reikalas, reikalaujantis specialios kvalifikacijos ir specialistų leidimo. 
Už gamyklos ribų karštas vanduo (dar žinomas kaip aušinimo skystis) teka vamzdžiais – trys „išėjimai“ į miestą užtikrina nepertraukiamą miesto šildymo sistemos veikimą. Sistema uždara, joje nuolat cirkuliuoja vanduo. Šalčiausiu metų laiku iš stoties išeinančio vandens temperatūra siekia 110 laipsnių Celsijaus, aušinimo skystis grįžta, atvėsęs 20-30 laipsnių. Vasarą vandens temperatūra sumažinama – išėjime iš stoties norma yra 65 laipsniai šilumos. 
Beje, karštas vanduo ir šildymas išjungiamas ne šiluminėse elektrinėse, o tiesiai namuose – tai atlieka valdymo įmonės. Šiluminė elektrinė vandenį „išjungia“ tik vieną kartą - po hidraulinių bandymų, kad galėtų atlikti remontą. Po remonto energetikai pamažu užpildo sistemą vandeniu – mieste yra specialūs mechanizmai oro išleidimui iš sistemos – kaip ir akumuliatoriuose įprastame gyvenamajame name. 
Galutinis karšto vandens taškas yra tas pats čiaupas bet kuriame miesto bute, tik dabar jame nėra vandens - hidrauliniai bandymai.
Štai kaip sunku „padaryti“ tai, be ko sunku įsivaizduoti šiuolaikinio miestiečio gyvenimą – karštą vandenį.
Šiluminėse elektrinėse gali būti įrengtos garo ir dujų turbinos, vidaus degimo varikliai. Labiausiai paplitusios yra šiluminės stotys su garo turbinomis, kurios savo ruožtu skirstomos į: kondensacija (KES)— visi garai, kuriuose, išskyrus nedidelius tiekimo vandens šildymui skirtus kiekius, naudojami turbinai sukti ir elektros energijai gaminti; šildymo jėgainės- kombinuotosios šilumos ir elektrinės (CHP), kurios yra elektros ir šilumos energijos vartotojų energijos šaltinis ir yra jų vartojimo zonoje.
Kondensacinės elektrinės
Kondensacinės elektrinės dažnai vadinamos valstybinėmis rajoninėmis elektrinėmis (GRES). IES dažniausiai yra šalia kuro gavybos zonų arba rezervuarų, naudojamų iš turbinų išleidžiamiems garams aušinti ir kondensuoti.
Kondensacinių elektrinių charakteristikos
- didžiąja dalimi yra didelis atstumas nuo elektros energijos vartotojų, todėl elektros energiją reikia perduoti daugiausia esant 110–750 kV įtampai;
- blokinis stoties statybos principas, suteikiantis didelių techninių ir ekonominių pranašumų, susidedančių iš eksploatacinio patikimumo didinimo ir eksploatacijos palengvinimo bei statybos ir montavimo darbų apimčių mažinimo.
- Įprastą stoties funkcionavimą užtikrinantys mechanizmai ir įrenginiai sudaro jos sistemą.
IES gali veikti naudojant kietą (anglis, durpės), skystą (mazutas, alyva) kurą arba dujas.
Kuro tiekimas ir kietojo kuro paruošimas susideda iš jo transportavimo iš sandėlių į kuro paruošimo sistemą. Šioje sistemoje kuras yra susmulkintas, kad būtų toliau įpurškiamas į katilo krosnies degiklius. Degimo procesui palaikyti specialus ventiliatorius į krosnį priverčia orą, šildomą išmetamosiomis dujomis, kurios dūmų šalintuvu išsiurbiamos iš pakuros.
Skystas kuras į degiklius tiekiamas tiesiai iš sandėlio šildomas specialiais siurbliais.
Dujinio kuro ruošimas daugiausia susideda iš dujų slėgio reguliavimo prieš degimą. Dujos iš lauko ar saugyklos dujotiekiu transportuojamos į stoties dujų skirstymo tašką (BVP). Hidraulinio ardymo aikštelėje atliekamas dujų paskirstymas ir jų parametrų reguliavimas.
Procesai garo-vandens grandinėje
Pagrindinėje garo ir vandens grandinėje atliekami šie procesai:
- Kuro degimą krosnyje lydi šilumos išsiskyrimas, kuris šildo katilo vamzdžiais tekantį vandenį.
- Vanduo virsta garais, kurių slėgis 13...25 MPa, esant 540...560 °C temperatūrai.
- Katile gaminamas garas tiekiamas į turbiną, kur atlieka mechaninį darbą – suka turbinos veleną. Dėl to sukasi ir generatoriaus rotorius, esantis ant bendro veleno su turbina.
- Turbinoje išleidžiami 0,003...0,005 MPa slėgio garai 120...140°C temperatūroje patenka į kondensatorių, kur virsta vandeniu, kuris pumpuojamas į deaeratorių.
- Deaeratoriuje pašalinamos ištirpusios dujos, o pirmiausia deguonis, kuris yra pavojingas dėl savo korozinio aktyvumo. . Aušinamas vanduo, kurio temperatūra ne aukštesnė kaip 25...36 °C kondensatoriaus išėjimo angoje, išleidžiamas į vandentiekio sistemą.
Įdomų vaizdo įrašą apie šiluminės elektrinės veikimą galite peržiūrėti žemiau:
Norint kompensuoti garų nuostolius, papildomas vanduo, kuris anksčiau buvo chemiškai išvalytas, siurbliu tiekiamas į pagrindinę garo-vandens sistemą.
Pažymėtina, kad normaliam garo-vandens įrenginių darbui, ypač esant superkritiniams garo parametrams, svarbi į katilą tiekiamo vandens kokybė, todėl turbinos kondensatas praleidžiamas per nudruskinimo filtrų sistemą. Vandens valymo sistema skirta makiažo ir kondensacinio vandens valymui bei ištirpusių dujų pašalinimui iš jo.
Kietąjį kurą naudojančiose stotyse degimo produktai šlako ir pelenų pavidalu iš katilo krosnies pašalinami specialia šlako ir pelenų šalinimo sistema su specialiais siurbliais.
Deginant dujas ir mazutą, tokia sistema nereikalinga.
IES patiria didelių energijos nuostolių. Ypač dideli šilumos nuostoliai būna kondensatoriuje (iki 40..50% viso krosnyje išsiskiriančios šilumos kiekio), taip pat su išmetamosiomis dujomis (iki 10%). Šiuolaikinių IES su aukštu garo slėgio ir temperatūros parametrais efektyvumas siekia 42%.
IES elektrinė dalis yra pagrindinių elektros įrenginių (generatorių, ) ir pagalbiniams poreikiams skirtų elektros įrenginių rinkinys, įskaitant šynas, perjungimo ir kitus įrenginius su visomis tarp jų padarytomis jungtimis.
Stoties generatoriai sujungiami į blokus su pakopiniais transformatoriais, tarp kurių nėra jokių įrenginių.
Šiuo atžvilgiu generatoriaus įtampos skirstomieji įrenginiai IES nėra statomi.
110-750 kV skirstomieji įrenginiai, priklausomai nuo jungčių skaičiaus, įtampos, perduodamos galios ir reikiamo patikimumo lygio, gaminami pagal standartines elektros prijungimo schemas. Kryžminės jungtys tarp blokų vyksta tik aukščiausio lygio skirstyklose arba elektros sistemoje, taip pat kurui, vandeniui ir garams.
Šiuo atžvilgiu kiekvienas maitinimo blokas gali būti laikomas atskira autonomine stotimi.
Norint aprūpinti elektrą savo stoties reikmėms, iš kiekvieno bloko generatorių gaminami čiaupai. Generatoriaus įtampa naudojama galingiems elektros varikliams (200 kW ir daugiau), o 380/220 V sistema – mažesnės galios varikliams ir apšvietimo įrenginiams. Elektros grandinės stoties reikmėms gali būti skirtingos.
Kitas įdomus vaizdo įrašas apie šiluminės elektrinės darbą iš vidaus:
Kombinuotosios šilumos ir elektrinės
Kombinuotosios elektrinės, kurios yra kombinuotos elektros ir šilumos energijos gamybos šaltiniai, turi žymiai didesnį CES (iki 75%). Tai paaiškinama tuo. kad dalis turbinose išmetamų garų būtų naudojama pramonės gamybos (technologijų), šildymo, karšto vandens tiekimo reikmėms.
Šis garas arba tiesiogiai tiekiamas pramonės ir buities reikmėms, arba iš dalies naudojamas vandeniui pašildyti specialiuose katiluose (šildytuvuose), iš kurių vanduo šilumos tinklais siunčiamas šilumos energijos vartotojams.
Pagrindinis skirtumas tarp energijos gamybos technologijos, palyginti su IES, yra garo-vandens grandinės specifika. Teikti tarpinį turbinos garo ištraukimą, taip pat energijos tiekimo būdą, pagal kurį pagrindinė jo dalis paskirstoma generatoriaus įtampa per generatoriaus skirstomąjį įrenginį (GRU).
Ryšys su kitomis elektros sistemos stotimis vyksta esant padidintai įtampai per pakopinius transformatorius. Vieno generatoriaus remonto ar avarinio išjungimo metu trūkstama galia gali būti perduodama iš elektros sistemos per tuos pačius transformatorius.
Kogeneracinės elektrinės veikimo patikimumui padidinti numatytas šynų skirstymas į dalis.
Taigi, įvykus avarijai ant padangų ir vėliau suremontavus vieną iš sekcijų, antroji sekcija lieka veikti ir tiekia maitinimą vartotojams per likusias maitinimo linijas.
Pagal tokias schemas statomi pramoniniai su generatoriais iki 60 MW, skirtais vietinėms apkrovoms maitinti 10 km spinduliu.
Dideliuose šiuolaikiniuose naudojami generatoriai, kurių galia siekia iki 250 MW, kurių bendra stoties galia 500-2500 MW.
Šie pastatyti už miesto ribų ir elektra perduodama 35-220 kV įtampa, GRU nenumatyta, visi generatoriai sujungiami į blokus su pakopiniais transformatoriais. Jei reikia tiekti maitinimą mažai vietinei apkrovai šalia bloko apkrovos, tarp generatoriaus ir transformatoriaus yra įrengti blokų čiaupai. Galimos ir kombinuotos stočių schemos, kuriose yra pagrindinė skirstomoji įranga ir keli generatoriai, sujungti pagal blokines schemas.
Elektros jėgainė – tai jėgainė, kuri gamtinę energiją paverčia elektros energija. Labiausiai paplitusios yra šiluminės elektrinės (TPP), kuriose naudojama šiluminė energija, išsiskirianti deginant organinį kurą (kietą, skystą ir dujinį).
Šiluminės elektrinės pagamina apie 76% mūsų planetoje pagaminamos elektros energijos. Taip yra dėl iškastinio kuro buvimo beveik visose mūsų planetos vietose; galimybė transportuoti organinį kurą iš gavybos vietos į elektrinę, esančią šalia energijos vartotojų; techninė pažanga šiluminėse elektrinėse, užtikrinanti didelės galios šiluminių elektrinių statybą; galimybė panaudoti atliekinę šilumą iš darbinio skysčio ir tiekti ją vartotojams, be elektros energijos, ir šiluminę (su garu ar karštu vandeniu) ir kt.
Aukštą techninį energijos lygį galima užtikrinti tik turint darnią gamybos pajėgumų struktūrą: energetikos sistemoje turi būti atominės elektrinės, gaminančios pigią elektros energiją, tačiau turinčios rimtus apkrovos kitimo diapazono ir greičio apribojimus, ir šiluminės elektrinės, kurios tiekia energiją. šilumos ir elektros energijos, kurių kiekis priklauso nuo šilumos poreikio, ir galingų garo turbinų jėgos agregatų, veikiančių naudojant sunkųjį kurą, bei mobilius autonominius dujų turbinų blokus, dengiančius trumpalaikius apkrovos pikus.
1.1 Elektros elektrinių tipai ir jų savybės.
Fig. 1 pateikta iškastinį kurą naudojančių šiluminių elektrinių klasifikacija.
1 pav. Šiluminių elektrinių, naudojančių iškastinį kurą, tipai.
2 pav. Šiluminės elektrinės šiluminė schema
1 – garo katilas; 2 – turbina; 3 – elektros generatorius; 4 – kondensatorius; 5 – kondensato siurblys; 6 – žemo slėgio šildytuvai; 7 – deaeratorius; 8 – padavimo siurblys; 9 – aukšto slėgio šildytuvai; 10 – drenažo siurblys.
Šiluminė elektrinė yra įrenginių ir prietaisų kompleksas, kuris kuro energiją paverčia elektros ir (bendrai) šilumine energija.
Šiluminės elektrinės pasižymi didele įvairove ir gali būti klasifikuojamos pagal įvairius kriterijus.
Pagal paskirtį ir tiekiamos energijos rūšį elektrinės skirstomos į regionines ir pramonines.
Rajono elektrinės – tai savarankiškos visuomeninės elektrinės, aptarnaujančios visų tipų vartotojus regione (pramonės įmones, transportą, gyventojus ir kt.). Rajono kondensacinės elektrinės, gaminančios daugiausia elektros energiją, dažnai išlaiko savo istorinį pavadinimą – GRES (valstybinės rajoninės elektrinės). Rajono elektrinės, gaminančios elektros ir šiluminę energiją (garo arba karšto vandens pavidalu), vadinamos kombinuotomis šilumos ir elektros energijos elektrinėmis (CHP). Valstybinių rajonų elektrinių ir rajoninių šiluminių elektrinių galia paprastai yra didesnė nei 1 mln. kW.
Pramoninės elektrinės – tai elektrinės, tiekiančios šilumos ir elektros energiją konkrečioms gamybos įmonėms ar jų kompleksui, pavyzdžiui, chemijos gamyklai. Pramonės elektrinės yra pramonės įmonių, kurias jos aptarnauja, dalis. Jų pajėgumas yra nulemtas pramonės įmonių šilumos ir elektros energijos poreikių ir, kaip taisyklė, yra žymiai mažesnis nei rajoninių šiluminių elektrinių. Dažnai pramoninės elektrinės veikia bendrame elektros tinkle, tačiau nėra pavaldžios elektros sistemos dispečeriui.
Pagal naudojamo kuro rūšį šiluminės elektrinės skirstomos į elektrines, veikiančias organiniu kuru ir branduoliniu kuru.
Kondensacinės elektrinės, veikiančios naudojant iškastinį kurą, tuo metu, kai dar nebuvo atominių elektrinių (AE), istoriškai buvo vadinamos šiluminėmis elektrinėmis (TES – šiluminė elektrinė). Šia prasme šis terminas bus vartojamas toliau, nors šiluminės elektrinės, atominės elektrinės, dujų turbininės elektrinės (GTPP) ir kombinuoto ciklo elektrinės (CGPP) taip pat yra šiluminės elektrinės, veikiančios šiluminio konvertavimo principu. energija virsta elektros energija.
Šiluminėse elektrinėse kaip organinis kuras naudojamas dujinis, skystasis ir kietasis kuras. Dauguma Rusijos šiluminių elektrinių, ypač europinėje dalyje, naudoja gamtines dujas kaip pagrindinį kurą, o mazutą – kaip atsarginį kurą, pastarąjį dėl brangumo naudoja tik kraštutiniais atvejais; Tokios šiluminės elektrinės vadinamos gazolinėmis elektrinėmis. Daugelyje regionų, daugiausia azijietiškoje Rusijos dalyje, pagrindinis kuras yra šiluminė anglys – mažo kaloringumo anglis arba atliekos, gautos išgaunant kaloringas anglis (antracito anglis – ASh). Kadangi prieš deginimą tokios anglys specialiuose malūnuose sumalamos iki dulkėtumo, tokios šiluminės elektrinės vadinamos miltelinėmis anglimis.
Pagal šiluminėse elektrinėse naudojamų šiluminių elektrinių tipą šiluminei energijai paversti mechanine turbininių agregatų rotorių sukimosi energija išskiriamos garo turbinos, dujų turbinos ir kombinuoto ciklo jėgainės.
Garo turbinų jėgainių pagrindas yra garo turbininiai blokai (STU), kuriuose šiluminė energija paverčiama mechanine energija sudėtingiausia, galingiausia ir itin pažangiausia energijos mašina – garo turbina. PTU yra pagrindinis šiluminių elektrinių, termofikacinių elektrinių ir atominių elektrinių elementas.
STP, kurios turi kondensacines turbinas kaip elektros generatorių pavarą ir nenaudoja išmetamųjų garų šilumos tiekti šiluminę energiją išoriniams vartotojams, vadinamos kondensacinėmis elektrinėmis. ATM, kuriuose įrengtos šildymo turbinos ir išmetamųjų garų šilumą išleidžia pramoniniams ar komunaliniams vartotojams, vadinami kombinuotomis šilumos ir elektros elektrinėmis (CHP).
Dujų turbininėse šiluminėse elektrinėse (GTPP) sumontuoti dujų turbininiai blokai (GTU), veikiantys dujiniu arba, kraštutiniais atvejais, skystuoju (dyzeliniu) kuru. Kadangi už dujų turbinos elektrinės dujų temperatūra yra gana aukšta, jas galima panaudoti šilumos energijai tiekti išoriniams vartotojams. Tokios elektrinės vadinamos GTU-CHP. Šiuo metu Rusijoje veikia viena 600 MW galios dujų turbininė elektrinė (GRES-3, pavadinta Klassono vardu, Elektrogorskas, Maskvos sritis) ir viena dujų turbininė kogeneracinė jėgainė (Maskvos srities Elektrostalio mieste).
Tradicinis modernus dujų turbininis blokas (GTU) – tai oro kompresoriaus, degimo kameros ir dujų turbinos bei jo darbą užtikrinančių pagalbinių sistemų derinys. Dujų turbinos bloko ir elektros generatoriaus derinys vadinamas dujų turbinos bloku.
Kombinuoto ciklo šiluminėse elektrinėse įrengti kombinuoto ciklo dujų blokai (CCG), kurie yra dujų turbinų ir garo turbinų derinys, leidžiantis pasiekti aukštą efektyvumą. CCGT-CHP elektrinės gali būti suprojektuotos kaip kondensacinės (CCP-CHP) ir su šilumos energijos tiekimu (CCP-CHP). Šiuo metu Rusijoje veikia keturios naujos CCGT-CHP elektrinės (Sankt Peterburgo šiaurės vakarų CHP, Kaliningradas, OJSC Mosenergo CHPP-27 ir Sochinskaya), o Tiumenės CHP taip pat pastatyta kogeneracinė CCGT elektrinė. 2007 m. pradėtas eksploatuoti Ivanovo CCGT-KES.
Modulinės šiluminės elektrinės susideda iš atskirų, dažniausiai to paties tipo, elektrinių – jėgos agregatų. Maitinimo bloke kiekvienas katilas tiekia garą tik į savo turbiną, iš kurios po kondensacijos grįžta tik į savo katilą. Visos galingos valstybinės rajoninės elektrinės ir šiluminės elektrinės, turinčios vadinamąjį tarpinį garo perkaitinimą, statomos pagal blokinę schemą. Šiluminėse elektrinėse su kryžminėmis jungtimis katilų ir turbinų darbas užtikrinamas skirtingai: visi šiluminės elektrinės katilai tiekia garą į vieną bendrą garo liniją (kolektorių), o iš jos maitinamos visos šiluminės elektrinės garo turbinos. Pagal šią schemą statomi CES be tarpinio perkaitimo ir beveik visos kogeneracinės elektrinės su subkritiniais pradiniais garo parametrais.
Pagal pradinio slėgio lygį išskiriamos subkritinio slėgio, superkritinio slėgio (SCP) ir supersuperkritinių parametrų (SSCP) šiluminės elektrinės.
Kritinis slėgis yra 22,1 MPa (225,6 at). Rusijos šilumos ir elektros pramonėje pradiniai parametrai yra standartizuoti: šiluminės elektrinės ir kogeneracinės elektrinės statomos 8,8 ir 12,8 MPa (90 ir 130 atm) subkritiniam slėgiui, o SKD - 23,5 MPa (240 atm). . Dėl techninių priežasčių šiluminės elektrinės su superkritiniais parametrais papildomos tarpiniu perkaitimu ir pagal blokinę schemą. Prie superkritinių parametrų paprastai priskiriamas didesnis nei 24 MPa (iki 35 MPa) slėgis ir didesnė nei 5600 C (iki 6200 C) temperatūra, kurių naudojimui reikalingos naujos medžiagos ir naujos įrangos konstrukcijos. Dažnai skirtingų parametrų lygių šiluminės elektrinės arba kombinuotos šilumos ir elektrinės statomos keliais etapais – eilėmis, kurių parametrai didėja įvedus kiekvieną naują eilę.
Įkeliama...
