За счет чего работает тэц
IT News
Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm
Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)?
У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.
Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива — угля, нефти и природного газа — для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524°С (1000°F), приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.
Современные тепловые электростанции превращают в электроэнергию около 40 процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, остальная сбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанную теплоту для отопления близлежащих домов и предприятий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии увеличивает энергетическую отдачу электростанции до 80 процентов.
Паротурбинная установка с электрогенератором
Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.
Вид в разрезе
Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.
Выработка энергии при помощи пара
На тепловой электростанции топливо сгорает в котле, с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубкам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, вырабатывая механическую энергию, которую генератор превращает в электричество. Выйдя из турбины, пар поступает в конденсатор, где омывает трубки с холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.
Мазутный, угольный или газовый котел
Внутри котла
Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара.
Что такое ТЭЦ: как и на чем работает
Тепловые электростанции делят на конденсационные станции (КЭС, ранее ГРЭС) и теплоцентрали (ТЭЦ). Крупные модули продуцируют электрическую и тепловую энергию за счет сгорания топлива. КЭС и ТЭЦ разделяются по виду вырабатываемой энергии. Те и другие работают на различных видах топлива.
Что собой представляет ТЭЦ
Теплоцентраль — вариант электростанции, генерирующая тепло вместе с электричеством. Энергия по трубам и кабелям передается в объекты жилья и производства. Энергоноситель может быть в виде горячей воды или пара. Отличаются теплоцентраль и конденсационная теплоэлектростанция долей производства теплового и электрического носителя, а также конструкцией паровой турбины.
ТЭЦ функционирует по двойному режиму нагрузки:
Чаще на ТЭЦ ставят паровые теплофикационные виды турбин, позволяющие сразу генерировать два вида энергии.
К такому типу относят тепловые двигатели по принципу работы:
В двигателях с регуляцией объема пара его часть идет на конденсатор, остальной объем отводится из двух ступеней. Напор пара регулируют специальной системой (диафрагма в форме лопаток за отборной камерой). Лопасти делят на половины, которые поворачиваются относительно друг друга. Ступень, как место отбора, определяют по требуемым характеристикам пара.
У агрегатов с противодавлением весь объем пара применяют на технологические нужды (отопление, сушка, другое). Мощность агрегата зависит от нужд потребителя, меняется при необходимости. Турбины с противодавлением работают одновременно с конденсационным модулем, чтобы покрывать недостаток в электрической энергии.
В комбинированных агрегатах (с отбором и избыточным напором при сбросе) некоторая доля пара выводится посредством промежуточных ступеней, а отработанный пар идет на выпускную трубу в отопительную магистраль или к котельным для подогрева энергоносителя.
Еще одним отличием ТЭЦ считается более высокий КПД, чем у КЭС. Совмещение производства тепла и электроэнергии повышает показатель на 5 – 7% (для теплоэлектроцентрали 35 – 43%, электрической теплостанции — 30%). На установках ТЭЦ ставят турбины с возможностью отбора определенного количества пара, а в электрической энергетике таких котлов и техники не предусмотрено.
Устройство и принцип работы
В энергоустановках топливо сгорает в паровой топке (парогенераторе), нагревает пар, превращая его в водную среду. Жидкость прокачивается в котле с внутренними трубками (водотрубный агрегат). Перегретый влажный воздух с температурой +400 − +600°С и разным напором (низким или сильным) поступает в турбогенератор (комбинация генератора электричества и паровой турбины) по паропроводу.
В многоступенчатой системе энергия тепла частично преобразуется в механическую для оборачиваемости вала, на котором есть электрогенератор. Остальной объем идет в тепловую магистраль или в котельные для подогрева носителя.
Сооружения комплекса теплоэлектроцентрали:
Предусматривают при проектировании комплекса ТЭЦ возможность расширения основного корпуса, распределителя, системы очистки, водогрейного отсека. Параллельно главному корпусу строят подъездную дорогу (железнодорожные рельсы). Их ответвления идут ко всем зданиям на участке.
Технологическая схема работы включает процессы:
В топке одновременно находится топливо и нагретый воздух (окислитель). Конечный продукт — тепловая энергия и электричество.
Разновидности теплоэлектроцентралей
Современные энергетические комплексы бывают с поперечными связями и блочным расположением.
Это различие определяется в зависимости от технологического способа стыкования турбин и котлов:
По виду производящих агрегатов различают ТЭЦ с парогазовыми котлами, паровыми установками, реакторами ядерного топлива. Есть теплоэлектроцентрали без паровых турбин — с газотурбинными комплексами. Обычно на станции имеется оборудование разного типа, т. к. ТЭЦ расширяются, переоборудуются, чтобы соответствовать запросам.
Паровые установки различают по типу топлива:
Получили распространение газотурбинные комплексы, когда смесь нагретых газов от сжигания жидкого или газообразного горючего поворачивает лопасти турбины. После этого газовая смесь имеет достаточную температуру, чтобы питать паросиловой агрегат, или использоваться для теплоснабжения.
По типу производства тепла различают:
Обычно регулируемые типы отбора сочетаются, при этом число некоординируемых откачиваний для восстановления внутреннего режима турбины бывает любым, но не больше 9. Напор в производственных отборах всегда выше, чем в теплофикационных (1 – 2 МПа и 0,05 – 0,3 МПа, соответственно).
Наличие противодавления говорит о том, что у турбины нет конденсатора, а вторичный пар идет на промышленные нужды комплекса. Эти модули не могут работать, если отсутствует связь с потребителем.
Принцип работы ТЭЦ
Интерактивное приложение «Как работает ТЭЦ»
Чтобы газ лучше горел, в котлах установлены тягодутьевые механизмы. В котел подается воздух, который служит окислителем в процессе сгорания газа. Для снижения уровня шума механизмы снабжены шумоглушителями. Образовавшиеся при горении топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу и рассеиваются в атмосфере.
Раскаленный газ устремляется по газоходу и нагревает воду, проходящую по специальным трубкам котла. При нагревании вода превращается в перегретый пар, который поступает в паровую турбину. Пар поступает внутрь турбины и начинает вращать лопатки турбины, которые связаны с ротором генератора. Энергия пара превращается в механическую энергию. В генераторе механическая энергия переходит в электрическую, ротор продолжает вращаться, создавая в обмотках статора переменный электрический ток.
Через повышающий трансформатор и понижающую трансформаторную подстанцию электроэнергия по линиям электропередач поступает потребителям. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, где превращается в воду и возвращается в котел. На ТЭЦ вода движется по кругу. Градирни предназначены для охлаждения воды. На ТЭЦ используются вентиляторные и башенные градирни. Вода в градирнях охлаждается атмосферным воздухом. В результате выделяется пар, который мы и видим над градирней в виде облаков. Вода в градирнях под напором поднимается вверх и водопадом падает вниз в аванкамеру, откуда поступает обратно на ТЭЦ. Для снижения капельного уноса градирни оснащены водоуловителями.
Водоснабжение осуществляется от Москвы-реки. В здании химводоочистки вода очищается от механических примесей и поступает на группы фильтров. На одних она подготавливается до уровня очищенной воды для подпитки теплосети, на других — до уровня обессоленной воды и идет на подпитку энергоблоков.
Цикл, используемый для горячего водоснабжения и теплофикации, также замкнутый. Часть пара из паровой турбины направляется в водонагреватели. Далее горячая вода направляется в тепловые пункты, где происходит теплообмен с водой, поступающей из домов.
Высококлассные специалисты « Мосэнерго » круглосуточно поддерживают процесс производства, обеспечивая огромный мегаполис электроэнергией и теплом.
Как работает парогазовый энергоблок
Как работает ТЭЦ
По мере своего развития человечество потребляет все больше энергии. Примерно 50 лет назад электричество нужно было в основном для работы холодильника, телевизора и лампочки. Пускай сейчас они стали потреблять намного меньше, а лампы накаливания и вовсе заменили на светодиоды, но это не означает, что мы победили энергетический голод. У нас появилось очень много других потребителей. Смартфоны, компьютеры, планшеты, игровые приставки, наконец, электромобили… Все это не просто требует энергию, но и намекает нам на то, что ее должно становиться все больше и больше. Ее рост должен идти чуть ли не по экспоненте. Кто же будет давать нам эту энергию? Есть варианты.
Такие пейзажи выглядят очень масштабно.
Какие бывают источники энергии
Источников энергии существует множество. Самыми интересными, наверное, являются солнце и ветер. Вроде ничего не происходит, а электричество вырабатывается. Самые технологичные способы получения — это без сомнения атомная энергетика и токамаки, которые еще пока строятся и рано говорить об их промышленном запуске.
Есть и более экстравагантные способы получения энергии. Например, энергия Земли, о которой я подробно рассказывал ранее. Есть даже станции, которые вырабатывают энергию из приливов. Тоже своеобразный, но иногда действенный способ.
Сочетание приведенных выше технологий позволяет поставить источник энергии почти в любой точке мира. Если что, то можно даже подогнать плавучую атомную станцию, которая обеспечит энергией небольшой город на 60-100 тысяч жителей.
Первая в мире плавучая атомная станция «Академик Ломоносов».
Это все хорошо, но есть и более проверенные способы получения энергии, которые требуют мало затрат, но им надо обеспечивать много топлива и они не очень-то экологичны. Для выработки электричества они используют ископаемое топливо, которое, кроме прочего, может и закончиться, но пока его хватает.
Чем ТЭС отличается от ТЭЦ
Сначала надо разобраться с формулировками. Многие не понимаю, чем ТЭС отличается от ТЭЦ, и почему часто один и то же объект называют обеими этими аббревиатурами.
На самом деле это действительно примерно одно и то же. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) является разновидностью теплоэлектростанции (ТЭС). В отличии от второй, первая вырабатывает не только электричество, а еще и тепло для отопления близлежащих домов.
60% энергии в мире добывается за счет тепловых электростанций. В том числе и та, от которой заряжается Tesla и прочие электромобили. Вот такая экологичность получается.
ТЭЦ более универсальны, но когда с отоплением в домах все нормально, строятся простые ТЭС, но часто они могут быть преобразованы в ТЭЦ строительством пары дополнительных блоков и прокладкой инфраструктуры в виде труб.
Как работает тепловая электростанция
В основе работы тепловой электростанции лежат свойства пара, которыми он обладает. Вода, превращенная в пар, несет в себе большое количество энергии. Именно эту энергию направляют на вращение турбин, которые должны вырабатывать электричество.
Как правило, на тепловых электростанциях в качестве топлива используется уголь. Выбор этого топлива очень логичен, ведь именно угля на нашей планете еще очень и очень много. В отличии от нефти и газа, которых пока хватает, но уже маячит перспектива истощения их запасов.
Выше я сказал, что 60 процентов получаемой в мире энергии вырабатывается ТЭС. Если говорить о станциях, которые работают на угле, их доля достигает примерно 25 процентов. Это лишний раз подтверждает, что угля у нас много.
Для работы станции его заранее измельчают. Это может делаться в рамках станционного комплекса, но проще это сделать где-то в другом месте.
Измельченный уголь попадает на станцию на начальном этапе производства энергии. При его сжигании разогревается котел, в который и попадает вода. Температура котла может меняться, но его главной задачей является максимальный нагрев пара. Сам пар получается из воды, которая так же поступает на станцию.
Когда вода нагревается в котле, она в виде пара попадает на отдельный блок генератора, где под большим давлением раскручивает турбины. Именно эти турбины и вырабатывают энергию.
Примерно так выглядят принцип работы тепловых электростанций.
Казалось бы, что на этом надо заканчивать, ”заправлять” в котлы новый уголь и подливать воду, но не все так просто. На этапе турбины у потерявшего свою силу и остывшего пара есть два пути. Первый — в циклическую систему повторного использования, второй — в магистраль теплоснабжения. Нагревать воду для отопления отдельно нет смысла. Куда проще отобрать ее после того, как она приняла участие в выработке электричества. Так получается намного эффективнее.
Остывшая вода попадает в градирни, где охлаждается и очищается от примесей серы и других веществ, которыми она насытилась. Охлаждение может показаться нелогичным, ведь это оборотная вода и ее все равно надо будет снова нагревать, но технологически охлаждение очень оправдано, ведь какое-то оборудование просто не может работать с горячей водой.
Принцип работы градирни.
Несмотря на работу электростанций в замкнутом цикле с точки зрения движения воды, она все равно подается со стороны. Связано это с тем, что при охлаждении она выходит из градирни в виде пара и ее объем надо восстанавливать.
После этого вода или проходит через системы предварительного подогрева, или сразу поступает в котлы. Примерно так и выглядит схема работы тепловой электростанции. Есть, конечно, тонкости вроде резервуаров, отстойников, каналов, змеевиков и прочего оборудования, но оно разнится от станции к станции и останавливаться на нем подробно не стоит. Такое оборудование не влияет на принцип работы электростанции, который я описал.
Так выглядит турбина, когда она открыта и находится на обслуживании.
Есть и другие электростанции, которые работают на мазуте, газе и других видах горючих материалов, извлекаемых из недр планеты, но принцип их работы примерно один и тот же — горячий водяной пар крутит турбину, а топливо используется для получения этого пара.
Самая мощная электростанция в мире
Рассказ о принципе работы ТЭС был бы не полным без упоминания о рекордах. Мы же их все так любим, верно?
Самой мощной тепловой электростанцией в мире является китайская ТЭС, получившая название Tuoketuo. Ее мощность составляет 6 600 МВт и состоит она из пяти аналогичных по мощности энергоблоков. Для того, чтобы разместить все это, потребовалось выделить под нее площадь размером 2,5 квадратных километра.
Если цифра 6 600 МВт вам не о чем не говорит, то это мощнее, чем Запорожская атомная станция (Украина). Всего же, если включить Tuoketuo в рейтинг самых мощных атомных станций (забыв, что она тепловая), она займет почетное третье место. Вот такая мощь.
Следом за Tuoketuo в рейтинге самых мощных тепловых станций идет Тайчжунская ТЭС в Китае (5 824 МВт). С третьего по пятое места расположились Сургутская ГРЭС-2 в России (5 597 МВт), Белхатувская ТЭС в Польше (5 354 МВт) и Futtsu CCGT Power Plant в Японии (5 040 МВт).
Когда появилась первая тепловая электростанция
Энергию пара начали использовать уже давно. Одни паровозы и паровые котлы чего стоили. Кстати, в паровозах именно пар является основным элементом. По сути, это просто большая кастрюля, в которой кипит вода и вырабатывает пар для работы поршневого механизма.
Пар можно создать и дома, но на ТЭЦ он в тысячи раз мощнее.
Первая в мире тепловая электростанция была построена в 1882 году в Нью-Йорке. Место для нее нашли на Перл-Стрит (Манхэттен). Спустя год появилась первая в России подобная станция. Она была построена в Санкт-Петербурге.
Раз вы дочитали до этого места, то статья показалась вам интересной. Еще больше хороших статей вы сможете найти в нашем Telegram-канале.
ТЭЦ. Как это работает? Рассказываем, как работают ТЭЦ, чем они отличаются от котельных, а также о том, куда направляется электроэнергия с тепловой электроцентрали.
ТЭЦ или теплоэлектроцентраль – это электростанция, которая отпускает в энергосистему электрическую энергию, а в городскую централизованную систему – тепло. В Кирове работают три ТЭЦ и ещё одна – в Кирово-Чепецке. Самой старшей из них – ТЭЦ-1 – уже 87 лет, а самой молодой – ТЭЦ-5 – 41 год.
ТЭЦ в Кирове, как и по всей стране, строились в связи с индустриализацией, когда начался рост энергопотребления производства. Одновременно города уходили от отопления печами на дровах и переходили на более удобную и экологичную централизованную систему теплоснабжения.
От котельной теплоэлектроцентраль отличает то, что помимо тепла на станции вырабатывается и электричество. Таким образом, тепло и электричество на ТЭЦ производятся в специальных агрегатах, называемых теплофикационными турбинами. Это сочетание двух одновременно производимых в одних агрегатах продуктов энергетики называется когенерация.
Топливом на теплоэлектроцентрали могут служить многие углеводороды, но в энергетике применяются только те, которые достаточно недорого стоят, имеются в большом количестве и удобны для сжигания. Например, в довоенный период топливом для ТЭЦ-1 в Кирове служили дрова. Согласно историческим документам, тогда на станции было задействовано 480 пильщиков, которые распиливали за сутки до 1500 кубометров дров. Позже электростанции стали использовать в качестве топлива местный торф, а после войны – привозной уголь. С развитием газодобычи в 1970-е – 1980-е годы все ТЭЦ были переведены на сжигание природного газа. Мазут сегодня используется как резервное топливо на случай ограничения по газу.
Отметим, что Кировская ТЭЦ-4 является единственной электростанцией в России, которая может работать сразу на четырёх основных видах энергетического топлива: газ, уголь, торф и мазут.
Градирни – это системы охлаждения больших объёмов технической воды. Подобно радиатору в автомобиле градирня охлаждает воду, отводящую избыточное тепло от конденсатора пара, агрегатов и трущихся деталей турбин. Поступающая из цехов вода распыляется в градирне через систему оросителей и стекает внутрь, отдав тепло в атмосферу. Чем жарче на улице, тем больше требуется охлаждать воду для станции.
Это возможно, но влечёт за собой сразу несколько вызовов:
1. Котлы на ТЭЦ – взаимозаменяемые. Выводится из работы один, тут же растапливается другой. В маленькой котельной с одним котлом это сложно реализовать.
2. Вода для ТЭЦ и системы теплоснабжения города проходит специальную обработку. Из неё убираются лишние соли и кислород. На маленькой котельной реализовать этот процесс сложнее. Значит, и коррозия труб будет происходить более интенсивно.
3. Если на ТЭЦ есть альтернативные виды топлива, используемые при ограничении газоснабжения (например, в период сильных морозов), то на газовой котельной топить углём в этот период будет невозможно.
4. Обслуживание и ремонт большого количества малых котельных требует большого количества людей, которые их будут ремонтировать и эксплуатировать, поэтому стоимость тепла будет существенно выше.
5. Более мощное оборудование ТЭЦ имеет более высокую эффективность, чем оборудование малых котельных.
6. Если не будет теплоэлектроцентралей, то не будет и выработки электроэнергии на них. Это значит, что Киров, где нет ни гидро-, ни атомных, ни солнечных электростанций, всю электроэнергию по перетокам будет получать из других регионов и будет полностью энергозависим.
7. Установка большого количества маленьких, даже газовых, котельных может нанести существенный вред окружающей среде и экологии.