Охрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияЭлектрическая и тепловая энергия производится: на тепловых электрических станциях (ТЭС) на органическом топливе с использованием в турбинах водяного пара (паротурбинные установки ПТУ), продуктов сгорания (газотурбинные установки ГТУ), их комбинаций (парогазовые установки ПГТУ);
Тепловые электрические станции (ТЭС). Их можно разделить на конденсационные электрические станции (КЭС), производящие только электроэнергию (они называются также ГРЭС государственные районные электростанции), и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) электрические станции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии.
Рассмотрим схему производства электрической энергии на ТЭС, работающей на твердом топливе (рис. 10.3.1).
Рис. 10.3.1. Схема тепловой электроцентрали (ТЭЦ) с турбинами с ухудшенным вакуумом: 1 - паровой котел, 2 - турбина, 3 - электрогенератор, 4 - конденсатор, 5 - питательный насос
Современные тепловые электрические станции имеют преимущественно блочную структуру, т. е. состоят из отдельных энергоблоков. В состав каждого энергоблока входят основные агрегаты турбинный и котельный и связанное с ними непосредственно вспомогательное оборудование. Турбина вместе с котлом, питающим ее паром, образует моноблок.
Уголь поступает со склада в систему подготовки топлива, в которой дробится, подсушивается и размалывается, превращаясь в угольную пыль. В таком виде топливо поступает в горелки, в которых смешивается с подогретым воздухом.
Топливо сгорает в топочной камере парового котла с выделением теплоты. Эта теплота передается рабочему телу воде, превращая ее сначала в насыщенный пар (пар, имеющий температуру кипящей жидкости, из которой он получен), а затем перегретый (имеющий температуру более высокую, чем температура кипения жидкости при данном давлении), обладающей большой энергией.
Энергия пара приводит во вращение ротор паровой турбины. Турбина вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту (50 Гц). Механическая энергия вращения вала турбины передается электрогенератору, вырабатывающему электроэнергию, которая после повышения напряжения в трансформаторе направляется по линиям электропередачи к потребителю.
Отработавший в турбине пар подается в конденсатор, где конденсируется, отдавая тепло охлаждающей воде, перекачиваемой из охладителей, в качестве которых служат пруды-охладители или естественные водоемы озера, реки, водохранилища.
Образовавшийся конденсат откачивается из конденсатора и питательным насосом подается в котел.
Цикл замыкается. Потери воды компенсируются очищенной в системе водоподготовки добавочной водой.
Схема ТЭЦ отличается тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду, подаваемую в главные тепловые магистрали.
Гидроэлектростанции. В схему входят: водохранилище, подводящий водовод, регулятор расхода воды, гидротурбина, Электрогенератор, система контроля и управления параметрами генератора, электрораспределительная система (рис. 10.3.2).
Рис. 10.3.2. Схема гидроэлектростанции (ГЭС) с ковшовой (активной) турбиной: 1 - электрогенератор, 2 - привод от турбины к генератору, 3 - гидротурбина, 4 - сопло, 5 - вентиль, 6 - водовод, 7 - плотина, 8 - решетка
Основным рабочим органом гидроэнергетической установки, непосредственно преобразующим энергию движущейся воды в кинетическую энергию своего вращения, является гидротурбина. Коэффициент полезного действия гидротурбины составляет до 90%.
Атомные электрические станций. Тепловые схемы атомных электростанций зависят от типа реактора, вида теплоносителя состава оборудования. Тепловые схемы могут быть одно, двух и трехконтурными.
В одноконтурных схемах пар вырабатывается непосредственно в реакторе и поступает в паровую турбину (рис. 10.3.3). Отработавший в турбине пар конденсируется, и конденсат питательным насосом подается в реактор. Одноконтурная схема наиболее проста в конструктивном отношении и достаточно экономична.
Рис. 10.3.3. Тепловая схема простейшей одноконтурной атомной электростанции (АЭС): 1 - ядерный реактор, 2 - турбина, 3 - электрогенератор, 4 - конденсатор, 5 - питательный насос
Однако вода на выходе из реактора становится радиоактивной, что предъявляет повышенные требования к биологической защите и затрудняет проведение контроля и ремонта оборудования.
В двухконтурных схемах существуют два самостоятельных контура (рис. 10.3.4). Контур теплоносителя первый; контур рабочего тела второй. Общее оборудование обоих контуров парогенератор. Нагретый в реакторе теплоноситель поступает в парогенератор, где отдает свою теплоту рабочему телу и при помощи главного циркуляционного насоса возвращается в реактор. Полученный в парогенераторе пар подается в турбину, совершает в ней работу, конденсируется, и конденсат питательным насосом подается в парогенератор. Наличие парогенератора усложняет установку и уменьшает ее экономичность, но препятствует появлению радиоактивности во втором контуре.
Рис. 10.3.4. Тепловая схема простейшей двухконтурной атомной Электростанции (АЭС): 1 - ядерный реактор, 2 - теплообменник-парогенератор, 3 - главный циркуляционный насос, 4 - турбина, 5 - электрогенератор, 6 - конденсатор, 7 - питательный насос
В трехконтурной схеме теплоносителями первого контура служат жидкие металлы, например натрий. Радиоактивный натрий первого контура из реактора направляется в теплообменник, где отдает теплоту натрию промежуточного контура, и циркуляционным насосом возвращается в реактор. Натрий промежуточного контура отдает теплоту в парогенераторе рабочему телу (воде) третьего контура. Образующийся в парогенераторе пар поступает в турбину, совершает работу, конденсируется и питательным насосом подается в парогенератор.
Трехконтурная схема требует больших затрат, но обеспечивает безопасную эксплуатацию реактора.
Котельные. Котельные предназначены для централизованного теплоснабжения промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также для покрытия пиковых тепловых нагрузок в теплофикационных системах. Сооружение их требует меньших капиталовложений и может быть проведено в более короткие сроки, чем сооружение ТЭЦ той же мощности.
В котельных устанавливают водогрейные котлы или паровые котлы низкого давления.