Основное оборудование ПТУ

Ниже представлена структурная схема тепловой конденсационной стан­ции:

Рис.2. 1 — парогенератор, 2 — паровая турбина 3 - электрический генератор

4 – конденсатор , 5 – насос, 6 – подогреватель воды

Основные процессы теплового цикла паровых установок проис­ходят в следующих элементах: в парогенераторах — подвод тепла, в турбинах — расширение пара, в конденсаторах — охлаждение. С помощью насосов высокого давления производится сжатие, при котором конденсат нагнетается в парогенератор.

Схема тепловой станции показана на рис. 1. Станция такого типа работает следующим образом. Из бункера 1 (рис. 1) уголь поступает в дробильную установку 2, где он превращается в пыль. Угольная пыль вместе с воздухом из воздуходувки 3' подается в топку 3. Тепло, получаемое при сжигании уг­ля, используется для преобразова­ния воды в пар в трубах 4. Вода по змеевику 5 накачивается насосом 14 в барабан котла 5'. Пар, нагретый потоком горячих газов, уходящих в трубу 6, при высокой температуре и при высоком давлении поступает сначала в первую ступень турбины 7 и далее во вторую ступень 8. В тур­бине энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора генератора 9, вырабатываю­щего электрическую энергию. Отра­ботанный в турбине пар поступает в конденсатор 13, превращается в во­ду, которая насосом 14 подается в котел, и затем цикл превращения воды повторяется. Охлаждение пара в конденсаторе производится с помощью воды, забираемой из водоема (пруда или реки) 11, нака­чиваемой насосом 12 и вновь выбрасываемой в водоем. Продукты сгорания угля проходят через очистительные сооружения (не пока­занные на рис. 1), где выделяются зола, твердые частички несго-ревшего угля и прочие примеси, а оставшиеся газы через трубу 6 выбрасываются в атмосферу. Электрическая энергия, получаемая от статора генератора, отдается в электрическую систему через вы­воды 10.

Рассмотрим несколько подробнее основные элементы тепловой конденсационной станции, показанные на рис. 2.

Пар получают в парогенераторе. Современный парогенератор представляет собой сложное техническое сооружение больших раз­меров, высота которого соизмерима с высотой пятиэтажного дома. В топке парогенератора сжигается превращенный в мелкую пыль уголь, газ или распыленная нефть при температуре 15004-2000° С. Для наиболее полного сжигания топлива с помощью вентиляторов в больших количествах подается подогретый воздух. Появляющее­ся в процессе сгорания топлива тепло нагревает воду, превращает ее в пар и увеличивает его температуру и давление до расчетных значений. Использованные горячие газы дымососами вытягивают­ся из парогенератора и подаются в очистительные устройства, а за­тем направляются в дымовую трубу.

Вода, подаваемая в парогенератор, предварительно очищается от примесей, содержание которых допускается в количестве мень­шем, чем в питьевой воде. Очистка воды производится в специаль­ных устройствах — питателях.

По конструктивному выполнению парогенераторы подразделя­ют на барабанные и прямоточные.

Рис. 2. Барабанный пароге­нератор Рис. 3. Прямоточный па­рогенератор

В барабанном парогенераторе (рис. 2) имеется стальной барабан 3, в нижней части которого находится вода, а в верхней части — пар. По циркуляционной трубе 2 вода посту­пает в трубки экрана 1, покрывающие стенки топки 7. Трубки эк­рана выполняют стальными, небольшого диаметра (примерно 40 мм снаружи и 32 мм внутри), для того чтобы они смогли выдержать большое давление пара. В крупном парогенераторе каждый час ис­паряются сотни тонн воды и поэтому трубки имеют общую длину до 50 км. Чтобы повысить эффективность работы парогенератора, вода перед подачей в барабан нагревается в экономайзере 5, а воздух перед подачей в топку подогревается горячими газами в воздухо­подогревателе 6. Выходящий из барабана пар дополнительно на­гревается в пароперегревателе 4.

В барабанном парогенераторе происходит естественная цирку­ляция воды и пароводяной смеси за счет их разной плотности. По мере увеличения температуры и давления пара уменьшается раз­ность в плотностях воды и пара, что ухудшает их циркуляцию.

В прямоточном парогенераторе барабана нет. Цир­куляция воды и пара создается насосами (рис. 3.). Вода через водоподогреватель 3 поступает в трубы /, расположенные в топке, превращается в пар, который затем подается в пароперегреватель 2 идалее в турбину. В воздухоподогревателе 4 происходит подогрев воздуха перед подачей его в топку. Прямоточные парогенераторы требуют чувствительного и точного регулирования подачи воды. Кроме того, к питательной воде, используемой в парогенераторах этого типа, предъявляют очень высокие требования в отношении ее качества.

Прямоточные котлы получили широкое распространение, так как они дешевле барабанных. Кроме того, котлы других конструк­ций не позволяют получать пар при давлении выше 20 МПа. У ба­рабанных парогенераторов при высоких давлениях нарушается ес­тественная циркуляция воды и пара.

Прямоточные парогенераторы стали применяться в нашей стране в 30-е годы по инициативе Л. К. Рамзина, который разработал ряд оригинальных конструк­ций котлов.

Турбины.Полученный в парогенераторах перегретый пар при температуре ~ 600° С и давлении 30 МПа по паропроводам пере­дается в сопла. Сопла предназначены для преобразования внутрен­ней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул.

Расширяющееся сопло изобрел шведский инженер Густав Лаваль, на кото­рое в 1889 г. был выдан английский патент. Характерной чертой творчества Лаваля было то, что он создавал работоспособные конструкции, теорию кото­рых позднее разрабатывали другие. Так, теория расширяющегося сопла была в приближенной форме разработана только в 1899 г.

Если перед входом в сопло пар имел некоторую начальную ско­ростьс_о иначальное давление р₁ (рис. 4), то после выхода из сопла врезультате расширения пара происходит увеличение его скорости до величины с₁ и уменьшение давления до величины р₂-Температура пара при этом также значительно понижается.

Конденсаторы.Пар, выходящий из турбины, направляют для ох­лаждения и конденсации в специальные устройства, называемые конденсаторами. Конденсатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого имеется большое число латунных трубок. По трубкам протекает охлаждающая вода, поступающая в конден­сатор обычно при температуре 10-15° С, а выходящая из него — при температуре 20—25° С. Пар обтекает трубки сверху вниз, кон­денсируется и снизу удаляется. Давление в конденсаторе поддер­живается в пределах 3—4 кПа, что достигается охлаждением пара.

Расход охлаждающей воды составляет примерно 50—100 кг на 1 кг пара.

Если воду для охлаждения пара забирают из реки, подают в кон­денсатор, а затем сбрасывают в реку, то такую систему водоснаб­жения называют прямоточной. В случаях, когда воды в реке не хватает, сооружают пруд. С одной стороны пруда вода подается з конденсатор, а в другую сторону пруда сбрасывается нагретая в конденсаторе вода.

В замкнутых циклах водоснабжения для охлаждения воды, на­гретой в конденсаторе, сооружают градирни, представляющие со­бой устройства высотой примерно 50 м. Вода вытекает струйками из отверстий лотков, разбрызгивается к, стекая вниз, охлаждается Внизу расположен бассейн, в котором вода собирается и затем на­сосами подается в конденсатор.

Тепловой баланс, конденсационной электрической станции. На тепловых электрических станциях происходят многократные пре­образования энергии, сопровождающиеся потерями. Экономичность процесса преобразования химической энергии топлива в элек­трическую и потери на различных стадиях производства можно выявить из анализа теплового баланса электрической станции. Ес­ли за 100% принять химическую энергию, получаемую при сжига­нии угля в топках котлов, то в среднем только 25% этой энергии превращается в электрическую Наибольшие потери теп­ла происходят в конденсаторе. С охлаждающей водой конденсато­ра уносится 55% тепла.