|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Теплова електростанція. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Теплова електростанція (теплова електрична станція) - електростанція, що виробляє електричну енергію за рахунок перетворення хімічної енергії палива на механічну енергію обертання валу електрогенератора.
На теплових електростанціях проводиться перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива (вугілля, торф, сланці, нафта, гази), механічну, а потім електричну. Тут хімічна енергія, що міститься в паливі, проходить складний шлях перетворень з однієї форми в іншу для отримання електричної енергії. Перетворення енергії, що полягає в паливі, на тепловій електростанції можна розділити на такі основні стадії: перетворення хімічної енергії в теплову, теплової - в механічну і механічної - в електричну. Перші теплові електростанції (ТЕС) з'явилися наприкінці ХІХ ст. У 1882 р. ТЕС було побудовано НьюЙорку, 1883 р. - у Петербурзі, 1884 р. - у Берліні. Серед ТЕС більшу частину складають теплові паротурбінні електростанції. Там теплова енергія використовується в котельному агрегаті (парогенераторе).
Одним із найважливіших елементів котельного агрегату є топка. У ній хімічна енергія палива під час хімічної реакції горючих елементів палива з киснем повітря перетворюється на теплову енергію. При цьому утворюються газоподібні продукти згоряння, які сприймають більшу частину тепла, що виділився при згорянні палива. У процесі нагрівання палива у топці утворюється кокс та газоподібні, леткі речовини. При температурі 600-750 °C леткі речовини спалахують і починають горіти, що призводить до підвищення температури в топці. При цьому починається горіння коксу. В результаті утворюються димові гази, що виходять з топки за температури 1000-1200 °C. Ці гази використовують для нагрівання води та отримання пари. На початку ХІХ ст. для отримання пари застосовували прості агрегати, в яких підігрів та випаровування води не розмежовувалися. Типовим представником найпростішого типу парових казанів був циліндричний котел. Для електроенергетики, що розвивається, були потрібні котли, що виробляють пар високої температури і високого тиску, оскільки саме при такому стані він дає найбільшу кількість енергії. Такі котли були створені і їх назвали водотрубними котлами. У водотрубних котлах топкові гази обтікають труби, якими циркулює вода, тепло від топкових газів передається через стінки труб воді, яка перетворюється на пару.
Сучасний паровий котел працює в такий спосіб. Паливо згоряє у топці, біля стін якої розташовані вертикальні труби. Під дією тепла, що виділилося при спалюванні палива, вода, що знаходиться в цих трубах, кипить. Пар, що утворюється при цьому, піднімається в барабан котла. Котел є товстостінним горизонтальним сталевим циліндром, що заповнюється водою до половини. Пара збирається у верхній частині барабана і виходить із нього до групи змійовиків - пароперегрівач. У пароперегрівачі пар додатково нагрівається димовими газами, що виходять з топки. Він має температуру вищу, ніж та, коли вода кипить при даному тиску. Така пара називається перегрітою. Після виходу з пароперегрівача пара надходить до споживача. У газоходах котла, розташованих після пароперегрівача, димові гази проходять через іншу групу змійовиків – водяний економайзер. У ньому вода перед надходженням у барабан котла підігрівається теплом димових газів. За економайзером по ходу димових газів зазвичай розміщуються труби повітропідігрівача. У ньому повітря підігрівають перед подачею в топку. Після повітропідігрівача димові гази при температурі 120-160 °C виходять у димову трубу. Усі робочі процеси котлового агрегату повністю механізовані та автоматизовані. Він обслуговується численними допоміжними механізмами, які рухаються електродвигунами, потужність яких може досягати кількох тисяч кіловат. Котельні агрегати потужних електростанцій виробляють пар високого тиску – 140-250 атмосфер та високої температури – 550-580 °C. У топках цих котлів переважно спалюють тверде паливо, подрібнене до пилоподібного стану, мазут чи природний газ. Перетворення вугілля на пилоподібний стан проводиться в пилоприготувальних установках. Принцип роботи такої установки з кульовим барабанним млином полягає в наступному. Паливо надходить у котельню стрічковими транспортерами і скидається в бункер, з якого після автоматичних ваг живильником подається до вуглерозмального млина. Розмелювання палива відбувається всередині горизонтального барабана, що обертається зі швидкістю близько 20 об/хв. У ньому знаходяться сталеві кулі. По трубопроводу до млина подається гаряче повітря, нагріте до температури 300-400 °C. Віддаючи частину свого тепла на підсушування палива, повітря охолоджується до температури порядку 130 °C і, виходячи з барабана, виносить вугільний пил, що утворюється в млині, в пилерозділювач (сепаратор). Звільнена від великих частинок пилоповітряна суміш виходить із сепаратора зверху і прямує в пилеотделитель (циклон). У циклоні вугільний пил відокремлюється від повітря, і через клапан надходить у бункер вугільного пилу. У сепараторі великі частинки пилу випадають і повертаються до млина для подальшого розмелювання. Суміш вугільного пилу та повітря подається в пальники котла. Пилокутні пальники є пристроями для подачі в топкову камеру пилоподібного палива і необхідного для його горіння повітря. Вони повинні забезпечити повне згоряння палива шляхом створення однорідної суміші повітря та палива. Топка сучасних пиловугільних котлів є високою камерою, стіни якої вкриті трубами, так званими пароводяними екранами. Вони захищають стіни камери топки від налипання на них шлаку, що утворюється при спалюванні палива, а також захищають обмуровку від швидкого зносу внаслідок хімічного впливу шлаку і високої температури, що розвивається при горінні палива в топці. Екрани сприймають у 10 разів більше тепла на кожен квадратний метр поверхні, ніж інші трубчасті поверхні нагрівання котла, що сприймають тепло топкових газів головним чином за рахунок безпосереднього зіткнення з ними. У камері згоряння вугільний пил запалюється і згоряє в несучому її газовому потоці. Топки котлів, в яких спалюється газоподібне або рідке паливо, також є камерами, покритими екранами. Суміш палива та повітря подається в них через газові пальники чи мазутні форсунки. Влаштування сучасного барабанного котельного агрегату великої продуктивності, що працює на вугільному пилу, полягає в наступному. Паливо у вигляді пилу вдується в топку через пальники разом із частиною необхідного для горіння повітря. Решта повітря подається в топку заздалегідь підігрітим до температури 300-400 °C. У топці частинки вугілля згоряють на льоту, утворюючи смолоскип з температурою 1500-1600 °C. Негорючі домішки вугілля перетворюються на золу, більшість якої (80-90 %) виноситься з топки димовими газами, що утворилися внаслідок спалювання палива. Решта попелу, що складається з частинок шлаку, що злиплися, накопичився на трубах топкових екранів і потім відірвався від них, падає на дно топки. Після цього вона збирається у спеціальній шахті, розташованій під топкою. Струменем холодної води шлак охолоджується в ній, а потім виноситься водою за межі котельного агрегату спеціальними пристроями системи гідрозоловидалення. Стіни топки покриті екраном – трубами, в яких циркулює вода. Під дією тепла, що випромінюється палаючим факелом, вона частково перетворюється на пару. Ці труби приєднані до барабана котла, який також подається підігріта в економайзері вода. У міру руху димових газів частина їх тепла випромінюється на трубки екрану і температура газів поступово знижується. Вихід з топки становить 1000-1200 °C. Під час руху димові гази на виході з топки стикаються з трубками екранів, охолоджуючись до температури 900-950 °C. У газоході котла розміщені трубки змійовиків, якими проходить пара, що утворився в екранних трубах і відокремився від води в барабані котла. У змійовиках пара отримує додаткове тепло від димових газів і перегрівається, тобто його температура стає більш високою, ніж температура води, що кипить при тому ж тиску. Ця частина котла називається пароперегрівачем. Пройшовши між трубами пароперегрівача, димові гази з температурою 500-600 ° C потрапляють у частину котла, у якій розміщені трубки водопідігрівача, чи водяного економайзера. У нього подається поживна вода з температурою 210-240 °C. Така висока температура води досягається в спеціальних підігрівачах, що є частиною турбінної установки. У водяному економайзері вода нагрівається до температури кипіння та надходить у барабан котла. Димові гази, що проходять між трубами водяного економайзера, продовжують охолоджуватися і потім проходять усередині труб повітропідігрівача, в якому проводиться підігрів повітря за рахунок тепла, що віддається газами, температура яких при цьому знижується до 120-160 °C. Повітря, необхідне для спалювання палива, подається в повітропідігрівач дуттьовим вентилятором і там нагрівається до 300-400 ° C, після чого надходить у топку для спалювання палива. Вийшли з повітропідігрівача димові, або гази, що йдуть, проходять через спеціальний пристрій - золоуловлювач - для очищення від золи. Очищені гази димососом викидаються в атмосферу через димову трубу висотою до 200 м. Істотне значення у котлах цього типу має барабан. По численних труб до нього надходить пароводяна суміш із топкових екранів. У барабані пар відокремлюється з цієї суміші, а вода, що залишилася, змішується з поживною водою, що надходить в цей барабан з економайзера. З барабана вода трубами, розташованими зовні топки, проходить у збірні колектори, а з них - в екранні труби, розташовані в топці. У такий спосіб замикається круговий шлях (циркуляція) води у барабанних котлах. Рух води та пароводяної суміші за схемою барабан - зовнішні труби - екранні труби - барабан здійснюється за рахунок того, що загальна вага стовпа пароводяної суміші, що заповнює екранні труби, менше ваги стовпа води в зовнішніх трубах. Це створює напір природної циркуляції, що забезпечує круговий рух води. Парові казани автоматично керуються численними регуляторами, за роботою яких спостерігає оператор. Прилади регулюють подачу в котел палива, води і повітря, підтримують постійними рівень води в барабані котла, температуру перегрітої пари та ін. На ньому також знаходяться прилади, що дозволяють дистанційно виконувати з цього щита автоматизовані операції: відкриття та закриття всіх запірних органів на трубопроводах, пуск та зупинку окремих допоміжних механізмів, а також пуск та зупинку всього котлоагрегату в цілому. Водотрубні котли описаного типу мають дуже істотний недолік: наявність громіздкого важкого та дорогого барабана. Щоб позбутися його, було створено парові котли без барабанів. Вони складаються із системи вигнутих трубок, в один кінець яких подається поживна вода, а з іншого виходить перегріта пара необхідних тиску і температури, тобто вода до перетворення її в пару проходить через всі поверхні нагрівання один раз без циркуляції. Такі парові казани названі прямоточними. Схема роботи такого казана наступна. Поживна вода проходить через економайзер, потім потрапляє у нижню частину змійовиків, розташованих гвинтоподібно на стінах топки. Пароводяна суміш, що утворилася в цих змійовиках, надходить у змійовик, розташований в газоході котла, де закінчується перетворення води в пару. Ця частина прямоточного казана називається перехідною зоною. Потім пара надходить у пароперегрівач. Після виходу з пароперегрівача пара прямує до споживача. Повітря, необхідне для горіння, підігрівається в повітропідігрівачі. Прямоточні котли дозволяють отримати пару тиском понад 200 атмосфер, що у барабанних котлах неможливо. Отримана перегріта пара, що має високий тиск (100-140 атмосфер) і високу температуру (500-580 °C) здатна розширюватися і виконувати роботу. По магістральних паропроводах ця пара передається до машинного залу, в якому встановлені парові турбіни. У парових турбінах відбувається перетворення потенційної енергії пари на механічну енергію обертання ротора парової турбіни. У свою чергу, ротор з'єднаний із ротором електричного генератора. Принцип роботи та пристрій парової турбіни розглянуто у статті "Електрична турбіна", тому зупинятися на них докладно ми не будемо. Парова турбіна буде тим економічнішою, тобто тим менше буде витрачати тепла на кожен вироблений нею кіловат-годину, чим нижче буде тиск пари, що виходить з турбіни. З цією метою пар, що виходить з турбіни, направляють не в атмосферу, а в особливий пристрій, званий конденсатор, в якому підтримують дуже низький тиск, всього 0,03-0,04 атмосфери. Досягається це зниженням температури пари з допомогою охолодження його водою. Температура пари за такого тиску становить 24-29 °C. У конденсаторі пара віддає своє тепло охолодній воді і при цьому відбувається його конденсація, тобто перетворення на воду - конденсат. Температура пари в конденсаторі залежить від температури охолоджувальної води та кількості цієї води, що витрачається на кожен кілограм пари, що конденсується. Вода, що служить для конденсації пари, надходить у конденсатор при температурі 10-15 °C, а виходить із нього при температурі близько 20-25 °C. Витрата води, що охолоджує, досягає 50-100 кг на 1 кг пари. Конденсатор є циліндричним барабаном з двома кришками по торцях. В обох кінцях барабана встановлені металеві дошки, у яких закріплено велику кількість латунних трубок. По цих трубках проходить вода, що охолоджує. Між трубками, обтікаючи їх зверху донизу, проходить пара з турбіни. конденсат, Що Утворюється при конденсації пари, видаляється знизу. При конденсації пари велике значення має передача тепла від пари до стінки трубок, якими проходить охолодна вода. Якщо парі є навіть незначна кількість повітря, то передача тепла від пари до стінки трубки різко погіршується; від цього залежатиме і величина тиску, який треба буде підтримувати у конденсаторі. Повітря, що неминуче проникає в конденсатор з парою і через нещільність, необхідно безперервно видаляти. Це здійснюється спеціальним апаратом – пароструминним ежектором. Для охолодження в конденсаторі пари, що відпрацював у турбіні, використовують воду з річки, озера, ставка або моря. Витрата охолодної води на потужних електростанціях дуже велика і становить, наприклад, для електростанції потужністю 1 млн квт, близько 40 м3/сек. Якщо воду для охолодження пари в конденсаторах забирають з річки, а потім, нагріту в конденсаторі, повертають у річку, таку систему водопостачання називають прямоточною. Якщо води у річці недостатньо, то споруджують греблю і утворюють ставок, з кінця якого забирають воду для охолодження конденсатора, а інший кінець скидають нагріту воду. Іноді для охолодження води, що нагрілася в конденсаторі, застосовують штучні охолоджувачі - градирні, що являють собою вежі заввишки близько 50 м-коду. Нагріта в конденсаторах турбіни вода подається на лотки, розташовані в цій вежі на висоті 6-9 м. Випливаючи струменями через отвори лотків і розбризкуючись у вигляді крапель або тонкої плівки, вода стікає вниз, при цьому частково випаровуючись і охолоджуючись. Охолоджена вода збирається у басейні, звідки насосами подається до конденсаторів. Така система водопостачання називається замкненою. Ми розглянули основні пристрої, що служать для перетворення хімічної енергії палива на електричну енергію на паротурбінній тепловій електростанції. Робота електростанції, що спалює вугілля, відбувається так. Вугілля подається залізничними складами широкої колії до розвантажувального пристрою, де за допомогою спеціальних розвантажувальних механізмів - вагоноперекидачів - вивантажується з вагонів на стрічкові транспортери. Запас палива в котельні створюється у спеціальних ємностях-сховищах – бункерах. З бункерів вугілля надходить у млин, де воно підсушується і розмелюється до пилоподібного стану. Суміш вугільного пилу та повітря подається в топку котла. При згорянні вугільного пилу утворюються димові гази. Після охолодження гази проходять через золоуловлювач і, очистившись у ньому від летючої золи, викидаються в димар. Шлаки, що випали з топкової камери, і летюча зола із золоуловлювачів по каналах транспортуються водою і потім насосами перекачуються в золовідвал. Повітря для спалювання палива подається вентилятором в повітропідігрівач котла. Перегріта пара високого тиску і високої температури, отримана в котлі, паропроводами подається в парову турбіну, де вона розширюється до дуже низького тиску і йде в конденсатор. Конденсат, що утворився в конденсаторі, забирається конденсатним насосом і подається через підігрівач в деаератор. У деаератор відбувається видалення з конденсату повітря і газів. В деаератор надходить також сира вода, що пройшла через водопідготовчий пристрій для заповнення втрати пари і конденсату. З живильного бака деаератора насосом поживна вода подається у водяний економайзер парового котла. Вода для охолодження пари, що відпрацювала, забирається з річки і циркуляційним насосом направляється в конденсатор турбіни. Електрична енергія, вироблена генератором, з'єднаним з турбіною, відводиться через електричні трансформатори, що підвищують, по лініях електропередачі високої напруги до споживача. Потужність сучасних ТЕС може досягати 6000 мегават і більше при ККД до 40%. На ТЕС можуть застосовуватися газові турбіни, що працюють на природному газі або рідкому паливі. Газотурбінні електростанції (ГТЕС) використовуються для покриття піків електричного навантаження. Існують також парогазові електростанції, в яких енергетична установка складається з паротурбінного та газотурбінного агрегатів. Їх ККД сягає 43 %. Перевагою ТЕС, порівняно з гідроелектростанціями, є те, що їх можна побудувати в будь-якому місці, наблизивши їх до споживача. Вони працюють на всіх видах органічного палива, тому їх можна пристосувати до того виду, який є в даній місцевості. У 70-х років XX в. частка електроенергії, що виробляється на ТЕС, становила приблизно 75% від загального виробітку. У СРСР і вона була ще вище - 80 %. Основним недоліком теплоелектростанцій є високий рівень забруднення навколишнього середовища вуглекислим газом, а також велика площа, яку займають відвали золи. Автор: Пристінський В.Л.
▪ Космічна лабораторія Марс Патфайндер
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Хрящова тканина у суглобах не оновлюється протягом життя ▪ Супутниковий зв'язок у діапазоні 300 ГГц
▪ розділ сайту Початківцю радіоаматору. Добірка статей ▪ стаття Жан Лерон Д'Аламбер. Знамениті афоризми ▪ стаття Що таке гелій? Детальна відповідь ▪ стаття Розторопша. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Автоматичний тир із DENDY-пістолета. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Простий SSB-мінітрансівер на 160 метрів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page