Принцип работы тепловой электростанции

В самом упрощенном варианте работа тепловой электростанции выглядит так. Сначала топливо сжигается в специально предназначенной для этого камере сгорания. Эта камера называется паровым котлом. При сжигании топлива выделяется очень большое количество теплоты, которая нагревает воду, которая все время циркулирует в специальной системе труб, до состояния пара. Давление, созданное паром, заставляет вращаться ротор турбины. Энергия вращения ротора передается на вал электрогенератора, а вот этот генератор и вырабатывает электрическую энергию. Следует отметить, что система обращения воды полностью замкнута. Пар, проходя сквозь турбину, охлаждается и конденсируется. Снова превратившись в жидкое состояние, вода используется заново. В роли топлива могут выступать уголь, газ, торф, горючие сланцы. Это конденсационный принцип работы агрегата (рис. 8.3 - 8.6). Но при такой системе выработки электроэнергии теплоту расходуют нерационально. Более эффективными являются теплоэлектроцентрали (рис. 8.7 – 8.8), так как часть получаемого на них пара после его использования для выработки электроэнергии используют на бытовые нужды (на отопление и горячее водоснабжение). Недостатком ТЭЦ в том, что их необходимо строить недалеко от конечного потребителя теплоты для уменьшения тепловых потерь в тепловых сетях.

 

Рис. 8.3. Схемы работы конденсационной электростанции.

Рис. 8.4. Выработка электроэнергии на КЭС при помощи пара.

Рис. 8.5. Принципиальная схема КЭС и ее тепловой баланс.

Рис. 8.6. Схема КЭС на угле: 1 - градирня; 2 - циркуляционный насос; 3 - линия электропередачи; 4 - повышающий трансформатор; 5 - турбогенератор; 6 - цилиндр низкого давления паровой турбины; 7 - конденсатный насос; 8 - поверхностный конденсатор; 9 - цилиндр среднего давления паровой турбины; 10 - стопорный клапан; 11 - цилиндр высокого давления паровой турбины; 12 - деаэратор; 13 - регенеративный подогреватель; 14 - транспортёр топливоподачи; 15 - бункер угля; 16 - мельница угля; 17 - барабан котла; 18 - система шлакоудаления; 19 - пароперегреватель; 20 - дутьевой вентилятор; 21 - промежуточный пароперегреватель; 22 - воздухозаборник; 23 - экономайзер; 24 - регенеративный воздухоподогреватель; 25 - фильтр; 26 - дымосос; 27 - дымовая труба.

Рис. 8.7. Принципиальная схема работы ТЭЦ в отопительный период.

Рис. 8.8. Принципиальная схема ТЭЦ, работающей на твердом топливе: 1 – топливный бункер; 2 – дробильная установка; 3 – топка парогенератора (парового котла); 4 – турбина; 5 – электрогенератор; 6 – конденсатор; 7 – конденсатный насос; 8 – конденсатный бак; 9 – насос.

В котёл с помощью питательного насоса подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идёт процесс горения - химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла, нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения по одному или нескольким трубопроводам подаётся в паровую турбину.

Паровая турбина, электрогенератор и возбудитель составляют в целом турбоагрегат. В паровой турбине пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного) и потенциальная энергия сжатого и нагретого до высокой температуры пара превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит в движение электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в электрических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вращающийся

 электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя.

Конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения, благодаря которому и происходит расширение пара в турбине. Он создаёт вакуум на выходе из турбины, поэтому пар, поступив в турбину с высоким давлением, движется к конденсатору и расширяется, что обеспечивает превращение его потенциальной энергии в механическую работу. Из-за этого конденсационные электростанции и получили своё название.

Рис. 8.9. Тепловой баланс когенераторной установки.

 

Рис. 8.10. Принципиальная схема биогазовой электростанции.

Рис. 8.11. Принципиальная схема получения при сжигании топлива

электроэнергии и горячей воды для использования в системе отопления.