3.1. Технологический процесс получения электроэнергии на ТЭС

Технологическая схема ТЭС, работающей на природном газе, показана на рис.3.1.

От газораспределительного пункта (ГРП) 1 газ поступает в горелки 2, расположенные в топке котла. Для полного сгорания топлива специальным дутьевым вентилятором 28 в топку котла непрерывно подаётся горячий воздух, нагретый в воздухоподогревателе 25. Для повышения температуры воздуха используется рециркуляция: часть дымовых газов уходящих из котла специальными вентиляторами рециркуляции 29 подаётся к основному воздуху и смешивается с ним. Стены топки облицованы экранами 19 - трубами, к которым подаётся питательная вода из экономайзера (экономайзер – теплообменник, в котором вода нагревается, горячим газом) 24. Пространство за топкой котла заполнено трубами, в которых движется пар или вода; они нагреваются горячими дымовыми газами, движущимися к дымовой трубе 26, и постепенно охлаждаются.
Сухой насыщенный пар из топки поступает в основной пароперегреватель, состоящий из потолочного 20, ширмового 21 и конвективного элементов. В основном пароперегревателе повышается температура пара и, следовательно, его потенциальная энергия. Из конвективного пароперегревателя пар поступает в ЦВД 17 турбины (для турбин СКД — давление пара 240 ат, температура 540ОС). На выходе ЦВД давление пара 30-35 ат, температура 300-340О С.
Если бы пар продолжал расширяться в турбине дальше до давления в конденсаторе, то он стал бы очень влажным, что приводило бы к быстрому износу деталей в ЦНД из-за эрозии. Поэтому из ЦВД относительно холодный пар возвращается в промежуточный пароперегреватель 23, где он снова нагревается до исходной температуры (540О С). Полученный пар направляется в ЦСД 16 и после расширения в ЦСД до давления 2-3ат пар поступает в ЦНД 15.
Расширение пара обеспечивает превращение его потенциальной энергии в кинетическую энергию вращения ротора (находится на одном валу с ротором турбины) электрогенератора. Электрогенератор состоит из статора, в котором размещены обмотки трёх фаз, и ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит; его питание осуществляется постоянным током от специального возбудителя. Электрогенератор преобразует кинетическую энергию вращающегося ротора в электрическую энергию - в трёх фазных обмотках статора наводятся ЭДС.
Частота вращения ротора турбогенератора связана с частотой электрического тока выражением

где - число пар полюсов (число постоянных магнитов); в двухполюсных генераторах ( ) 3000 об/мин, в четырёхполюсных ( ) - 1500 об/мин. Частота электрического тока является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии.
Пар, покидающий ЦНД турбины, поступает в конденсатор 12, по трубкам которого непрерывно циркулирует охлаждающая вода с помощью циркуляционного насоса 9. Охлаждённая вода собирается внизу в бассейне и перетекает в аванкамеру, а оттуда циркуляционным насосом 9 она подаётся в конденсатор 12.
Пар, поступающий из турбины в межтрубное пространство конденсатора, конденсируется и стекает вниз; образующийся при этом конденсат конденсатным насосом 6 подаётся через группу регенеративных подогревателей низкого давления (ПНД) 3 в деаэратор 8. В ПНД температура конденсата повы-шается за счёт теплоты конденсации пара, отбираемого из турбины, что позволяет уменьшить расход топлива в котле и повысить экономичность электростанции.
В деаэраторе 8 происходит удаление из конденсата растворённых в нём газов, ухудшающих работу котла. Из деаэратора питательная вода питательным насосом 7 подаётся в группу подогревателей высокого давления (ПВД).
Регенеративный подогрев конденсата в ПНД и ПВД - это основной способ повышения КПД ТЭС. Пар, который расширился в турбине от входа до трубопровода отбора, выработал определённую мощность, поступив в регенеративный подогреватель, передал своё тепло конденсации питательной воде, а не охлаждающей, повысив её температуру и тем самым сэкономив расход топлива в котле.
Температура питательной воды за ПВД, т.е. перед поступлением в котёл составляет в зависимости от начальных параметров пара 240 - 280О С. Таким образом, замыкается технологический пароводяной цикл преобразования энергии химических связей топлива в механическую энергию вращения ротора турбогенератора.
Газообразные продукты сгорания топлива, отдав свою основную теплоту питательной воде, поступают на трубы экономайзера 24 и в воздухоподогреватель 25, в которых они охлаждаются до температуры 140 — 160О С и направляются с помощью дымососа 27 к дымовой трубе 26. Дымовая труба создаёт разряжение в топке и газоходах котла; кроме того она рассеивает вредные продукты сгорания в верхних слоях атмосферы, не допуская высокой концентрации их в нижних слоях.
Если на ТЭС используется твёрдое топливо, то она дополнительно снабжается пылеприготовительной установкой и топливоподачей. Поступающий на ТЭС уголь в специальных мельницах размалывается до пылевидного состояния. В мельницу непрерывно специальным дутьевым вентилятором подаётся воздух, нагретый воздухоподогревателем. Горячий воздух смешивается с угольной пылью и через горелки подаётся в топку котла.
Пылеугольная ТЭС снабжается специальными электрофильтрами, в которых происходит улавливание сухой летучей золы.
Вследствие больших расходов на собственные нужды и худшей работы котла технические показатели пылеугольной ТЭС оказываются ниже, чем газомазутной; более низким является и КПД.
Для изображения оборудования электростанции во всей его взаимосвязи по пару, конденсату и питательной воде используют тепловые схемы — графическое изображение отдельных элементов и трубопроводов с помощью условных обозначений. На рис.3.2 приведена тепловая схема ТЭС, изображённой на рис.3.1.