Тепловые конденсационные электрические станции

                    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение     
   Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет
                                      Кафедра Электромеханики 
     



                                                   РЕФЕРАТ 
                                                      на тему:
             Тепловые конденсационные электрические станции



Выполнил: студент группы Э-212
                                                                            Юнусов И.Д.
                                                                  Проверил: к.т.н. Волкова Т.А.




	                          Уфа – 2017
                                                  Содержание

	



Введение03
История03
Принцип работы ТКЭС09
Основные системы ТКЭС010
Влияние на окружающую среду012
Заключение023
Список литературы024



Введение
     В тепловых электрических станциях химическая энергия сжигаемого топлива в котле превращается в энергию водяного пара, который приводит во вращение турбоагрегат (генератор и  паровую турбину). Механическая энергия вращения турбины преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электрических станций служат уголь, торф, горючие сланцы, а также природный  газ и мазут. До 60% выработки электроэнергии , в отечественной энергетике, приходится на долю КЭС. Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, которая производит только электрическую энергию, своим названием данный тип электростанций обязан особенностям принципа работы. Исторически КЭС получила наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция. Со временем термин «ГРЭС» потерял свой изначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электрическую станцию (КЭС) очень большой мощности (тысячи МВт), которая работает  в совместной энергосистеме параллельно с другими крупными электростанциями. В редких случаях  встречается термин «гидрорециркуляционная электростанция», что соответствует аббревиатуре.
     Основными особенностями КЭС являются: удаленное расположение от потребителей электрической энергии, что определяет в основном выработку мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях, и блочный принцип строения электростанции. Мощность современных КЭС обычно такова, что каждая из которых может обеспечить электрической энергией достаточно крупный район страны. Энергоблок представляет собой как бы отдельную электростанцию со своим основным и вспомогательным оборудованием и центром управления — блочным щитом. Связей между соседними энергоблоками по технологическим линиям обычно не предусматривается. Построение КЭС по блочному принципу дает определенные технические и экономические преимущества, которые заключаются в следующем:
     – облегчение применения пара высоких и сверхвысоких параметров из за более простой системы паропроводов, что очень важно для освоения агрегатов большой мощности;
     – упрощается и становится более точной и четкой технологическая схема электростанции, вследствие чего улучшается надежность работы и облегчается эксплуатация;
     – уменьшение, а в отдельных случаях вообще отсутствие резервное тепломеханического оборудования;
     – сокращение объема строительных и монтажных работ;
     – уменьшение капитальных затрат на сооружение электростанции;
     – обеспечивание удобного расширения электростанции, причем новые энергоблоки при необходимости могут отличаться от старых по своим параметрам.
     Современные КЭС оснащаются в основном энергоблоками 200 — 800 МВт. Использование крупных агрегатов позволяет обеспечить быстрое увеличение мощностей электростанций, приемлемые себестоимость электроэнергии и цена установленного киловатта мощности станции.
     Наиболее крупные КЭС на сегодняшний день имеют мощность до 4 млн. кВт. Сооружаются электростанции мощностью 4 — 6,4 млн. кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. В зависимости от условий водоснабжения и влияния выбросов на окружающую среду определяется предельная мощность КЭС.




История


          Рис. 1. Первая ГРЭС — «Электропередача» (сегодняшняя ГРЭС – 3 ). 

    Электростанция ГРЭС-3, ордена Трудового Красного Знамени), имени инженера Р. Э. Классона, была сдана в эксплуатацию в 1914 году на огромных залежах торфа. Идея создания такой станции принадлежала инженеру-энергетику Классону, стоявшему у истоков создания российской энергетики. Станции обязан своим рождением поселок Электропередача — ныне город Электрогорск. Возле ГРЭС имеется специальный водоём-охладитель, его небольшие размеры сдерживали послевоенное развитие по имеющимся в то время технологиям.
    Чтобы избежать закрытия ГРЭС-3 было предложено использовать её в роли своеобразной научно-исследовательской лаборатории и полигоном для испытания перспективных технологий — энергетических газотурбинных установок.
2 февраля 1977 года на параллельную работу с сетью системы Мосэнерго включили первый генератор ГТУ-100 производства «ЛМЗ». Сообщение на международной конференции по газовым турбинам в Брюсселе о создании в СССР установки мощностью 100 МВт — первой в мировой практике — вызвало недоверие. В 1978 году была введена в эксплуатацию вторая ГТУ. На третьей ГТУ-100, созданной Ленинградским металлическим заводом для ГРЭС-3, была использована схема зажигания разработанная двумя сотрудниками ГРЭС-3 — О. В. Кравченко и А. С. Осыка. Её запуск состоялся в апреле 1980 года. Проведенная заводом модернизация позволила увеличить номинальную мощность до 107 МВт.
С 1985 года в качестве топлива станции используется природный газ.
В 1990 году на ГРЭС-3 заработала первая в России газотурбинная энергетическая установка парогазового цикла мощностью 150 МВт. 
В 1999 году на экспериментальной установке ГТЭ-150 Ленинградского металлического завода была достигнута мощность 155 МВт. 
В декабре 2006 года в опытно-промышленную эксплуатацию была запущена газовая турбина ГТЭ-25У мощностью 30 МВт производства Уральского турбинного завода группы компаний «Ренова». 
При электростанции создан «Музей истории ГРЭС-3», в котором хранятся экспонаты и документы не только об электростанции, но и о самом городе Электрогорске.
Планом ГОЭЛРО предусматривалось строительство нескольких тепловых конденсационных электростанций, среди которых наиболее известны Каширская ГРЭС (Рис.2) и Шатурская ГРЭС (Рис.3). 

	        Рис. 2. Каширская ГРЭС

                                     Рис. 3. Шатурская ГРЭС
Принцип работы ТКЭС
     
             
     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.
           Вода, нагреваемая в паровом котле до состояния перегретого пара (520—565 градусов Цельсия), вращает паровую турбину, приводящую в движение турбогенератор.
     Избыточное тепло выбрасывается в атмосферу (близлежащие водоёмы) через конденсационные установки в отличие от теплофикационных электростанций, отдающих избыточное тепло на нужды близлежащих объектов (например, отопление домов).
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
Основные системы КЭС 
     КЭС является сложным энергетическим комплексом, состоящим из зданий, сооружений, энергетического и иного оборудования, трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и автоматики. Основными системами КЭС являются:
     - котельная установка 
     
     - паротурбинная установка
      
     
     
     
     - топливное хозяйство
      
     
     - система золо- и шлакоудаления, очистки дымовых газов
      
     - электрическая часть
     - техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла)
      
     - система химической очистки и подготовки воды
      
     
                    
     При проектировании и строительстве КЭС ее системы размещаются в зданиях и сооружениях комплекса, в первую очередь в главном корпусе. При эксплуатации КЭС персонал, управляющий системами, как правило, объединяется в цеха (котлотурбинный, электрический, топливоподачи, химводоподготовки, тепловой автоматики и т. п.).
     Котельная установка располагается в котельном отделении главного корпуса. В южных районах России котельная установка может быть открытой, то есть не иметь стен и крыши. Установка состоит из паровых котлов (парогенераторов) и паропроводов. Пар от котлов передается турбинам по паропроводам «острого» пара. Паропроводы различных котлов, как правило, не соединяются поперечными связями. Такая схема называется «блочной».
     Паротурбинная установка располагается в машинном зале и в деаэраторном (бункерно-деаэраторном) отделении главного корпуса. В нее входят:
     - паровые турбины с электрическим генератором на одном валу;
     - конденсатор, в котором пар, прошедший турбину, конденсируется с образованием воды (конденсата);
     - конденсатные и питательные насосы, обеспечивающие возврат конденсата (питательной воды) к паровым котлам;
     - рекуперативные подогреватели низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) — теплообменники, в которых питательная вода подогревается отборами пара от турбины;
     - деаэратор (служащий также ПНД), в котором вода очищается от газообразных примесей;
     - трубопроводы и вспомогательные системы.
     Топливное хозяйство имеет различный состав в зависимости от основного топлива, на которое рассчитана КЭС. Для угольных КЭС в топливное хозяйство входят:
     - размораживающее устройство (т. н. «тепляк», или «сарай») для оттаивания угля в открытых полувагонах;
     - разгрузочное устройство (как правило, вагоноопрокидыватель);
     - угольный склад, обслуживаемый краном-грейфером или специальной перегрузочной машиной;
     - дробильная установка для предварительного измельчения угля;
     - конвейеры для перемещения угля;
     - системы аспирации, блокировки и другие вспомогательные системы;
     - система пылеприготовления, включая шаровые, валковые, или молотковые углеразмольные мельницы.
     Система пылеприготовления, а также бункера угля располагаются в бункерно-деаэраторном отделении главного корпуса, остальные устройства топливоподачи — вне главного корпуса. Изредка устраивается центральный пылезавод. Угольный склад рассчитывается на 7-30 дней непрерывной работы КЭС. Часть устройств топливоподачи резервируется.
     Топливное хозяйство КЭС на природном газе наиболее просто: в него входит газораспределительный пункт и газопроводы. Однако на таких электростанциях в качестве резервного или сезонного источника используется мазут, поэтому устраивается и мазутное хозяйство. Мазутное хозяйство сооружается и на угольных электростанциях, где мазут применяется для растопки котлов. В мазутное хозяйство входят:
     - приемно-сливное устройство;
     - мазутохранилище со стальными или железобетонными резервуарами;
     - мазутная насосная станция с подогревателями и фильтрами мазута;
     - трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой;
     - противопожарная и другие вспомогательные системы.
     Система золошлакоудаления устраивается только на угольных электростанциях. И зола, и шлак — негорючие остатки угля, но шлак образуется непосредственно в топке котла и удаляется через лётку (отверстие в шлаковой шахте), а зола уносится с дымовыми газами и улавливается уже на выходе из котла. Частицы золы имеют значительно меньшие размеры (порядка 0,1 мм), чем куски шлака (до 60 мм). Системы золошлакоудаления могут быть гидравлические, пневматические или механические. Наиболее распространённая система оборотного гидравлического золошлакоудаления состоит из смывных аппаратов, каналов, багерных насосов, пульпопроводов, золошлакоотвалов, насосных и водоводов осветлённой воды.
     Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры), задерживающие 90—99 % твердых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газо-мазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т. н. deSOx) и каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNOx). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания оставшихся вредных примесей в атмосфере.
     Электрическая часть КЭС предназначена для производства электрической энергии и её распределения потребителям. В генераторах КЭС создается трехфазный электрический ток напряжением обычно 6—24 кВ. Так как с повышением напряжения потери энергии в сетях существенно уменьшаются, то сразу после генераторов устанавливаются трансформаторы, повышающие напряжение до 35, 110, 220, 500 и более кВ. Трансформаторы устанавливаются на открытом воздухе. Часть электрической энергии расходуется на собственные нужды электростанции. Подключение и отключение отходящих к подстанциям и потребителям линий электропередачи производится на открытых или закрытых распределительных устройствах (ОРУ, ЗРУ), оснащенных выключателями, способными соединять и разрывать электрическую цепь высокого напряжения без образования электрической дуги.
     Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно. При этом вода нагревается примерно на 8—12 °C, что в ряде случаев изменяет биологическое состояние водоёмов. В оборотных системах вода циркулирует под воздействием циркуляционных насосов и охлаждается воздухом. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях: брызгальных бассейнах или градирнях.
     В маловодных районах вместо системы технического водоснабжения применяются воздушно-конденсационные системы (сухие градирни), представляющие собой воздушный радиатор с естественной или искусственной тягой. Это решение обычно вынужденное, так как они дороже и менее эффективны с точки зрения охлаждения.
     Система химводоподготовки обеспечивает химическую очистку и глубокое обессоливание воды, поступающей в паровые котлы и паровые турбины, во избежание отложений на внутренних поверхностях оборудования. Обычно фильтры, ёмкости и реагентное хозяйство водоподготовки размещается во вспомогательном корпусе КЭС. Кроме того, на тепловых электростанциях создаются многоступенчатые системы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, маслами, водами обмывки и промывки оборудования, ливневыми и талыми стоками.
     
     



Влияние КЭС на окружающую среду

     Современные КЭС весьма активно воздействуют на окружающую среду: на атмосферу, гидросферу и литосферу. На атмосферу влияние сказывается в большом потреблении кислорода воздуха для горения топлива и в выбросе значительного количества продуктов сгорания. Это в первую очередь газообразные окислы углерода, серы, азота, ряд которых имеет высокую химическую активность. Летучая зола, прошедшая через золоуловители, загрязняет воздух. Наименьшее загрязнение атмосферы (для станций одинаковой мощности) отмечается при сжигании газа и наибольшее – при сжигании твердого топлива с низкой теплотворной способностью и высокой зольностью. Необходимо учесть также большие уносы тепла в атмосферу, а также электромагнитные поля, создаваемые электрическими установками высокого и сверхвысокого напряжения
     КЭС загрязняет гидросферу большими массами теплой воды, сбрасываемыми из конденсаторов турбин, а также промышленными стоками, хотя они проходят тщательную очистку.
     Для литосферы влияние КЭС сказывается не только в том, что для работы станции извлекаются большие массы топлива, отчуждаются и застраиваются земельные угодья, но и в том, что требуется много места для захоронения больших масс золы и шлаков (при сжигании твердого топлива).
Влияние КЭС на окружающую среду чрезвычайно велико. Например, о масштабах теплового загрязнения воды и воздуха можно судить по тому, что около 60% тепла, которое получается в котле при сгорании всей массы топлива, теряется за пределами станции. Учитывая размеры производства электроэнергии на КЭС, объемы сжигаемого топлива, можно предположить, что они в состоянии влиять на климат больших районов страны. В то же время решается задача утилизации части тепловых выбросов путем отопления теплиц, создания подогревных прудовых рыбохозяйств. Золу и шлаки используют в производстве строительных материалов и т. д.












Заключение
     Основные технико-экономические требования к КЭС - высокая надёжность, манёвренность и экономичность. Требование высокой надёжности и манёвренности обусловливается тем, что производимая КЭС электроэнергия потребляется сразу же, то есть КЭС должна производить столько электроэнергии, сколько необходимо её потребителям в данный момент.
     Экономичность сооружения и эксплуатации КЭС определяется удельными капиталовложениями себестоимостью электроэнергии, обобщающим показателем - удельными расчётными затратами. Эти показатели зависят от мощности КЭС и её агрегатов, вида и стоимости топлива, режимов работы и кпд процесса преобразования энергии, а также местоположения электростанции. Затраты на топливо составляют обычно более половины стоимости производимой электроэнергии. 
     Поэтому к КЭС предъявляют, в частности, требования высокой тепловой экономичности, то есть малых удельных расходов тепла и топлива, высокого КПД.


                                 Список литературы
1. Околович М.Н. Проектирование электрических станций. – М.: Энергоиздат, 1982. – 400с.
2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергия, 1978. – 456с.
3. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 2002.
4. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергия, 1980. – 600с.
5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 648с.
6. Циркуляр № Ц-03-95(Э) О проверке кабелей на невозгорание при действии тока короткого замыкания в сетях собственных нужд электростанций – РАО «ЕЭС России»: 1995. – 6с.
7. Васильев А.А. Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576c.
8. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 576с.
9. Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, - 840с.

20


.......................