Тепловая электростанция

, Тепловая станция также известная как тепловая электростанция , представляет собой тип электростанции , на которой тепловая энергия , полученная из различных источников топлива (например, угля , природное газ , ядерное топливо и т. Д.), Преобразуется в электрическую энергию . ^{[ 1 ]} Тепло из источника преобразуется в механическую энергию с использованием термодинамического питания (например, дизельный цикл , цикл Ранкина , цикл Брайтона и т. Д.). Наиболее распространенный цикл включает в себя рабочую жидкость (часто вода), нагретая и вареная под высоким давлением в сосуде под давлением для получения пар высокого давления. Затем этот высокий давление направляется на турбину, где она вращает лопасти турбины. Вращающаяся турбина механически подключена к электрическому генератору , который преобразует вращательное движение в электричество. Топливо, такое как природный газ или нефть, также можно сжигать непосредственно в газовых турбинах ( внутреннее сжигание ), пропуская шаг генерации пара. Эти растения могут быть открытого цикла или более эффективного типа комбинированного цикла .

Большинство мировых тепловых станций управляются паровыми турбинами, газовыми турбинами или комбинацией двух. Эффективность тепловой станции определяется тем, насколько эффективно она преобразует тепловую энергию в электрическую энергию, в частности, отношение мощной электроэнергии к значению нагрева используемого топлива. Различные термодинамические циклы имеют различную эффективность, причем цикл Ранкина, как правило, более эффективен, чем циклы Отто или дизельные точки. ^{[ 1 ]} В цикле Ранкина выхлоп с низким давлением от турбины попадает в паровой конденсатор , где он охлаждается для производства горячего конденсата , который перерабатывается в процесс нагрева, чтобы генерировать еще более высокий пара.

Конструкция тепловых станций зависит от предполагаемого источника энергии. В дополнение к ископаемому и ядерному топливу , некоторые станции используют геотермальную энергию , солнечную энергию , биотопливо и сжигание отходов . Определенные тепловые электростанции также предназначены для производства тепла для промышленных целей, обеспечения районного нагрева или опреснения воды , в дополнение к генерации электроэнергии. Новые технологии, такие как суперкритические и ультра-суперкритические тепловые станции, работают при более высоких температурах и давления для повышения эффективности и снижения выбросов. Когенерация или ТЭЦ (комбинированная тепло и питание), одновременное производство электроэнергии и полезного тепла из одного и того же источника топлива, повышает общую эффективность за счет использования отработанного тепла в целях отопления. Более старые, менее эффективные тепловые электростанции выведены из эксплуатации или адаптированы для использования более чистых и возобновляемых источников энергии.

Тепловые электростанции производят 70% электричества в мире. ^{[ 2 ]} Они часто обеспечивают надежный, стабильный и непрерывный источник питания базовой нагрузки, необходимый для экономического роста. Они обеспечивают энергетическую безопасность, поддерживая стабильность сетки, особенно в регионах, где они дополняют прерывистые возобновляемые источники энергии, зависящие от погодных условий. Работа тепловых электростанций способствует местной экономике, создавая рабочие места в области строительства, технического обслуживания и добычи топлива. С другой стороны, сжигание ископаемого топлива высвобождает парниковые газы (способствуя изменению климата) и загрязнителям воздуха, таким как оксиды серы и оксиды азота (приводя к кислотным дождям и дыхательным заболеваниям). Достижения в области улавливания и хранения углерода (CCS) могут смягчить некоторые воздействия на окружающую среду термоэлементов на основе ископаемого топлива. Правительственные правила и международные соглашения применяются для сокращения вредных выбросов и способствовать производству более чистой электроэнергии.

Типы тепловой энергии

Почти все угольные электростанции , нефтяные, ядерные , геотермальные , солнечные тепловые электрические и сжигающие заводы , а также все электростанции природного газа являются термическими. Природный газ часто сжигается в газовых турбинах, а также в котлах . Тепло отходов от газовой турбины, в виде горячего выхлопного газа, может использоваться для поднятия пар путем прохождения этого газа через парогенератор изжигания тепла (HRSG). Затем пара используется для управления паровой турбиной на заводе комбинированного цикла , которая повышает общую эффективность. Электростанции сжигают уголь, масла или природное газ, часто называют станциями ископаемого топлива . Также появились некоторые биомассой тепловые станции, вызванные , также появились. Неядерные тепловые электростанции, особенно ископаемые растения, которые не используют когенерацию, иногда называют обычными электростанциями .

Коммерческие электроэнергии электроэнергии обычно строятся в больших масштабах и предназначены для непрерывной работы. Практически все электроэнергии используют трехфазные электрические генераторы для производства электрической мощности переменного тока (AC) на частоте 50 Гц или 60 Гц . Крупные компании или учреждения могут иметь свои собственные электростанции для снабжения отопления или электроэнергии на свои объекты, особенно если пара все равно создается для других целей. Паровые электростанции использовались для управления большинством кораблей в большинстве 20-го века ^{[ Цитация необходима ]}Полем Справочные станции, как правило, напрямую соединяют турбину с пропеллерами корабля через коробки передач. Электростанции на таких судах также предоставляют пар для небольших турбин, приводящих к электрическим генераторам для подачи электроэнергии. Ядерное морское движение , за исключением немногих исключений, используется только в военно -морских сосудах. Было много турбоэлектрических кораблей, на которых паровочная турбина управляет электрическим генератором, который питает электродвигатель для двигателя .

Когенерационные растения, часто называемые комбинированными теплами и мощностью (CHP), производят как электрическую мощность, так и тепло для тепла или нагрева пространства, таких как пара и горячая вода.

История

В 18 -м веке обратный паровой двигатель использовался для производства механической энергии, с заметными улучшениями, внесенными Джеймсом Уоттом . Когда первые коммерчески разработанные центральные электростанции были созданы в 1882 году на станции Перл -стрит в Нью -Йорке и электростанции Виадука Холборна в Лондоне, использовались парашневые паровые двигатели. Разработка паровой турбины в 1884 году обеспечила более крупные и более эффективные конструкции машин для центральных генерационных станций. К 1892 году турбина считалась лучшей альтернативой возвратному двигателям; ^{[ 3 ]} Турбины предлагали более высокие скорости, более компактные механизмы и стабильное регулирование скорости, позволяющее проводить параллельную синхронную работу генераторов на общей шине. Примерно после 1905 года турбины полностью заменили возвратные двигатели почти на всех крупных центральных электростанциях.

Крупнейшие поршневые наборы генераторов двигателя, когда-либо построенные, были завершены в 1901 году для манхэттенской возвышенной железной дороги . Каждый из семнадцати единиц весил около 500 тонн и был оценен на 6000 киловатт; Современный набор турбин с аналогичным рейтингом весит около 20%. ^{[ 4 ]}

Эффективность генерации тепловой энергии

Цикл Ранкина с двухэтапной паровой турбиной и единым нагревателем питательного водоснабжения.

Экономическая эффективность обычной тепловой станции определяется как мощная энергия, производимая как процент от стоимости отопления потребляемого топлива. Простая газовая турбина цикла достигает эффективности преобразования энергии от 20 до 35%. ^{[ 5 ]} Типичные угольные электростанции, работающие при подсказке пара 170 бар и 570 ° C с эффективностью от 35 до 38%, ^{[ 6 ]} с современными заводами ископаемого топлива с эффективностью 46%. ^{[ 7 ]} Системы комбинированного цикла могут достигать более высоких значений. Как и во всех тепловых двигателях, их эффективность ограничена и регулируется законами термодинамики .

Эффективность карно диктует, что более высокая эффективность может быть достигнута путем повышения температуры пара. Станции подкритических электроэнергии ископаемого давления могут достичь эффективности 36–40%. Суперкритические конструкции обладают эффективностью в диапазоне с низким до середины 40%, с новыми «ультра -критическими» конструкциями с использованием давлений выше 4400 фунтов на квадратный дюйм (30 МПа) и многоэтапного разогрева, достигающего 45–48% эффективности. ^{[ 6 ]} Над критической точкой для воды 705 ° F (374 ° C) и 3212 фунтов на квадратный дюйм (22,15 МПа) не существует фазового перехода от воды к пар, но только постепенное снижение плотности .

В настоящее время большинство атомных электростанций должны работать ниже температур и давления, которые делают угольные растения, чтобы обеспечить более консервативные меры безопасности в системах, которые удаляют тепло из ядерного топлива. Это, в свою очередь, ограничивает их термодинамическую эффективность до 30–32%. Некоторые изучаемые усовершенствованные конструкции реактора, такие как реактор с очень высокой температурой , усовершенствованный реактор, охлаждаемый газовым охлаждением и сверхкритический реактор воды , будут работать при температурах и давлениях, аналогичных текущим угольным растениям, обеспечивая сопоставимую термодинамическую эффективность.

Энергия тепловой станции, не используемой в производстве электроэнергии, должна оставить завод в виде тепла в окружающую среду. Этот отходный огонь может пройти через конденсатор и быть утилизированным с охлаждающей водой или охлаждающими башнями . Если вместо этого используется тепло отходов для окружного нагрева , его называют когенерацией . Важным классом тепловой станции является то, что связано с опреснительными сооружениями; Они обычно встречаются в пустынных странах с большими поставками природного газа , и на этих заводах производство пресной воды и электроэнергии являются одинаково важными совместными производствами.

Другие типы электростанций подвержены различным ограничениям эффективности. Большинство гидроэнергетических станций в Соединенных Штатах примерно на 90 процентов эффективно преобразование энергии падающей воды в электричество ^{[ 8 ]} В то время как эффективность ветряной турбины ограничена законом Бетца , до 59,3%, а фактические ветряные турбины демонстрируют более низкую эффективность.

Стоимость электричества

Прямая стоимость электроэнергии, производимая тепловой станцией, является результатом стоимости топлива, капитальных затрат для завода, оператора труда, технического обслуживания и таких факторов, как обработка золы и утилизация. Косвенные социальные или экологические затраты, такие как экономическая ценность воздействия на окружающую среду или воздействие на окружающую среду и здоровье полного топливного цикла и вывода вывода завода, обычно не назначаются для затрат на генерацию для термических станций в коммунальной практике, но могут составлять часть окружающей среды оценка воздействия. Эти косвенные затраты принадлежат к более широкой концепции внешних эффектов .

Котел и паровой цикл

В атомной установки поле парогенератор относится к определенному типу большого теплообменника , используемого в реакторе воды под давлением (PWR) для теплового соединения первичной (реакторной установки) и вторичных (паровых) систем, которые генерируют пара. В реакторе кипящей воды (BWR) не используется отдельный парогенератор, и вода кипит в сердечнике реактора.

В некоторых промышленных условиях также могут быть паровые теплообменники, называемые паромигенераторами изжигания тепла (HRSG), которые используют тепло от некоторого промышленного процесса, чаще всего используя горячий выхлоп из газовой турбины. Котел, генерирующий пар, должен производить пар при высокой чистоте, давлении и температуре, необходимых для паровой турбины, которая управляет электрическим генератором.

Геотермальным растениям не нужны котлы, потому что они используют естественные паровые источники. Теплообменники могут использоваться там, где геотермальный пара очень коррозий или содержит чрезмерные подвесные твердые вещества.

Парогенератор ископаемого топлива включает в себя экзаменайзер , паровой барабан и печь с паровами, генерирующими трубками и катушками из перегрева. Необходимые предохранительные клапаны расположены в подходящих точках для защиты от чрезмерного давления котла. Оборудование для воздушного и дымового газа принудительного черновика (FD) включает в себя: вентилятор , Air Preheater (AP), котелная печь, индуцированный вентилятор Draft (ID), коллекционеры летучей золы ( электростатический осадок или вагарь ) и стек дымового газа . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Нагрев питательной воды

Пылающая вода для котла, используемая в паровом котле, представляет собой средство передачи тепловой энергии от горящего топлива в механическую энергию вращающейся паровой турбины . Общая питательная вода состоит из рециркулированной воды конденсата и очищенной для макияжа воды . Поскольку металлические материалы, которые он контактирует, подвергаются коррозии при высоких температурах и давлениях, вода для макияжа высоко очищена перед использованием. Система смягчителей воды и ионового обмена деминерализами производит воду настолько чистую, что по совпадению становится электрическим изолятором , с проводимостью в диапазоне 0,3–1,0 микросименов на сантиметр. Вода для макияжа на заводе мощностью 500 МВт составляет, возможно, 120 галлонов США в минуту (7,6 л/с), чтобы заменить воду, отключенную от барабанов котла для управления чисткой воды, а также компенсировать небольшие потери от утечек пар в системе.

Цикл питательной воды начинается с того, что вода конденсата выкачивается из конденсатора после прохождения через паровые турбины. Скорость потока конденсата при полной нагрузке на установке мощностью 500 МВт составляет около 6000 галлонов США в минуту (400 л/с).

Диаграмма деаэратора питательной воды котла (с вертикальной, купольной аэрационной секцией и горизонтальной секцией хранения воды).

Вода обычно под давлением в двух этапах и обычно протекает через серию из шести или семи промежуточных обогревателей питательных водоснабжений, нагревается в каждой точке с помощью пар, извлеченного из соответствующего удаления экстракции на турбинах и повышать температуру на каждой стадии. Как правило, в середине этой серии нагревателей питательных вод и перед второй стадией давления, конденсат плюс вода для макияжа протекает через деаратор ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} Это удаляет растворенный воздух из воды, дополнительно очищает и уменьшает его коррозов. Вода может быть дозирована после этой точки с гидразином , химическим веществом, которое удаляет оставшийся кислород в воде до 5 частей на миллиард (ppb). Он также дозируется с контрольными агентами pH , такими как аммиак или морфолин, чтобы поддерживать низкую остаточную кислотность и, следовательно, некоррозийную.

Работа для котла

Котел представляет собой прямоугольную печь около 50 футов (15 м) на боковой стороне и высотой 130 футов (40 м). Его стены изготовлены из сети стальных трубок высокого давления диаметром около 2,3 дюйма (58 мм). ^{[ Цитация необходима ]}

Топливо, такое как измельченный уголь, находится в воздухе в печи через горелки, расположенные на четырех углах, или вдоль одной стены, или две противоположные стены, и его зажигают, чтобы быстро сжигать, образуя большой огненный шар в центре. Термическое излучение огненного шара нагревает воду, которая циркулирует через котелные трубки вблизи периметра котла. Скорость циркуляции воды в котле в три -четыре раза превышает пропускную способность. Когда вода в котле циркулирует, она поглощает тепло и изменяется в пар. Он отделен от воды внутри барабана в верхней части печи. Насыщенный пара вводится в подвесные трубки перегрева, которые висят в самой горячей части газов сгорания, когда они выходят из печи. Здесь пар перегрет до 1000 ° F (540 ° C), чтобы подготовить его к турбине.

Растения, которые используют газовые турбины, для нагрева воды для превращения в паровые котлы, известные как парогенераторы изжигания тепла (HRSG). Выхлопное тепло от газовых турбин используется для изготовления перегретого пар, который затем используется в обычном цикле генерации воды, как описано в сечении растений комбинированного цикла газовых турбин .

Котелная печь и паровой барабан

Вода попадает в котел через участок в конвекционном проходе, который называется Экономайзером . От экономайзера он проходит к паровому барабану , а оттуда проходит через входных заголовков в нижней части стен воды. Из этих заголовков вода поднимается через стены воды печи, где часть ее превращается в пар, а смесь воды и пара затем въезжает на паровой барабан. Этот процесс может быть обусловлен исключительно естественной циркуляцией (потому что вода является оничниками плотнее, чем смеси воды/пара в стенках воды) или помогая насосами. В паровом барабане вода возвращается вниз, а пар проходит через серию пароточных сепараторов и сушилки, которые удаляют капли воды из пара. Сухой пар течет в катушки перегревателя.

Вспомогательное оборудование для котла включает в себя форсунки для подачи угля и пистолеты воспламенителя, воздуходувки сажи , порты для воды и порты наблюдения (в стенах печи) для наблюдения за интерьером печи. печи из- Взрывы за любого накопления горючих газов после выключения избегают путем вымывания таких газов из зоны сгорания, прежде чем воспламенить уголь.

Паровой барабан (а также перегревательные катушки и заголовки) имеют воздушные вентиляционные отверстия и стоки, необходимые для первоначального запуска.

Перегреватель

Станции Fossil Fuel Power Power часто имеют отделение перегревателя в печи, генерирующей паров. ^{[ Цитация необходима ]} Пар проходит через сушильное оборудование внутри парового барабана на перегреватель, набор трубок в печи. Здесь пара поднимает больше энергии из горячих дымовых газов за пределами трубки, и его температура теперь перегревается над температурой насыщения. Затем перегретый пар проходит через основные паровые линии к клапанам перед турбиной высокого давления.

Паровальные растения с ядерным питанием не имеют таких секций, но производят пар в практически насыщенных условиях. Экспериментальные атомные станции были оснащены сверхсиатами, работающими на ископаемых, в попытке улучшить общие эксплуатационные расходы. ^{[ Цитация необходима ]}

Пар -конденсация

Конденсатор конденсирует пар от выхлопа турбины в жидкость, чтобы он накачивал. Если конденсатор может быть прохладнее, давление выхлопного пар снижается, а эффективность цикла увеличивается .

Диаграмма типичного поверхностного конденсатора с водяным охлаждением. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}

Поверхностный конденсатор представляет собой теплообменник оболочки и трубки , в котором охлаждающая вода циркулируется через трубки. ^{[ 10 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}^{[ 16 ]} Выхлопный пара из турбины низкого давления входит в оболочку, где она охлаждается и преобразуется в конденсат (вода), текущая по трубам, как показано на соседней диаграмме. Такие конденсаторы используют паровые эжекторы или выхлопные выхлопы с вращающимся двигателем для непрерывного удаления воздуха и газов с паровой стороны для поддержания вакуума .

Для наилучшей эффективности температура в конденсаторе должна сохраняться такой же низкой, как практичная, чтобы достичь максимально возможного давления в конденсационном пар. Поскольку температура конденсатора может почти всегда сохраняться значительно ниже 100 ° C, где давление паров воды намного меньше, чем атмосферное давление, конденсатор обычно работает в вакууме . Таким образом, должны быть предотвращены утечки неплохого воздуха в замкнутую петлю.

Обычно охлаждающая вода приводит к конденсации пар при температуре около 25 ° C (77 ° F), и это создает абсолютное давление в конденсаторе около 2–7 кПа (0,59–2,07 дюйма ), то есть вакуум примерно 95 кПа (-28 дюймов) относительно атмосферного давления. Большое уменьшение объема, которое происходит, когда водяной пара конденсируется в жидкости, создает вакуум, который обычно повышает эффективность турбин.

Ограничивающим фактором является температура охлаждающей воды, и которая, в свою очередь, ограничена преобладающими средними климатическими условиями в местоположении электростанции (может быть возможно снизить температуру за пределами турбины зимой, вызывая чрезмерную конденсацию в турбина). Растения, работающие в горячем климате, могут уменьшить производство, если их источник конденсаторной охлаждающей воды становится теплее; К сожалению, это обычно совпадает с периодами высокой электрической спроса на кондиционер .

Конденсатор, как правило, использует либо циркулирующую охлаждающую воду из охлаждающей башни , чтобы отклонить тепло отходов в атмосферу, либо некогда проведенная вода охлаждения (OTC) из реки, озера или океана. В Соединенных Штатах около двух третей электростанций используют OTC Systems, которые часто оказывают значительное неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Влияние включает в себя термическое загрязнение и убийство большого количества рыб и других водных видов при потреблении охлаждающей воды . ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

Тепло, поглощаемое циркулирующей охлаждающей водой в трубках конденсаторов, также должно быть удалено, чтобы сохранить способность воды охлаждать по мере ее циркулирования. Это делается путем перекачки теплой воды из конденсатора с помощью естественного проекта, принудительного привода или индуцированного охлаждающих башни (как видно на соседнем изображении), которые снижают температуру воды путем испарения примерно на 11-17 ° C (52 до 63 ° F) - выбросы отходов тепла в атмосферу. Скорость потока циркуляции охлаждающей воды в мощности 500 МВт составляет около 14,2 м. ³/s (500 футов ³/s или 225 000 США Гал/мин) при полной нагрузке. ^{[ 19 ]}

Пробирки конденсатора обычно изготавливаются из нержавеющей стали или других сплавов, чтобы противостоять коррозии с обеих сторон. Тем не менее, они могут стать внутренне загрязненными во время работы бактериями или водорослями в охлаждающей воде или минеральным масштабированием, которые ингибируют теплопередачу и снижают термодинамическую эффективность . Многие растения включают автоматическую систему очистки, которая циркулирует резиновые шарики губки через трубки, чтобы очистить их без необходимости взять систему в автономном режиме. ^{[ Цитация необходима ]}

Охлаждающая вода, используемая для конденсации пар в конденсаторе, возвращается к своему источнику, не изменившись, кроме как было нагрето. Если вода возвращается в местный водный корпус (а не в циркулирующую охлаждающую башню), ее часто закапывают прохладной «сырой» водой для предотвращения теплового шока при сбросе в этот корпус воды.

Другая форма конденсирующей системы- конденсатор с воздушным охлаждением . Процесс похож на процесс радиатора и вентилятора. Выхлопные тепло. От участка низкого давления паровой турбины проходит через конденсационные трубки, трубки обычно окрашены, а окружающий воздух проталкивается через плавники с помощью большого вентилятора. Пару конденсируется на воду для повторного использования в цикле воды. Конденсаторы с воздушным охлаждением обычно работают при более высокой температуре, чем версии с водой. При сохранении воды эффективность цикла снижается (что приводит к большему количеству углекислого газа на мегаватт-часа электроэнергии).

От нижней части конденсатора мощные конденсатные насосы перерабатывают конденсированный пара (вода) обратно к циклу воды/парому.

Перегреватель

В печи электростанции может быть участок повторного загрязнения, содержащий трубки, нагретые горячими дымовыми газами за пределами труб. Выпускной пар из турбины высокого давления пропускается через эти нагретые трубки, чтобы собрать больше энергии, прежде чем управлять промежуточными, а затем турбинами низкого давления.

Воздушный путь

Внешние вентиляторы предоставляются, чтобы дать достаточный воздух для сжигания. Основной воздушный вентилятор выводит воздух из атмосферы и, сначала согревает воздух в воздухе, для лучшей экономики. Первичный воздух затем проходит через угольные пульверизаторы и несет угольную пыль в горелки для впрыскивания в печь. Вторичный вентилятор воздуха выводит воздух из атмосферы и сначала согревает воздух в воздухе для лучшей экономики. Вторичный воздух смешивается с угольным/первичным воздушным потоком в горелках.

Индуцированный черновик вентилятор помогает вентилятору FD, вытягивая горючие газы из печи, сохраняя немного ниже атмосферного давления в печи, чтобы избежать утечки продуктов сгорания из котла.

Генератор паровой турбины

Генератор паровых турбин состоит из ряда паровых турбин, связанных друг с другом, и генератора на общем валу.

Паровая турбина

Обычно на одном конце есть турбина высокого давления, за которой следует турбина промежуточного давления, и, наконец, одна, два или три турбины с низким давлением и вал, который соединяется с генератором. Когда пар перемещается через систему и теряет давление и тепловую энергию, он расширяется по объему, требуя увеличения диаметра и более длинных лезвий на каждой последующей стадии для извлечения оставшейся энергии. Вся вращающаяся масса может составлять более 200 метрических тонн и длиной 100 футов (30 м). Это настолько тяжело, что его нужно медленно поворачивать, даже когда закрывается (при 3 об / мин ), чтобы вал не поклонился даже немного и стал несбалансированным. Это настолько важно, что это одна из шести функций аварийных аккумуляторов Blackout Eveneration Power. (Другие пять - аварийное освещение , связь , сигнализация станции, система водородного уплотнения и смазочное масло турбогенератора.)

Для типичной электростанции конца 20-го века перегретый пар из котла доставляется через трубопровод диаметром 14–16 дюймов (360–410 мм) при 2400 фунтов на квадратный дюйм (17 МПа; 160 атм) и 1000 ° F (540 ° C ) до турбины высокого давления, где она оказывается в давлении до 600 фунтов на кв. Дюйм (4,1 МПа; 41 атм) и до 600 ° F (320 ° C) при температуре через стадию. Он выходит через 24–26-дюймовый диаметр (610–660 мм) линии холодного разогрева и переходит обратно в котел, где пара разогревается в специальных подвесных трубках на 1000 ° F (540 ° C). Горячий пара разогрева проводится в турбину промежуточного давления, где он попадает как по температуре , так и на давление и выходит непосредственно в турбины с длинным лезвием и, наконец, выходит в конденсатор. ^{[ Цитация необходима ]}

Турбо генератор

Генератор, как правило, длиной около 30 футов (9 м) и 12 футов (3,7 м) в диаметре, содержит стационар и вращающийся ротор , каждый из которых содержит мили тяжелого медного проводника. Обычно не существует постоянного магнита , что предотвращает черные запуска . В операции он генерирует до 21 000 ампер при 24 000 вольт переменного тока (504 МВт), поскольку он вращается на уровне 3000 или 3600 об / мин , синхронизируется в электросети . Ротор вращается в герметичной камере, охлажденной газом водорода , выбранным, потому что он имеет самый высокий известный коэффициент теплопередачи любого газа и для его низкой вязкости , что снижает потери на промысел . Эта система требует специальной обработки во время запуска, а воздух в камере сначала вытесняется диоксидом углерода перед заполнением водородом. высоко взрывоопасная кислородная Это гарантирует , что не создается среда.

Частота энергетической сетки составляет 60 Гц по всей Северной Америке , и 50 Гц в Европе , Океании , Азии ( Корея и части Японии являются заметными исключениями), и части Африки . Желаемая частота влияет на конструкцию крупных турбин, поскольку они высоко оптимизированы для одной конкретной скорости.

Электричество течет в распределительный двор, где трансформаторы увеличивают напряжение для передачи до его пункта назначения.

Генераторы паровых турбин имеют вспомогательные системы, позволяющие им работать удовлетворительно и безопасно. Генератор паровой турбины, который является вращающимся оборудованием, обычно имеет тяжелый вал большого диаметра. Следовательно, вал требует не только поддержки, но и должен быть в положении во время работы. Чтобы минимизировать сопротивление трения к вращению, вал имеет несколько подшипников . Оболочки подшипника, в которых вращается вал, выстланы материалом с низким содержанием критинга, такого как металл Babbitt . Смазочная смазка для дальнейшего уменьшения трения между валом и поверхностью подшипника и ограничения генерируемого тепла.

Слока газовой дорожки и очистки

Поскольку дымовой газ сгорания выходит из котла, он пронзается через вращающуюся плоскую корзину металлической сетки, которая набирает обогрев и возвращает его к входящему свежему воздуху, когда корзина вращается. Это называется Air Preheater . Газ, выходящий из котла, нагружен летучей золой , которые представляют собой крошечные сферические частицы пепла. Дымовой газ содержит азот вместе с продуктами сгорания углекислого газа , диоксидом серы и оксидами азота . Мухой пепел удаляется фильтрами для тканевых пакетов в пакетах или электростатических осадках . После удаления побочный продукт летучей золы иногда можно использовать при производстве бетона . Однако эта очистка дымовых газов происходит только на растениях, которые оснащены соответствующей технологией. Тем не менее, большинство угольных электростанций в мире не имеют этих объектов. ^{[ Цитация необходима ]} Законодательство в Европе было эффективным для снижения загрязнения дымохода. Япония использует технологию очистки дымовых газов уже более 30 лет, и США занимаются то же самое уже более 25 лет. В настоящее время Китай начинает бороться с загрязнением, вызванным угольными электростанциями.

В соответствии с законом, загрязнители оксида серы и оксида азота удаляются газовыми скрубберами стека , в которых используются измельченный известняк или другой щелочной влажную суспензию для удаления этих загрязняющих веществ из газа в стеке. Другие устройства используют катализаторы для удаления соединений из оксида азота из потока дымохода. Газ, перемещающийся вверх по стеку дымохода, может к этому времени, примерно до 50 ° C (120 ° F). Типичный стек дымовых газов может иметь высоту 150–180 метров (490–590 футов), чтобы рассеять оставшиеся компоненты дымового газа в атмосфере. Самый высокий стек дымовых газов в мире составляет 419,7 метра (1377 футов) на электростанции Ekibastuz GRES-2 в Казахстане .

В Соединенных Штатах и ряде других стран, моделирование атмосферной дисперсии ^{[ 20 ]} Исследования необходимы для определения высоты стека дымовых газов, необходимой для соответствия местным правилам загрязнения воздуха . Соединенные Штаты также требуют высоты стека дымовых газов, чтобы соответствовать так называемой высоте стека « Хорошая инженерная практика » (GEP). ^{[ 21 ]}^{[ 22 ]} В случае существующих стеков дымовых газов, которые превышают высоту стека GEP, любые исследования моделирования дисперсии загрязнения воздуха для таких стеков должны использовать высоту стека GEP, а не фактическую высоту стека.

Вспомогательные системы

Котлевой макияж для водоочисления и хранение

Поскольку существует непрерывное вывод пара и непрерывного возврата конденсата в котел, потери из -за продувки и утечек должны быть составлены для поддержания желаемого уровня воды в паровом барабане котла. Для этого в систему непрерывной макияжа добавляется в систему котла. Примеси при входе в сырую воду на растение обычно состоят из кальция и магния, солей которые придают твердость воду. Твердость в косметике в котел будет образовывать отложения на поверхностях воды в трубке, что приведет к перегреву и отказа труб. Таким образом, соли должны быть удалены из воды, и это осуществляется с помощью водоочистной установки воды (DM). Завод DM, как правило, состоит из катионных, анионов и смешанных обменов. Любые ионы в конечной воде из этого процесса состоят в основном из ионов водорода и гидроксида, которые рекомбинируют с образованием чистой воды. Очень чистая вода DM становится высоко коррозийной, когда она поглощает кислород из атмосферы из -за ее очень высокого сродства к кислороду.

Емкость установки DM продиктована типом и количеством солей при входе сырой воды. Тем не менее, некоторое хранилище имеет важное значение, так как завод DM может быть снижен для технического обслуживания. Для этой цели установлен резервуар для хранения, из которого вода DM непрерывно снимается для котла. Результат хранения для воды DM изготовлен из материалов, не влияющих на коррозионную воду, такие как ПВХ . Трубовики и клапаны, как правило, из нержавеющей стали. Иногда на вершине воды в резервуаре предоставляется парашютное расположение или пончики из нержавеющей стали, чтобы избежать контакта с воздухом. Водяной макияж DM обычно добавляется в пространство пара поверхностного конденсатора (то есть вакуумная сторона). Это расположение не только распыляет воду, но и воду DM деаритируется, причем растворенные газы удаляются деаэратором через эжектор, прикрепленный к конденсатору.

Система подготовки топлива

На угольных электростанциях сырой корм для кормления из зоны хранения угля сначала раздавлена на мелкие кусочки, а затем передается в бункеры для корма угля в котлах. Уголь затем расщепляется в очень мелкий порошок. Пульверизаторы могут быть шариковыми мельницами , вращающимися барабанными шлифовальными средствами или другими видами шлифовальных машин.

Некоторые электростанции сжигают мазут, а не угля. Масло должно согреться (над точкой заливки ) в резервуарах для хранения мазута, чтобы не было застывшим маслом и становясь непоколебимым. Масло обычно нагревается до примерно 100 ° C, а затем перекачивается через сопла с распылительными складками для мазута.

Котлы на некоторых электростанциях используют обработанный природный газ в качестве основного топлива. Другие электростанции могут использовать обработанный природный газ в качестве вспомогательного топлива в случае прерывания их основного снабжения топлива (уголь или нефть). В таких случаях на котлами предоставляются отдельные газовые горелки.

Запрещение снаряжения

Запрещение передачи (или «поворотная передача») - это механизм, предоставляемый для вращения вала турбинного генератора на очень низкой скорости после остановки единицы. После того, как блок "споткнулся" (т.е. впускной клапан парового отверстия закрыт), турбины спускаются к постоянному течению. Когда он полностью останавливается, существует тенденция к турбинному валу отклонять или сгибаться, если им может оставаться в одном положении слишком долго. Это связано с тем, что тепло внутри турбинного корпуса имеет тенденцию концентрироваться в верхней половине корпуса, делая верхнюю половину части вала горячей, чем нижняя половина. Следовательно, вал может деформироваться или сгибаться на миллионы дюймов.

Это небольшое отклонение вала, обнаруживаемое только с помощью счетчиков эксцентриситета, было бы достаточным, чтобы вызвать повреждение вибраций на весь блок генератора паровой турбины при его перезапуске. Следовательно, вал автоматически поворачивается на низкой скорости (скорость около одного процента) с помощью зачетной передачи, пока он не охладится достаточно, чтобы допустить полную остановку.

Масляная система

Для подачи масла используется насос вспомогательного масляного системы ^{[ нужно разъяснения ]} При запуске генератора паровой турбины. Он поставляет гидравлическую масляную систему, необходимую для основного впускного клапана паровой турбины, управляющих управляющих клапанов, систем подшипника и уплотнения масла, соответствующих гидравлических реле и других механизмов.

На заданной скорости турбины во время запуска насос, управляемый основным валом турбины, принимает функции вспомогательной системы. ^{[ Цитация необходима ]}

Охлаждение генератора

В то время как небольшие генераторы могут охлаждаться воздухом, протягиваемым через фильтры на входе, большие устройства обычно требуют специальных расположений охлаждения. Охлаждение газа водорода в корпусе, покрытое нефтью, используется из-за того, что он имеет самый высокий коэффициент теплопередачи любого газа и для его низкой вязкости , который уменьшает потери на промысел . Эта система требует специальной обработки во время запуска, а воздух в корпусе генератора впервые вытесняется диоксидом углерода перед заполнением водородом. Это гарантирует, что высокогряможный водород не смешивается с кислородом в воздухе.

Давление водорода внутри корпуса сохраняется немного выше, чем атмосферное давление , чтобы избежать внутреннего входа воздуха, и примерно до двух атмосферных давлений для улучшения потенциала теплопередачи. Водород должен быть запечатан от утечки наружного, где вал выходит из корпуса. Механические уплотнения вокруг вала установлены с очень маленьким кольцевым зазором, чтобы избежать втирания между валом и уплотнениями на небольших турбинах, с уплотнениями типа лабиринта на более крупных машинах. Уплотнение масла используется для предотвращения утечки газа водорода в атмосферу.

Генератор также использует водяное охлаждение. Поскольку катушки генератора имеют потенциал около 22 кВ , изоляционный барьер, такой как тефлон, используется для соединения линии воды и обмотков высокого напряжения генератора. Деминерализованная вода с низкой проводимостью используется.

Система высоковольтной системы генератора

Напряжение генератора для современных генераторов, подключенных к утилите, варьируется от 11 кВ в небольших единицах до 30 кВ в более крупных единицах. Высоковольные проводки генератора обычно представляют собой большие алюминиевые каналы из-за их высокого тока по сравнению с кабелями, используемыми в небольших машинах. Они заключены в хорошо обоснованные алюминиевые автобусные воздуховоды и поддерживаются на подходящих изоляторах. Высоковольные отведения генератора подключены к усилению трансформаторов высокого напряжения для подключения к электрической подстанции (обычно в диапазоне от 115 кВ до 765 кВ) для дальнейшей передачи локальной сеткой.

Необходимые устройства для защиты и измерения включены для высоковольтных потенциальных клиентов. Таким образом, генератор паровой турбины и трансформатор образуют одну единицу. Меньшие единицы могут разделить общий генератор, повышающий трансформатор с отдельными выключателями цепи, чтобы подключить генераторы к общей шине.

Система мониторинга и сигнализации

Большинство эксплуатационных элементов управления электростанцией являются автоматическими. Однако иногда может потребоваться ручное вмешательство. Таким образом, завод снабжен мониторами и системами сигнализации, которые предупреждают операторов заводов, когда определенные рабочие параметры серьезно отклоняются от их нормального диапазона.

Аварийное освещение и связь

Центральная батарейная система, состоящая из ячеек , при необходимости, при необходимости предоставляется аварийная электроэнергия для подачи экстренной электроэнергии, для таких важных предметов, как системы управления электростанцией, системы связи, система водородного уплотнения генератора, турбинные масляные насосы и аварийное освещение. Это важно для безопасного, без поврежденного отключения единиц в чрезвычайной ситуации.

Система циркулирующей воды

Чтобы рассеять термическую нагрузку из основного турбинного парового пара, конденсата от парового конденсатора железы и конденсата от нагревателя низкого давления, обеспечивая непрерывную подачу охлаждающей воды в основной конденсатор, что приводит к конденсации.

По оценкам, потребление охлаждающей воды на внутренних электростанциях снижает доступность мощности для большинства тепловых станций к 2040–2069 годам. ^{[ 23 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} Manoj Kumar Gupta (2012), «Тепловая электростанция», электростанция , Phi Learning Pvt. ООО, с. 13
^ Катлер Кливленд (24 июля 2023 г.). «Эффективность электростанции с 1900 года» . Визуализация энергии . Институт глобальной устойчивости Бостонского университета . Получено 23 августа 2023 года .
^ Первые дни индустрии электростанций . Кубок Архив. 1940.
^ Maury Klein, The Power Sakeers: Steam, Electricity и Men, которые изобрели Modern America Bloomsbury Publishing USA, 2009 ISBN 1-59691-677-X
^ «Доу - ископаемая энергия: как работают турбинные электростанции» . Fossil.energy.gov. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 года . Получено 2011-09-25 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Джон Зактруба, Эффективность электростанций разных типов , Brighthub Engineering. Получено 2019-04-24.
^ Глобальный институт CCS, 5. Эффективность в выработке тепловой энергетики , технологии энергоэффективности: обзор отчета, 1 марта 2014 года. Получено 2019-04-24.
^ Climate Techbook, гидроэнергетика , Пью -центр по глобальному изменению климата , октябрь 2009 г.
^ British Electricity International (1991). Современная практика электростанции: включение современной практики энергетической системы (3 -е издание (12 томов) ред.). Пергамон. ISBN 978-0-08-040510-0 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: его генерация и использование (41 -е изд.). ISBN 978-0-9634570-0-4 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Томас С. Эллиотт, Као Чен, Роберт Сванекамп (соавторы) (1997). Стандартное руководство по производству силовой установки (2 -е изд.). McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0-07-019435-9 . {{cite book}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Даэраторы под давлением
^ «Evoqua Water Technologies» (PDF) . www.usfilter.com .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Курс ориентации по контролю за загрязнением воздуха с веб -сайта Института обучения загрязнения воздуха
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Экономия энергии в паровых системах Архивировала 2007-09-27 на машине Wayback Рисунок 3A, расположение поверхностного конденсатора (прокрутите на стр. 11 из 34 PDF-страниц)
^ Роберт Терстон Кент (главный редактор) (1936). Руководство инженеров -механиков Kents (Одиннадцатое издание (два тома) изд.). John Wiley & Sons (серия справочников Wiley Engineering). {{cite book}}: |author= имеет общее имя ( справка )
^ Экономический анализ для окончательного раздела 316 (b) существующего правила объектов (отчет). Охлаждающая вода. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Май 2014. С. 1–3. EPA-821-R-14-001.
^ «Охлаждающая вода» . Эпэ 2017-08-30.
^ Молбетч, Джон; Zammit, Kent (2003-05-06). «Модернизация охлаждения затрат» (PDF) . Охлаждающая вода . Эпэ Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 года . Получено 2006-09-10 . EPA Workshop по технологиям впускной воды, Арлингтон, Вирджиния.
^ Beychok, Milton R. (2005). Основы дисперсии стека газа (4 -е изд.). Автор опубликован. ISBN 978-0-9644588-0-2 . www.air-dispersion.com
^ Руководство для определения хорошей высоты стека инженерной практики (документ технической поддержки для правил высоты стека), пересмотренный , 1985, EPA Publication № EPA - 450/4–80–023R, Агентство по охране окружающей среды США (NTIS № PB 85– 225241)
^ Lawson, Jr., Re and Wh Snyder, 1983. Определение хорошей инженерной практики высота стека: демонстрационное исследование для электростанции , 1983, EPA Publication № EPA - 600/3–83–024. Агентство по охране окружающей среды США (NTIS № PB 83–207407)
^ Мишель Т. Ван Влиет, Дэвид Виберг, Сильвен Ледюк и Кейван Риахи (4 января 2016 г.). «Уязвимость и адаптация системы и адаптация к изменениям в климате и водных ресурсах». Изменение климата природы . 6 (4): 375–380. BIBCODE : 2016NATCC ... 6..375V . doi : 10.1038/nclimate2903 . {{cite journal}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки

Тепловая электростанция: индийский контекст
Обычная угольная электростанция
Диаграмма электростанции
Справочники электростанции
Steam Jet Ejectors
Руководящие принципы эксплуатации Steam Jet Ejetor
Сначала на YouTube и второй на видео -лекциях на YouTube S. Banerjee на «Тепловых электростанциях»

[Manoj1-1] Jump up to: ^а ^{беременный} Manoj Kumar Gupta (2012), «Тепловая электростанция», электростанция , Phi Learning Pvt. ООО, с. 13

[2] Катлер Кливленд (24 июля 2023 г.). «Эффективность электростанции с 1900 года» . Визуализация энергии . Институт глобальной устойчивости Бостонского университета . Получено 23 августа 2023 года .

[3] Первые дни индустрии электростанций . Кубок Архив. 1940.

[4] Maury Klein, The Power Sakeers: Steam, Electricity и Men, которые изобрели Modern America Bloomsbury Publishing USA, 2009 ISBN 1-59691-677-X

[energy.gov-5] «Доу - ископаемая энергия: как работают турбинные электростанции» . Fossil.energy.gov. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 года . Получено 2011-09-25 .

[Zactruba-6] Jump up to: ^а ^{беременный} Джон Зактруба, Эффективность электростанций разных типов , Brighthub Engineering. Получено 2019-04-24.

[7] Глобальный институт CCS, 5. Эффективность в выработке тепловой энергетики , технологии энергоэффективности: обзор отчета, 1 марта 2014 года. Получено 2019-04-24.

[8] Climate Techbook, гидроэнергетика , Пью -центр по глобальному изменению климата , октябрь 2009 г.

[9] British Electricity International (1991). Современная практика электростанции: включение современной практики энергетической системы (3 -е издание (12 томов) ред.). Пергамон. ISBN 978-0-08-040510-0 .

[Babcock-10] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: его генерация и использование (41 -е изд.). ISBN 978-0-9634570-0-4 .

[Elliott-11] Jump up to: ^а ^{беременный} Томас С. Эллиотт, Као Чен, Роберт Сванекамп (соавторы) (1997). Стандартное руководство по производству силовой установки (2 -е изд.). McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0-07-019435-9 . {{cite book}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Spirax-12] Даэраторы под давлением

[13] «Evoqua Water Technologies» (PDF) . www.usfilter.com .

[epa.gov-14] Jump up to: ^а ^{беременный} Курс ориентации по контролю за загрязнением воздуха с веб -сайта Института обучения загрязнения воздуха

[Energy_savings_in_steam_systems-15] Jump up to: ^а ^{беременный} Экономия энергии в паровых системах Архивировала 2007-09-27 на машине Wayback Рисунок 3A, расположение поверхностного конденсатора (прокрутите на стр. 11 из 34 PDF-страниц)

[16] Роберт Терстон Кент (главный редактор) (1936). Руководство инженеров -механиков Kents (Одиннадцатое издание (два тома) изд.). John Wiley & Sons (серия справочников Wiley Engineering). {{cite book}}: |author= имеет общее имя ( справка )

[17] Экономический анализ для окончательного раздела 316 (b) существующего правила объектов (отчет). Охлаждающая вода. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Май 2014. С. 1–3. EPA-821-R-14-001.

[18] «Охлаждающая вода» . Эпэ 2017-08-30.

[19] Молбетч, Джон; Zammit, Kent (2003-05-06). «Модернизация охлаждения затрат» (PDF) . Охлаждающая вода . Эпэ Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 года . Получено 2006-09-10 . EPA Workshop по технологиям впускной воды, Арлингтон, Вирджиния.

[20] Beychok, Milton R. (2005). Основы дисперсии стека газа (4 -е изд.). Автор опубликован. ISBN 978-0-9644588-0-2 . www.air-dispersion.com

[21] Руководство для определения хорошей высоты стека инженерной практики (документ технической поддержки для правил высоты стека), пересмотренный , 1985, EPA Publication № EPA - 450/4–80–023R, Агентство по охране окружающей среды США (NTIS № PB 85– 225241)

[22] Lawson, Jr., Re and Wh Snyder, 1983. Определение хорошей инженерной практики высота стека: демонстрационное исследование для электростанции , 1983, EPA Publication № EPA - 600/3–83–024. Агентство по охране окружающей среды США (NTIS № PB 83–207407)

[23] Мишель Т. Ван Влиет, Дэвид Виберг, Сильвен Ледюк и Кейван Риахи (4 января 2016 г.). «Уязвимость и адаптация системы и адаптация к изменениям в климате и водных ресурсах». Изменение климата природы . 6 (4): 375–380. BIBCODE : 2016NATCC ... 6..375V . doi : 10.1038/nclimate2903 . {{cite journal}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]