Arten und Arten von Kraftwerken. Elektrizitätswerke Beteiligung verschiedener Kraftwerke an der Erzeugung elektrischer Energie

Vorlesungsreihe zum Fachgebiet

„Energieversorgung und Energieeffizienz von Technologien“

Modul 1. Energieerzeugung. 2

Thema 1. Grundlegende Informationen zu Wärmekraftwerken. 2

Thema 2. „Haupt- und Hilfsausrüstung von Wärmekraftwerken.“ 19

Thema 3. Energieumwandlung in Wärmekraftwerken.. 37

Thema 4 „Kernkraftwerke“. 58

Thema 5 „Grundlegende Informationen zu Wasserkraftwerken.“ 72

Modul 2. „Energieerzeugungs- und -verteilungssysteme“. 85

Thema 6. „Energieressourcen“. 85

Thema 7 „Grundsysteme für die Produktion und Verteilung von Energieressourcen in Industrieunternehmen.“ 94

Modul 1. Energieerzeugung.

Thema 1. Grundlegende Informationen zu Wärmekraftwerken.

1.1 Allgemeine Informationen.

1.2 Thermische und technologische Diagramme von Wärmekraftwerken.

1.3 Anordnungsdiagramme von Wärmekraftwerken.

allgemeine Informationen

Wärmekraftwerk(TPP) – ein Kraftwerk, das durch die Umwandlung von Wärmeenergie, die bei der Verbrennung von organischem Brennstoff freigesetzt wird, elektrische Energie erzeugt. Die ersten Wärmekraftwerke entstanden Ende des 19. Jahrhunderts und Mitte der 70er Jahre. Im 20. Jahrhundert entwickelten sich Wärmekraftwerke zum wichtigsten Kraftwerkstyp der Welt. Der Anteil der von ihnen erzeugten Elektrizität beträgt in Russland etwa 80 % und weltweit etwa 70 %.

Die meisten russischen Städte werden aus Wärmekraftwerken mit Strom versorgt. In Städten kommen häufig KWK-Anlagen zum Einsatz – Blockheizkraftwerke, die nicht nur Strom, sondern auch Wärme in Form von heißem Wasser oder Dampf erzeugen. Trotz der höheren Effizienz ist ein solches System eher unpraktisch, da die Zuverlässigkeit von Heizungsnetzen im Gegensatz zu Elektrokabeln über große Entfernungen äußerst gering ist, da die Effizienz einer zentralen Wärmeversorgung aufgrund einer Abnahme der Kühlmitteltemperatur stark abnimmt . Es wird geschätzt, dass die Installation eines Elektrokessels in einem Einfamilienhaus wirtschaftlich rentabler ist, wenn die Heizungsleitungen länger als 20 km sind (was in den meisten Städten typisch ist).

In Wärmekraftwerken wird die chemische Energie des Brennstoffs zunächst in thermische Energie, dann in mechanische Energie und schließlich in elektrische Energie umgewandelt.

Der Brennstoff für ein solches Kraftwerk kann Kohle, Torf, Gas, Ölschiefer und Heizöl sein. Wärmekraftwerke werden in Brennwertkraftwerke (BHKW) unterteilt, die ausschließlich zur Erzeugung elektrischer Energie konzipiert sind, und Blockheizkraftwerke (BHKW), die neben Strom auch Wärmeenergie in Form von heißem Wasser und Dampf erzeugen. Große CPPs von regionaler Bedeutung werden State District Power Plants (SDPPs) genannt.

Thermische und technologische Diagramme von Wärmekraftwerken

Das Hauptwärmediagramm eines Wärmekraftwerks zeigt die Hauptkühlmittelströme, die mit den Haupt- und Hilfsgeräten bei den Prozessen der Wärmeumwandlung zur Erzeugung und Bereitstellung von Strom und Wärme verbunden sind. In der Praxis wird das thermische Grunddiagramm auf ein Diagramm des Dampf-Wasser-Pfades eines Wärmekraftwerks (Kraftwerks) reduziert, dessen Elemente üblicherweise in herkömmlichen Bildern dargestellt werden.

Vereinfachtes (Haupt-)Wärmediagramm eines kohlebefeuerten Wärmekraftwerks, ist in Abbildung 1 dargestellt. Kohle wird dem Brennstoffbunker 1 und von dort der Zerkleinerungsanlage 2 zugeführt, wo sie zu Staub wird. Kohlenstaub gelangt in die Feuerung eines Dampferzeugers (Dampfkessel) 3, der über ein Rohrsystem verfügt, in dem chemisch gereinigtes Wasser, sogenanntes Speisewasser, zirkuliert. Im Kessel wird Wasser erhitzt, verdampft und der entstehende Sattdampf auf eine Temperatur von 400-650°C gebracht und gelangt unter einem Druck von 3-25 MPa über eine Dampfleitung in die Dampfturbine 4. Die Parameter sind überhitzt Dampf (Temperatur und Druck am Turbineneintritt) hängen von der Leistung der Einheiten ab.

Komplettes thermisches Diagramm unterscheidet sich vom Grundmodell dadurch, dass es Geräte, Rohrleitungen, Absperr-, Regel- und Schutzventile vollständig darstellt. Das vollständige thermische Diagramm eines Kraftwerks besteht aus Diagrammen einzelner Komponenten, einschließlich einer allgemeinen Stationseinheit (Ersatzkondensattanks mit Transferpumpen, Nachspeisung des Heizungsnetzes, Rohwassererwärmung usw.). Zu den Hilfsleitungen gehören Bypass, Entwässerung, Ableitung, Hilfsleitung und Ansaugung des Dampf-Luft-Gemisches.

Abbildung 1 – Vereinfachtes thermisches Diagramm eines Wärmekraftwerks und Aussehen einer Dampfturbine

Thermische CES haben einen geringen Wirkungsgrad (30–40 %), da der Großteil der Energie durch Rauchgase und Kondensatorkühlwasser verloren geht. CPPs, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, werden normalerweise in der Nähe von Brennstoffgewinnungsstandorten gebaut.

Ein BHKW unterscheidet sich von einem CPP dadurch, dass auf ihm eine spezielle Heizturbine mit zwischengeschalteter Dampfentnahme oder mit Gegendruck installiert ist. In solchen Anlagen wird die Wärme des Abdampfes teilweise oder sogar vollständig zur Wärmebereitstellung genutzt, wodurch Wasserverluste aus dem Kühlwasser reduziert werden oder ganz entfallen (bei Anlagen mit Gegendruck-Turbogeneratoren). Allerdings ist der Anteil der in Strom umgewandelten Dampfenergie bei gleichen Ausgangsparametern bei Anlagen mit Heizturbinen geringer als bei Anlagen mit Kondensationsturbinen. In einem Wärmekraftwerk wird ein Teil des Dampfes vollständig in der Turbine zur Stromerzeugung im Generator 5 genutzt und gelangt dann in den Kondensator 6, und der andere Teil, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck aufweist (gestrichelte Linie in der Abbildung), wird aus der Zwischenstufe der Turbine entnommen und zur Wärmeversorgung genutzt. Das Kondensat wird von der Pumpe 7 durch den Entgaser 8 und anschließend von der Förderpumpe 9 dem Dampferzeuger zugeführt. Die entnommene Dampfmenge richtet sich nach dem Wärmeenergiebedarf der Unternehmen.

Der Wirkungsgrad thermischer Kraftwerke erreicht 60-70 %.

Solche Stationen werden üblicherweise in der Nähe von Verbrauchern errichtet- Industriebetriebe oder Wohngebiete. Meistens werden sie mit importiertem Kraftstoff betrieben.

Die betrachteten Wärmekraftwerke werden nach der Art der Hauptwärmeeinheit (Dampfturbine) als Dampfturbinenstationen klassifiziert. Wärmekraftwerke mit Gasturbine (GTU), GuD-Gasturbine (GuD) und Dieselaggregaten sind deutlich weniger verbreitet.

Am wirtschaftlichsten sind große thermische Dampfturbinenkraftwerke. In einem Dampfkessel werden über 90 % der vom Brennstoff freigesetzten Energie in Dampf umgewandelt. In der Turbine wird die kinetische Energie der Dampfstrahlen auf den Rotor übertragen (Abbildung 1). Die Turbinenwelle ist starr mit der Generatorwelle verbunden. Moderne Dampfturbinen für Wärmekraftwerke sind schnelllaufende (3000 U/min), sehr wirtschaftliche Maschinen mit langer Lebensdauer. Ihre Einzelwellenleistung erreicht 1200 MW, und das ist nicht die Grenze. Solche Maschinen sind immer mehrstufig, das heißt, sie verfügen meist über mehrere Dutzend Scheiben mit Arbeitsschaufeln und vor jeder Scheibe ebenso viele Düsengruppen, durch die ein Dampfstrom strömt. Gleichzeitig nehmen Druck und Temperatur des Dampfes allmählich ab.

Hochleistungs-CPPs mit organischem Brennstoff werden derzeit hauptsächlich für hohe anfängliche Dampfparameter und niedrigen Enddruck (tiefes Vakuum) gebaut. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Wärmeverbrauchs pro erzeugter Stromeinheit, da die Ausgangsparameter umso höher sind P 0 und T 0 vor der Turbine und unterhalb des Enddampfdrucks R k, desto höher ist die Effizienz der Anlage. Daher wird der in die Turbine eintretende Dampf auf hohe Parameter gebracht: Temperatur – bis zu 650 °C und Druck – bis zu 25 MPa.

Abbildung 2 zeigt typische thermische Diagramme von CESs, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Gemäß dem Diagramm in Abbildung 2a wird dem Kreislauf nur dann Wärme zugeführt, wenn Dampf erzeugt und auf die gewählte Überhitzungstemperatur erhitzt wird t Spur;gemäß dem Diagramm in Abbildung 2b wird neben der Wärmeübertragung unter diesen Bedingungen auch Wärme an den Dampf abgegeben, nachdem er im Hochdruckteil der Turbine gearbeitet hat.

Der erste Kreislauf wird als Kreislauf ohne Zwischenüberhitzung bezeichnet, der zweite als Kreislauf mit zwischenzeitlicher Dampfüberhitzung. Wie aus dem Thermodynamikkurs bekannt ist, ist der thermische Wirkungsgrad des zweiten Schemas bei gleichen Anfangs- und Endparametern und der richtigen Wahl der Zwischenüberhitzungsparameter höher.

In beiden Systemen wird Dampf vom Dampfkessel 1 zur Turbine 2 geleitet, die sich auf derselben Welle wie der elektrische Generator 3 befindet. Der Abgasdampf wird im Kondensator 4 kondensiert und durch in den Rohren zirkulierendes Prozesswasser gekühlt. Turbinenkondensat durch Kondensatpumpe 5über regenerative Heizgeräte 6 wird es dem Entgaser 8 zugeführt.

Abbildung 2 – Typische Wärmediagramme von Dampfturbinen-Kondensationsanlagen mit organischem Brennstoff ohne Zwischenüberhitzung des Dampfes (a) und mit Zwischenüberhitzung (b)

Der Entgaser dient dazu, darin gelöste Gase aus Wasser zu entfernen; Gleichzeitig wird darin, genau wie bei regenerativen Heizgeräten, das Speisewasser durch Dampf erhitzt, der zu diesem Zweck dem Turbinenausgang entnommen wird. Die Entgasung des Wassers wird durchgeführt, um den Gehalt an Sauerstoff und Kohlendioxid darin auf akzeptable Werte zu bringen und dadurch die Korrosionsrate in den Wasser- und Dampfwegen zu verringern. Gleichzeitig kann in einigen Wärmekreisläufen von IES kein Entgaser vorhanden sein.

Entlüftetes Wasser Förderpumpe 9über Heizgeräte 10 wird es der Kesselanlage zugeführt. Das in den Erhitzern 10 gebildete Kondensat des Heizdampfes wird kaskadenförmig in den Entgaser 8 geleitet und das Kondensat des Heizdampfes den Erhitzern 6 zugeführt Ablaufpumpe 7 in Reihe, durch den Kondensat aus dem Kondensator 4 fließt.

Die beschriebenen thermischen Schemata sind weitgehend typisch und ändern sich geringfügig mit zunehmender Geräteleistung und anfänglichen Dampfparametern.

Der Entgaser und die Förderpumpe unterteilen den regenerativen Heizkreislauf in die Gruppen HPH (Hochdruckerhitzer) und LPH (Niederdruckerhitzer). PVD-Gruppe Es besteht in der Regel aus zwei oder drei Erhitzern mit Kaskadenentwässerung bis zum Entgaser. Der Entgaser wird mit Dampf der gleichen Extraktion wie die vorgeschaltete HPH gespeist. Dieses Schema zum Einschalten eines Entgasers mit Dampf ist weit verbreitet. Da im Entgaser ein konstanter Dampfdruck aufrechterhalten wird und der Druck in der Extraktion proportional zur Abnahme des Dampfstroms zur Turbine reduziert wird, schafft dieses Schema eine Druckreserve für die Extraktion, die in der vorgeschalteten HPH realisiert wird. HDPE-Gruppe besteht aus drei bis fünf regenerativen und zwei bis drei Zusatzheizungen. Wenn eine Verdunstungsanlage (Kühlturm) vorhanden ist, wird der Verdampferkondensator zwischen das HDPE geschaltet.

Technologisches Diagramm des Wärmekraftwerks, das mit Kohle betrieben wird, ist in Abbildung 3 dargestellt. Es handelt sich um einen komplexen Komplex miteinander verbundener Wege und Systeme: Staubaufbereitungssystem; Kraftstoffversorgungs- und Zündsystem (Kraftstoffweg); Schlacken- und Ascheentfernungssystem; Gas-Luft-Pfad; ein Dampf-Wasser-Pfadsystem, einschließlich eines Dampf-Wasser-Kessels und einer Turbineneinheit; ein System zur Aufbereitung und Bereitstellung von zusätzlichem Wasser, um Speisewasserverluste auszugleichen; technisches Wasserversorgungssystem zur Dampfkühlung; Netzwerk-Warmwasserbereitungssystem; ein elektrisches Energiesystem, einschließlich Synchrongenerator, Aufwärtstransformator, Hochspannungsschaltanlage usw.

Abbildung 3 – Prozessdiagramm eines Kohlenstaubkraftwerks

Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung der wichtigsten Systeme und Strömungswege des technologischen Schemas eines kohlebefeuerten Wärmekraftwerks.

1. Staubaufbereitungssystem. Kraftstoffweg. Die Lieferung fester Brennstoffe erfolgt per Bahn in speziellen Gondelwagen 1. Gondelwagen mit Kohle werden auf Eisenbahnwaagen gewogen. Im Winter werden Gondelwagen mit Kohle durch ein Abtaugewächshaus geführt, in dem die Wände des Gondelwagens mit erwärmter Luft erwärmt werden. Anschließend wird der Gondelwagen in die Entladevorrichtung – Wagenkipper 2 – geschoben, in der er um die Längsachse in einem Winkel von etwa 180° gedreht wird; Die Kohle wird auf Roste gekippt, die die Aufnahmetrichter bedecken. Kohle aus den Bunkern wird über Zubringer dem Förderer 4 zugeführt, über den sie entweder dem Kohlelager 4 oder über den Brechraum 5 den Rohkohlebunkern des Kesselraums 6 zugeführt wird, von wo aus sie auch angeliefert werden kann das Kohlelager.

Von der Brechanlage gelangt der Brennstoff in den Rohkohlebunker 6 und von dort über Zuführungen in die Kohlenstaubmühlen 7. Kohlenstaub wird pneumatisch durch den Abscheider 8 und den Zyklon 9 in den Kohlenstaubbunker 10 transportiert und von dort aus über Zuführungen 11 den Brennern zugeführt. Luft aus dem Zyklon wird vom Mühlengebläse 12 angesaugt und der Brennkammer des Kessels 13 zugeführt.

Dazu gehört die gesamte Brennstoffleitung samt Kohlelager Kraftstoffversorgungssystem, das vom Personal der Brennstoff- und Transportwerkstatt des Wärmekraftwerks bedient wird.

Auch Kohlenstaubkessel verfügen zwangsläufig über einen Ausgangsbrennstoff, meist Heizöl. Heizöl wird in Eisenbahntanks angeliefert, in denen es vor der Entladung mit Dampf erhitzt wird. Über die erste und zweite Saugpumpe wird es den Heizöldüsen zugeführt. Der Startbrennstoff kann auch Erdgas sein, das von der Gasleitung über die Gasregelstelle zu den Gasbrennern zugeführt wird.

Bei Wärmekraftwerken, die Gas- und Ölbrennstoffe verbrennen, ist die Brennstoffeinsparung im Vergleich zu Kohlenstaub-Wärmekraftwerken deutlich vereinfacht, das Kohlelager, die Zerkleinerungsabteilung, die Förderanlage, der Rohkohle- und Staubbunker sowie Aschesammel- und Entaschungssysteme entfallen.

2. Gas-Luft-Pfad. System zur Entfernung von Schlacke und Asche. Die zur Verbrennung benötigte Luft wird den Lufterhitzern des Dampfkessels durch ein Gebläse 14 zugeführt. Die Luftentnahme erfolgt üblicherweise oben im Heizraum und (bei Hochleistungsdampfkesseln) von außerhalb des Heizraums.

Die bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehenden Gase strömen nach dem Verlassen der Brennkammer nacheinander durch die Gaskanäle der Kesselanlage, wo sich im Dampfüberhitzer (primär und sekundär, wenn ein Kreislauf mit Zwischenüberhitzung des Dampfes durchgeführt wird) und das Wasser befinden Beim Economizer wird Wärme auf das Arbeitsmedium übertragen und über den Lufterhitzer wird dem Dampfkessel Luft zugeführt. Anschließend werden die Gase in Aschesammlern (Elektrofiltern) 15 von Flugasche gereinigt und über einen Schornstein 17 mithilfe von Rauchabsaugern 16 in die Atmosphäre abgegeben.

Schlacke und Asche, die unter die Brennkammer, den Lufterhitzer und die Aschesammler fallen, werden mit Wasser abgewaschen und fließen durch Kanäle nach 33 Lag-Pumpen, die sie in Aschelager pumpen.

3. Dampf-Wasser-Weg.Überhitzter Dampf vom Dampfkessel 13 strömt durch Dampfleitungen und ein Düsensystem zur Turbine 22.

Kondensat vom Turbinenkondensator 23 wird von Kondensatpumpen 24 zugeführtüber Niederdruck-Regenerativheizer 18 in einen Entgaser 20, in dem Wasser zum Sieden gebracht wird; Gleichzeitig wird es von den darin gelösten aggressiven Gasen O 2 und CO 2 befreit, was Korrosion im Dampf-Wasser-Weg verhindert. Vom Entgaser wird Wasser über Förderpumpen 21 über Hochdruckerhitzer 19 dem Kessel-Economizer zugeführt, wodurch der Dampf zwischenzeitlich überhitzt und der Wirkungsgrad des Wärmekraftwerks deutlich gesteigert wird.

Der Dampf-Wasser-Weg eines Wärmekraftwerks ist der komplexeste und verantwortungsvollste, denn auf diesem Weg treten die höchsten Metalltemperaturen und die höchsten Dampf- und Wasserdrücke auf.

Um die Funktionsfähigkeit des Dampf-Wasser-Pfades sicherzustellen, sind ein System zur Aufbereitung und Bereitstellung von Zusatzwasser zum Ausgleich von Verlusten des Arbeitsmediums sowie ein technisches Wasserversorgungssystem für Wärmekraftwerke zur Kühlwasserversorgung des Turbinenkondensators erforderlich.

4. System zur Aufbereitung und Bereitstellung von zusätzlichem Wasser. Zusätzliches Wasser wird durch die chemische Reinigung des Rohwassers gewonnen, die in speziellen Ionenaustauschfiltern zur chemischen Wasseraufbereitung durchgeführt wird.

Dampf- und Kondensatverluste aufgrund von Undichtigkeiten im Dampf-Wasser-Weg werden bei diesem System durch chemisch entsalztes Wasser ausgeglichen, das aus dem entmineralisierten Wassertank über eine Transferpumpe der Kondensatleitung hinter dem Turbinenkondensator zugeführt wird.

Geräte zur chemischen Aufbereitung des Zusatzwassers befinden sich in der Chemiewerkstatt 28 (Chemische Wasseraufbereitungswerkstatt).

5. Dampfkühlsystem. Kühlendes Wasser Das Wasser wird dem Kondensator aus dem Vorfluter 26 zugeführt Umwälzpumpen 25. Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird in einem bestimmten Abstand von der Entnahmestelle in einen Sammelbrunnen 27 derselben Wasserquelle abgeleitet, so dass sich das erwärmte Wasser nicht mit dem entnommenen Wasser vermischt.

In vielen technologischen Systemen von Wärmekraftwerken wird Kühlwasser von Umwälzpumpen 25 und dann durch die Kondensatorrohre gepumpt gelangt in den Kühlturm (Kühlturm), wobei das Wasser durch Verdunstung um die gleiche Temperaturdifferenz abgekühlt wird, um die es im Kondensator erhitzt wurde. Wasserversorgungssysteme mit Kühltürmen werden hauptsächlich in Wärmekraftwerken eingesetzt. Das IES nutzt ein Wasserversorgungssystem mit Kühlbecken. Bei der Verdunstungskühlung von Wasser entspricht die Verdunstung ungefähr der Dampfmenge, die in den Turbinenkondensatoren kondensiert. Daher müssen Wasserversorgungssysteme, meist mit Flusswasser, wieder aufgefüllt werden.

6. System von Netzwerk-Warmwasserbereitungsanlagen. In den Diagrammen Für die Fernwärme des Kraftwerks und des angrenzenden Dorfes kann eine kleine Verbundwärmeanlage bereitgestellt werden. Der Netzwerkerhitzer 29 dieser Anlage erhält Dampf aus den Turbinenentnahmen, das Kondensat wird über die Leitung 31 abgeführt. Das Netzwerkwasser wird dem Erhitzer zugeführt und über die Rohrleitungen 30 aus diesem abgeleitet.

7. Elektrisches Energiesystem. Ein von einer Dampfturbine angetriebener elektrischer Generator erzeugt elektrischen Wechselstrom, der über einen Aufwärtstransformator zu den Sammelschienen der offenen Schaltanlage (OSD) des Wärmekraftwerks gelangt. Die Busse des Hilfssystems sind ebenfalls über einen Hilfstransformator mit den Generatorklemmen verbunden. Somit werden die Nebenverbraucher des Aggregats (Elektromotoren von Nebenaggregaten – Pumpen, Ventilatoren, Mühlen usw.) vom Generator des Aggregats mit Strom versorgt. Zur Stromversorgung von Elektromotoren, Beleuchtungsgeräten und Geräten des Kraftwerks ist eine elektrische Hilfsverteilungseinrichtung 32 vorhanden.

In besonderen Fällen (Notfallsituationen, Lastabwurf, An- und Abschaltung) erfolgt die Hilfsstromversorgung über einen Ersatz-Sammelschienentransformator der Freiluftschaltanlage. Eine zuverlässige Stromversorgung des Elektromotors von Nebenaggregaten gewährleistet den zuverlässigen Betrieb von Aggregaten und Wärmekraftwerken insgesamt. Eine Unterbrechung der Stromversorgung für den Eigenbedarf führt zu Ausfällen und Unfällen.

Ein Wärmekraftwerk ist ein Betrieb zur Erzeugung von Strom und Wärme. Beim Bau eines Kraftwerks orientieren sie sich an dem wichtigeren Punkt: dem Standort einer Brennstoffquelle in der Nähe oder dem Standort einer nahegelegenen Energiequelle.

Platzierung von Wärmekraftwerken je nach Brennstoffquelle.

Stellen wir uns vor, wir hätten ein großes Kohlevorkommen. Wenn wir hier ein Wärmekraftwerk bauen, senken wir die Kosten für den Brennstofftransport. Wenn wir berücksichtigen, dass der Transportanteil in den Brennstoffkosten recht groß ist, ist es sinnvoll, Wärmekraftwerke in der Nähe von Bergbaustandorten zu errichten. Doch was machen wir mit dem entstehenden Strom? Es ist gut, wenn es in der Nähe einen Ort gibt, an dem man es verkaufen kann, da in der Gegend Strommangel herrscht.

Was tun, wenn kein Bedarf an neuem Strom besteht? Dann werden wir gezwungen sein, den entstehenden Strom über weite Strecken drahtgebunden zu übertragen. Und um Strom über große Entfernungen ohne große Verluste zu übertragen, ist es notwendig, ihn über Hochspannungsleitungen zu übertragen. Wenn sie nicht vorhanden sind, müssen sie gezogen werden. Zukünftig müssen Stromleitungen gewartet werden. All dies erfordert auch Geld.

Platzierung von Wärmekraftwerken je nach Verbraucher.

Die meisten neuen Wärmekraftwerke in unserem Land befinden sich in unmittelbarer Nähe des Verbrauchers.

Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Vorteil der Platzierung von Wärmekraftwerken in unmittelbarer Nähe der Brennstoffquelle durch die Kosten für den Transport über weite Strecken über Stromleitungen aufgezehrt wird. Darüber hinaus kommt es in diesem Fall zu großen Verlusten.

Wenn Sie ein Kraftwerk direkt neben dem Verbraucher platzieren, können Sie auch gewinnen, wenn Sie ein Wärmekraftwerk bauen. Sie können detaillierter lesen. In diesem Fall werden die Kosten für die zugeführte Wärme deutlich reduziert.

Bei einer Platzierung direkt neben dem Verbraucher ist der Bau von Hochspannungsleitungen nicht erforderlich, eine Spannung von 110 kV reicht aus.

Aus allem, was oben geschrieben wurde, können wir eine Schlussfolgerung ziehen. Wenn die Brennstoffquelle weit entfernt ist, ist es in der aktuellen Situation besser, Wärmekraftwerke jedoch in der Nähe des Verbrauchers zu bauen. Größere Vorteile ergeben sich, wenn die Brennstoffquelle und die Quelle des Stromverbrauchs in der Nähe liegen.

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Der Prozess der Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie wird in vereinfachten (Haupt-) oder vollständigen thermischen Diagrammen dargestellt.

Schematisches Wärmediagramm eines Wärmekraftwerks zeigt die Hauptströme von Kühlmitteln, die mit den Haupt- und Hilfsgeräten bei den Prozessen der Umwandlung der Wärme des verbrannten Brennstoffs zur Erzeugung und Lieferung von Strom und Wärme an Verbraucher verbunden sind. In der Praxis wird das thermische Grunddiagramm auf ein Diagramm des Dampf-Wasser-Pfades eines Wärmekraftwerks (Kraftwerks) reduziert, dessen Elemente üblicherweise in herkömmlichen Bildern dargestellt werden.

Ein vereinfachtes (Haupt-)Wärmediagramm eines kohlebefeuerten Wärmekraftwerks ist in Abb. dargestellt. 3.1.

Kohle wird in den Brennstoffbunker geleitet 1 , und von dort - in die Brechanlage 2 wo es zu Staub wird. Kohlenstaub gelangt in den Ofen des Dampferzeugers (Dampfkessel) 3 , mit einem Röhrensystem, in dem chemisch gereinigtes Wasser, sogenanntes Nährwasser, zirkuliert. Es ist Wasser im Boiler

Reis. 3.1. Vereinfachtes thermisches Diagramm einer Dampfturbine

Kohlenstaub-Wärmekraftwerk und das Aussehen des Dampfturbinenrades

erhitzt, verdampft und der entstehende Sattdampf wird in einem Überhitzer auf eine Temperatur von 400-650 °C gebracht und gelangt unter einem Druck von 3...25 MPa über eine Dampfleitung in die Dampfturbine 4 . Parameter für überhitzten Dampf T 0 , P 0 (Temperatur und Druck am Turbineneintritt) hängen von der Leistung der Aggregate ab. Im CPP wird der gesamte Dampf zur Stromerzeugung genutzt. In einem Wärmekraftwerk wird ein Teil des Dampfes vollständig in einer Turbine genutzt, um in einem Generator Strom zu erzeugen 5 und geht dann zum Kondensator 6 , und der andere, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck aufweist, wird aus der Zwischenstufe der Turbine entnommen und zur Wärmeversorgung genutzt (gestrichelte Linie in Abb. 3.1). Kondensatpumpe 7 durch einen Entlüfter 8 und dann durch die Förderpumpe 9 dem Dampferzeuger zugeführt. Die entnommene Dampfmenge richtet sich nach dem Wärmeenergiebedarf der Unternehmen.

Kompletter Wärmekreislauf (TCS) unterscheidet sich vom Grundmodell dadurch, dass es Geräte, Rohrleitungen, Absperr-, Regel- und Schutzventile vollständig darstellt. Das vollständige thermische Diagramm eines Kraftwerks besteht aus Diagrammen einzelner Komponenten, einschließlich einer allgemeinen Stationseinheit (Ersatzkondensattanks mit Transferpumpen, Nachspeisung des Heizungsnetzes, Rohwassererwärmung usw.). Zu den Hilfsleitungen gehören Bypass-, Entwässerungs-, Abfluss-, Hilfs- und Dampf-Luft-Gemisch-Saugleitungen. Die Bezeichnungen der PTS-Leitungen und -Armaturen lauten wie folgt:

3.1.1.1. Wärmekreisläufe kes

Die meisten CPPs in unserem Land verwenden Kohlenstaub als Brennstoff. Um 1 kWh Strom zu erzeugen, werden mehrere hundert Gramm Kohle verbraucht. In einem Dampfkessel werden über 90 % der vom Brennstoff freigesetzten Energie in Dampf umgewandelt. In der Turbine wird die kinetische Energie der Dampfstrahlen auf den Rotor übertragen (siehe Abb. 3.1). Die Turbinenwelle ist starr mit der Generatorwelle verbunden. Moderne Dampfturbinen für Wärmekraftwerke sind schnelllaufende (3000 U/min), sehr wirtschaftliche Maschinen mit langer Lebensdauer.

Hochleistungs-CPPs mit organischem Brennstoff werden derzeit hauptsächlich für hohe anfängliche Dampfparameter und niedrigen Enddruck (tiefes Vakuum) gebaut. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Wärmeverbrauchs pro erzeugter Stromeinheit, da die Ausgangsparameter umso höher sind P 0 Und T 0 vor der Turbine und unterhalb des Enddampfdrucks P k, desto höher ist die Effizienz der Anlage. Daher wird der in die Turbine eintretende Dampf auf hohe Parameter gebracht: Temperatur – bis zu 650 °C und Druck – bis zu 25 MPa.

Abbildung 3.2 zeigt typische vereinfachte thermische Diagramme von IES, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Gemäß dem Diagramm in Abbildung 3.2, A Dem Kreislauf wird nur dann Wärme zugeführt, wenn Dampf erzeugt und auf die ausgewählte Überhitzungstemperatur erhitzt wird T Fahrbahn; gemäß dem Diagramm in Abbildung 3.2, B Zusammen mit der Wärmeübertragung unter diesen Bedingungen wird dem Dampf Wärme zugeführt, nachdem er im Hochdruckteil der Turbine gearbeitet hat.

Der erste Kreislauf wird als Kreislauf ohne Zwischenüberhitzung bezeichnet, der zweite als Kreislauf mit zwischenzeitlicher Dampfüberhitzung. Wie aus dem Thermodynamikkurs bekannt ist, ist der thermische Wirkungsgrad des zweiten Schemas bei gleichen Anfangs- und Endparametern und der richtigen Wahl der Zwischenüberhitzungsparameter höher.

Nach beiden Schemata Dampf aus einem Dampfkessel 1 geht zur Turbine 2 befindet sich auf derselben Welle wie der elektrische Generator 3 . Im Kondensator wird der Abdampf kondensiert 4 , gekühlt durch technisches Wasser, das in den Rohren zirkuliert. Turbinenkondensat durch Kondensatpumpe 5 durch regenerative Heizungen 6 in den Entgaser eingespeist 8 .

Der Entgaser dient dazu, darin gelöste Gase aus Wasser zu entfernen; Gleichzeitig wird darin, genau wie bei regenerativen Heizgeräten, das Speisewasser durch Dampf erhitzt, der zu diesem Zweck dem Turbinenausgang entnommen wird. Die Entgasung von Wasser wird durchgeführt, um den Gehalt an Sauerstoff und Kohlendioxid darin auf akzeptable Werte zu bringen und dadurch die Metallkorrosionsrate in den Wasser- und Dampfwegen zu verringern. Gleichzeitig kann in einigen Wärmekreisläufen von IES kein Entgaser vorhanden sein. Bei diesem sogenannten Neutralsauerstoff-Wasserregime wird dem Speisewasser eine bestimmte Menge Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Luft zugeführt; ein Entgaser im Kreislauf ist nicht erforderlich.

R
Ist. 3.1. Typische Wärmekreisläufe von Dampfturbinen

Brennwerteinheiten, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, ohne

Zwischenüberhitzung von Dampf ( A) und mit Mittelstufe

Überhitzung ( B)

Entlüftetes Wasser durch Speisepumpe 9 durch Heizungen 10 der Kesselanlage zugeführt. In Heizgeräten bildet sich Heizdampfkondensat 10 , kaskadiert zum Entgaser 8 , und das Kondensat des Heizdampfes der Erhitzer 6 wird von einer Laugenpumpe zugeführt 7 in die Leitung, durch die das Kondensat vom Kondensator fließt 4 .

Die beschriebenen thermischen Schemata sind weitgehend typisch und ändern sich geringfügig mit zunehmender Geräteleistung und anfänglichen Dampfparametern.

Der Entgaser und die Förderpumpe unterteilen den regenerativen Heizkreislauf in die Gruppen HPH (Hochdruckerhitzer) und LPH (Niederdruckerhitzer). Die HPH-Gruppe besteht in der Regel aus 2–3 Erhitzern mit Kaskadenentwässerung bis zum Entgaser. Der Entgaser wird mit Dampf der gleichen Extraktion wie die vorgeschaltete HPH gespeist. Dieses Schema zum Einschalten eines Entgasers mit Dampf ist weit verbreitet. Da im Entgaser ein konstanter Dampfdruck aufrechterhalten wird und der Druck in der Extraktion proportional zur Abnahme des Dampfstroms zur Turbine reduziert wird, schafft dieses Schema eine Druckreserve für die Extraktion, die in der vorgeschalteten HPH realisiert wird. Die HDPE-Gruppe besteht aus 3–5 regenerativen und 2–3 Zusatzheizungen. Wenn eine Verdunstungsanlage (Kühlturm) vorhanden ist, wird der Verdampferkondensator zwischen das HDPE geschaltet.

IES, die nur Strom produzieren, haben einen geringen Wirkungsgrad (30–40 %), da eine große Menge der erzeugten Wärme über Dampfkondensatoren und Kühltürme in die Atmosphäre abgegeben wird und mit Rauchgasen und Kondensatorkühlwasser verloren geht.

Das technologische Diagramm eines Wärmekraftwerks spiegelt die Zusammensetzung und Wechselbeziehung seiner technologischen Systeme sowie den allgemeinen Ablauf der in ihnen ablaufenden Prozesse wider. In Abb. Abbildung 11 zeigt ein schematisches Diagramm eines Brennwertkraftwerks mit Festbrennstoff.

Das Wärmekraftwerk umfasst: Brennstoffanlagen und ein System zur Vorbereitung des Brennstoffs für die Verbrennung; Kesselanlage– eine Reihe von Kessel- und Hilfsgeräten (besteht aus dem Kessel selbst, der Verbrennungsvorrichtung, dem Überhitzer, dem Wassersparer, dem Lufterhitzer, dem Rahmen, der Auskleidung, den Armaturen, den Kesselhilfsgeräten und den Rohrleitungen); Turbinenanlage– eine Reihe von Turbinen und Hilfsgeräten; Wasseraufbereitungs- und Kondensatreinigungsanlagen; technisches Wasserversorgungssystem, Asche- und Schlackenentfernungssystem; Elektrotechnik; Steuerungssystem für Energieanlagen.

Zu den Brennstoffanlagen gehören Empfangs- und Entladevorrichtungen, Transportmechanismen, Brennstofflager für feste und flüssige Brennstoffe, Vorrichtungen zur Vorbrennstoffaufbereitung (Kohlenzerkleinerungsanlagen). Zur Heizölanlage gehören auch Pumpen zur Förderung von Heizöl und Heizgeräten.

Die Vorbereitung fester Brennstoffe für die Verbrennung erfolgt durch Mahlen und Trocknen in einer Staubaufbereitungsanlage, und die Vorbereitung von Heizöl besteht darin, sie zu erhitzen, von mechanischen Verunreinigungen zu reinigen und manchmal mit speziellen Additiven zu behandeln. Bei der Aufbereitung von Gasbrennstoff geht es hauptsächlich um die Regulierung des Gasdrucks vor dem Eintritt in den Kessel.

Die für die Brennstoffverbrennung benötigte Luft wird dem Kessel durch Umluftventilatoren zugeführt. Produkte der Brennstoffverbrennung – Rauchgase werden durch Rauchabzüge abgesaugt und über Schornsteine ​​in die Atmosphäre abgegeben. Eine Reihe von Kanälen (Luftkanäle und Schornsteine) und verschiedene Geräteelemente, durch die Luft und Rauchgase strömen, bilden ein Gas

Luftweg eines Wärmekraftwerks. Zu seiner Zusammensetzung gehören Rauchabsauger, Schornstein- und Gebläseventilatoren Entwurf einer Installation. In der Brennstoffverbrennungszone unterliegen die in seiner Zusammensetzung enthaltenen nicht brennbaren (mineralischen) Verunreinigungen physikalischen und chemischen Umwandlungen und werden teilweise in Form von Schlacke aus dem Kessel entfernt, und ein erheblicher Teil davon wird von den Rauchgasen in die Brennstoffverbrennungszone abtransportiert Form kleiner Aschepartikel. Um die atmosphärische Luft vor Ascheemissionen zu schützen, werden Aschesammler vor den Rauchabzügen installiert (um deren Ascheverschleiß zu verhindern).

Schlacke und aufgefangene Asche werden in der Regel außerhalb des Kraftwerksbereichs hydraulisch auf Aschedeponien abtransportiert. Bei der Verbrennung von Heizöl und Gas werden keine Aschesammler installiert.

Bei der Verbrennung von Brennstoff wird chemisch gebundene Energie in Wärmeenergie umgewandelt, es entstehen Verbrennungsprodukte, die in den Heizflächen des Kessels Wärme an das Wasser und den daraus erzeugten Dampf abgeben.

Es entsteht die Gesamtheit der Ausrüstung, ihrer einzelnen Elemente, Rohrleitungen, durch die sich Wasser und Dampf bewegen Wasserdampfweg der Station.

Im Kessel wird das Wasser auf Sättigungstemperatur erhitzt, verdampft und der aus kochendem (Kessel-)Wasser entstehende Sattdampf wird überhitzt. Anschließend wird der überhitzte Dampf über Rohrleitungen zur Turbine geleitet, wo seine Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird, die an die Turbinenwelle übertragen wird. Der in der Turbine ausgestoßene Dampf gelangt in den Kondensator, gibt Wärme an das Kühlwasser ab und kondensiert.

Aus dem Kondensator wird der in Wasser umgewandelte Dampf von einer Kondensatpumpe abgepumpt und gelangt nach Durchlaufen von Niederdruckerhitzern (LPH) in den Entgaser. Hier wird Wasser durch Dampf auf die Sättigungstemperatur erhitzt, wodurch Sauerstoff und andere Gase in die Atmosphäre gelangen, um Korrosion der Ausrüstung zu verhindern. Aus dem Entgaser wird das Wasser, genannt nahrhaft , wird von einer Förderpumpe durch Hochdruckerhitzer (HPH) gepumpt und dem Kessel zugeführt.

Das Kondensat im HDPE und Entgaser sowie das Speisewasser im HDPE werden durch Dampf aus der Turbine erhitzt. Diese Heizmethode bedeutet die Rückführung (Regeneration) von Wärme in den Kreislauf und heißt regenerative Heizung. Dadurch wird der Dampfstrom in den Kondensator und damit die an das Kühlwasser übertragene Wärmemenge reduziert, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrades der Dampfturbinenanlage führt.

Der Satz von Elementen, die Kondensatoren mit Kühlwasser versorgen, wird genannt technisches Wasserversorgungssystem. Dazu gehören eine Wasserversorgungsquelle (Fluss, Reservoir, Kühlturm), eine Umwälzpumpe sowie Wassereinlass- und -auslassleitungen. Im Kondensator werden etwa 55 % der Wärme des in die Turbine eintretenden Dampfes an das Kühlwasser übertragen; Dieser Teil der Wärme wird nicht zur Stromerzeugung genutzt und nutzlos verschwendet.

Diese Verluste werden deutlich reduziert, wenn teilweise erschöpfter Dampf aus der Turbine entnommen und seine Wärme für den technologischen Bedarf von Industrieunternehmen oder zur Erwärmung von Wasser zum Heizen genutzt wird. Dadurch wird die Station zu einem Blockheizkraftwerk (KWK), das eine kombinierte Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie ermöglicht. In Wärmekraftwerken werden spezielle Turbinen mit Dampfentnahme installiert – die sogenannten Blockheizkraftwerke. Das dem Wärmeverbraucher zugeführte Dampfkondensat wird über eine Rücklaufkondensatpumpe dem Wärmekraftwerk zugeführt.

Bei Wärmekraftwerken kann dies der Fall sein externe Verluste an Dampf und Kondensat im Zusammenhang mit der Wärmeversorgung industrieller Verbraucher. Im Durchschnitt liegen sie bei 35 – 50 %. Interne und externe Verluste an Dampf und Kondensat werden durch zusätzliches, in der Wasseraufbereitungsanlage vorbehandeltes Wasser ausgeglichen.

Bei Wärmekraftwerken gibt es interne Verluste an Kondensat und Dampf, aufgrund der unvollständigen Dichtheit des Wasser-Dampf-Weges sowie des unwiederbringlichen Verbrauchs von Dampf und Kondensat für den technischen Bedarf der Station. Sie machen einen kleinen Anteil des gesamten Dampfverbrauchs von Turbinen aus (ca. 1 – 1,5 %).

Auf diese Weise, Kesselspeisewasser ist eine Mischung aus Turbinenkondensat und Zusatzwasser.

Die elektrische Ausrüstung der Station umfasst einen Stromgenerator, einen Kommunikationstransformator, eine Hauptschaltanlage und ein Stromversorgungssystem für die eigenen Mechanismen des Kraftwerks über einen Hilfstransformator.

Das Steuerungssystem für Energieanlagen in Wärmekraftwerken sammelt und verarbeitet Informationen über den Fortschritt des technologischen Prozesses und den Zustand der Ausrüstung, die automatische und ferngesteuerte Steuerung von Mechanismen und die Regulierung grundlegender Prozesse sowie den automatischen Schutz der Ausrüstung.

Testfragen für Kapitel 3

1. Welche Kraftwerkstypen kennen Sie?

2. Was ist der Unterschied zwischen Wärmekraftwerken und Kernkraftwerken?

3. Welche Methoden kennen Sie, um thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln?

4. Was ist der Unterschied zwischen einer Kesselanlage und einer Turbinenanlage?

5. Definieren Sie die Entwurfsinstallation und den Wasser-Dampf-Weg der Station.

6. Was ist Kesselspeisewasser?

7. Was ist ein technisches Wasserversorgungssystem?

8. Was ist der Unterschied zwischen externen und internen Verlusten an Kondensat und Dampf?

WASSERBEREITUNG

Der technologische Prozess der Umwandlung von Rohstoffen (Brennstoff) in das Endprodukt (Strom) spiegelt sich in den technologischen Diagrammen von Kraftwerken wider.

Technologisches Diagramm eines mit Kohle betriebenen Wärmekraftwerks ist in Abbildung 3.4 dargestellt. Es handelt sich um eine komplexe Reihe miteinander verbundener Pfade und Systeme: ein Staubaufbereitungssystem; Kraftstoffversorgungs- und Zündsystem (Kraftstoffweg); Schlacken- und Ascheentfernungssystem; Gas-Luft-Pfad; ein Dampf-Wasser-Pfadsystem, einschließlich eines Dampf-Wasser-Kessels und einer Turbineneinheit; ein System zur Aufbereitung und Bereitstellung von zusätzlichem Wasser, um Speisewasserverluste auszugleichen; technisches Wasserversorgungssystem zur Dampfkühlung; Netzwerk-Warmwasserbereitungssystem; ein elektrisches Energiesystem, einschließlich Synchrongenerator, Aufwärtstransformator, Hochspannungsschaltanlage usw.

Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung der wesentlichen Systeme und Strömungswege eines Wärmekraftwerks am Beispiel eines Kohlekraftwerks.

Reis. 3.3. Prozessdiagramm eines Kohlenstaubkraftwerks

1. Staubaufbereitungssystem. Kraftstoffweg. Die Anlieferung fester Brennstoffe erfolgt per Bahn in speziellen Gondelwagen. 1 (siehe Abb. 3.4). Gondelwagen mit Kohle werden auf Eisenbahnwaagen gewogen. Im Winter werden Gondelwagen mit Kohle durch ein Abtaugewächshaus geführt, in dem die Wände des Gondelwagens mit erwärmter Luft erwärmt werden. Anschließend wird der Gondelwagen in eine Entladevorrichtung – einen Autodumper – geschoben 2 , in dem es sich um die Längsachse in einem Winkel von etwa 180 0 dreht; Die Kohle wird auf Roste gekippt, die die Aufnahmebehälter abdecken. Kohle aus den Bunkern wird über Zubringer dem Förderband zugeführt 4 , über die es entweder zum Kohlelager gelangt 3 , oder über die Zerkleinerungsabteilung 5 im Rohkohlenbunker des Heizraumes 6 , wohin es auch aus einem Kohlelager geliefert werden kann.

Von der Brechanlage gelangt der Brennstoff in den Rohkohlebunker 6 und von dort über Zuführungen in die Kohlenstaubmühlen 7 . Kohlenstaub wird pneumatisch durch den Abscheider transportiert 8 und Zyklon 9 in den Kohlenstaubbehälter 10 , und von dort Feeder 11 den Brennern zugeführt. Luft aus dem Zyklon wird vom Mühlengebläse angesaugt 12 und in die Brennkammer des Kessels eingespeist 13 .

Dieser gesamte Brennstoffweg gehört zusammen mit dem Kohlelager zum Brennstoffversorgungssystem, das vom Personal der Brennstofftransportabteilung des Wärmekraftwerks bedient wird.

Auch Kohlenstaubkessel verfügen über einen Ausgangsbrennstoff, meist Heizöl. Heizöl wird in Eisenbahntanks angeliefert, in denen es vor der Entladung mit Dampf erhitzt wird. Über die erste und zweite Saugpumpe wird es den Heizöldüsen zugeführt. Der Startbrennstoff kann auch Erdgas sein, das von der Gasleitung über die Gasregelstelle zu den Gasbrennern zugeführt wird.

Bei Wärmekraftwerken, die Gas- und Ölbrennstoffe verbrennen, ist die Brennstoffeinsparung im Vergleich zu Kohlenstaub-Wärmekraftwerken deutlich vereinfacht. Kohlelager, Zerkleinerungsabteilung, Förderanlage, Rohkohle- und Staubbunker sowie Aschesammel- und Entaschungsanlagen werden überflüssig.

2. Gas-Luft-Pfad. System zur Entfernung von Schlacke und Asche. Die zur Verbrennung benötigte Luft wird der Luftversorgung zugeführt

Dampfkesselheizungen mit Gebläse 14 . Die Luftentnahme erfolgt üblicherweise oben im Heizraum und (bei Hochleistungsdampfkesseln) von außerhalb des Heizraums.

Die bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehenden Gase strömen nach dem Verlassen der Brennkammer nacheinander durch die Gaskanäle der Kesselanlage, wo sich im Dampfüberhitzer (primär und sekundär, wenn ein Kreislauf mit Zwischenüberhitzung des Dampfes durchgeführt wird) und das Wasser befinden Beim Economizer wird Wärme auf das Arbeitsmedium übertragen und über den Lufterhitzer wird dem Dampfkessel Luft zugeführt. Dann in Aschesammlern (Elektrofilter) 15 Gase werden von Flugasche und durch den Schornstein gereinigt 17 Rauchabsauger 16 werden in die Atmosphäre abgegeben.

Schlacke und Asche, die unter die Brennkammer, den Lufterhitzer und die Aschesammler fallen, werden mit Wasser abgewaschen und über Kanäle den Strahlpumpen zugeführt. 33 , die sie in Aschedeponien pumpen.

3. Dampf-Wasser-Weg. In einem Überhitzer überhitzter Dampf aus einem Dampfkessel 13 Über Dampfleitungen und ein Düsensystem strömt es zur Turbine 22 .

Kondenswasser aus dem Kondensator 23 Turbinen werden durch Kondensatpumpen versorgt 24 durch regenerative Niederdruckheizungen 18 in den Entgaser 20 , in dem Wasser zum Kochen gebracht wird; Gleichzeitig wird es von den darin gelösten aggressiven Gasen O 2 und CO 2 befreit, was Korrosion im Dampf-Wasser-Weg verhindert. Die Wasserversorgung erfolgt über Speisepumpen aus dem Entgaser 21 durch Hochdruckerhitzer 19 in den Kessel-Economizer, wodurch das Wasser vorgewärmt und die Effizienz des Wärmekraftwerks erheblich gesteigert wird.

Der Dampf-Wasser-Weg eines Wärmekraftwerks ist der komplexeste und verantwortungsvollste, da in diesem Weg die höchsten Metalltemperaturen und die höchsten Dampf- und Wasserdrücke auftreten.

Um die Funktionsfähigkeit des Dampf-Wasser-Pfades sicherzustellen, sind ein System zur Aufbereitung und Bereitstellung von Zusatzwasser zum Ausgleich von Verlusten des Arbeitsmediums sowie ein technisches Wasserversorgungssystem für Wärmekraftwerke zur Kühlwasserversorgung des Turbinenkondensators erforderlich.

4. System zur Aufbereitung und Bereitstellung von zusätzlichem Wasser. Zusätzliches Wasser wird durch die chemische Reinigung des Rohwassers gewonnen, die in speziellen Ionenaustauschfiltern zur chemischen Wasseraufbereitung durchgeführt wird.

Dampf- und Kondensatverluste aufgrund von Undichtigkeiten im Dampf-Wasser-Weg werden bei diesem Schema durch chemisch demineralisiertes Wasser ausgeglichen, das aus dem Tank für demineralisiertes Wasser über eine Transferpumpe der Kondensatleitung hinter dem Turbinenkondensator zugeführt wird.

In der Chemiewerkstatt befinden sich Geräte zur chemischen Aufbereitung des Zusatzwassers 28 (Werkstatt für chemische Wasseraufbereitung).

5. Dampfkühlsystem. Kühlwasser wird dem Kondensator aus dem Wasserversorgungsbrunnen zugeführt 26 Umwälzpumpen 25 . Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird in einen Sammelbrunnen abgeleitet 27 derselben Wasserquelle in einem bestimmten Abstand von der Entnahmestelle, der ausreichend ist, um sicherzustellen, dass sich das erhitzte Wasser nicht mit dem entnommenen Wasser vermischt.

In vielen technologischen Systemen von Wärmekraftwerken wird Kühlwasser durch Umwälzpumpen durch die Kondensatorrohre gepumpt 25 und gelangt dann in den Kühlturm (Kühlturm), wo das Wasser durch Verdunstung um die gleiche Temperaturdifferenz abgekühlt wird, um die es im Kondensator erhitzt wurde. Ein Wasserversorgungssystem mit Kühltürmen wird hauptsächlich in Wärmekraftwerken eingesetzt. Das IES nutzt ein Wasserversorgungssystem mit Kühlbecken. Bei der Verdunstungskühlung von Wasser entspricht die Verdunstung ungefähr der Dampfmenge, die in den Turbinenkondensatoren kondensiert. Daher müssen Wasserversorgungssysteme, meist mit Flusswasser, wieder aufgefüllt werden.

6. Netzwerk-Warmwasserbereitungssystem. Die Pläne können eine kleine Netzwerkwärmeanlage für die Fernwärme des Kraftwerks und des angrenzenden Dorfes vorsehen. Heizungen vernetzen 29 Bei dieser Anlage stammt der Dampf aus Turbinenentnahmen, das Kondensat wird über die Leitung abgeführt 31 . Über Rohrleitungen wird dem Heizgerät Netzwasser zugeführt und daraus entnommen 30 .

7. Elektrisches Energiesystem. Ein von einer Dampfturbine angetriebener elektrischer Generator erzeugt elektrischen Wechselstrom, der über einen Aufwärtstransformator zu den Sammelschienen der offenen Schaltanlage (OSD) des Wärmekraftwerks gelangt. Die Busse des Hilfssystems sind ebenfalls über einen Hilfstransformator mit den Generatorklemmen verbunden. Somit werden die Nebenverbraucher des Aggregats (Elektromotoren von Nebenaggregaten – Pumpen, Lüfter, Mühlen usw.) vom Generator des Aggregats mit Strom versorgt. Zur Stromversorgung von Elektromotoren, Beleuchtungsgeräten und Geräten des Kraftwerks gibt es eine elektrische Hilfsschaltanlage 32 .

In besonderen Fällen (Notfallsituationen, Lastabwurf, An- und Abschaltung) erfolgt die Hilfsstromversorgung über einen Ersatz-Sammelschienentransformator der Freiluftschaltanlage. Die zuverlässige Stromversorgung der Elektromotoren der Hilfsaggregate gewährleistet den zuverlässigen Betrieb der Aggregate und Wärmekraftwerke insgesamt. Eine Unterbrechung der Stromversorgung für den Eigenbedarf führt zu Ausfällen und Unfällen.

Der grundlegende Unterschied zwischen dem technologischen Schema eines Gasturbinenkraftwerks (GTU) und einer Dampfturbine besteht darin, dass in einer GTU die chemische Energie des Brennstoffs in einer Einheit – einer Gasturbine – in mechanische Energie umgewandelt wird, wodurch dort ist kein Dampfkessel erforderlich.

Die Gasturbinenanlage (Abb. 3.5) besteht aus einer Brennkammer KS, einer Gasturbine GT, einem Luftkompressor K und einem elektrischen Generator G. Der Kompressor K saugt atmosphärische Luft an und verdichtet sie auf durchschnittlich 6–10 kg/cm 2 und führt es der Brennkammer KS zu. In die Brennkammer gelangt auch Brennstoff (z. B. Solaröl, Erd- oder Industriegas), der in einer Druckluftumgebung verbrennt.

Reis. 3.4. Vereinfachtes technologisches Diagramm einer Gasturbine

Kraftwerke, die flüssigen oder gasförmigen Brennstoff verwenden: T – Brennstoff; IN -

Luft; KS – Brennkammer; GT – Gasturbine; K – Luftkompressor; G – elektrischer Generator

Heiße Gase mit einer Temperatur von 600–800 °C gelangen aus der Brennkammer in die Gasturbine GT. Beim Durchgang durch die Turbine dehnen sie sich auf Atmosphärendruck aus und bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit zwischen den Schaufeln und drehen die Turbinenwelle. Abgase entweichen durch das Abgasrohr in die Atmosphäre. Ein erheblicher Teil der Leistung einer Gasturbine wird für die Rotation des Kompressors und anderer Hilfsgeräte aufgewendet.

Die Hauptvorteile von Gasturbinenanlagen im Vergleich zu Dampfturbinenanlagen sind:

1) Fehlen einer Kesselanlage und einer chemischen Wasseraufbereitung;

2) deutlich geringerer Kühlwasserbedarf, was den Einsatz von Gasturbineneinheiten in Gebieten mit begrenzten Wasserressourcen ermöglicht;

3) deutlich geringere Anzahl an Bedienpersonal;

4) schneller Start;

5) niedrigere Kosten für erzeugten Strom.

Anordnungsdiagramme von Wärmekraftwerken

TPPs werden je nach Art (Struktur) des Wärmekreislaufs in Block- und Nichtblock-Wärmetauscher unterteilt.

Mit Blockschaltbild Alle Haupt- und Hilfsgeräte der Anlage haben keine technologischen Verbindungen mit den Geräten einer anderen Anlage des Kraftwerks. In Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen wird jede Turbine nur mit Dampf aus einem oder zwei daran angeschlossenen Kesseln versorgt. Man nennt eine Dampfturbinenanlage, deren Turbine mit Dampf aus einem Dampfkessel angetrieben wird Monoblock, wenn es zwei Kessel pro Turbine gibt – Doppelblock.

Mit einem Non-Block-Schema TPP-Dampf aus allen Dampfkesseln gelangt in eine gemeinsame Hauptleitung und wird erst von dort an die einzelnen Turbinen verteilt. In einigen Fällen ist es möglich, Dampf direkt von Dampfkesseln zu Turbinen zu leiten, die gemeinsame Verbindungsleitung bleibt jedoch erhalten, sodass Sie jederzeit Dampf aus allen Kesseln zum Antrieb jeder Turbine verwenden können. Auch die Leitungen zur Wasserversorgung von Dampfkesseln (Speiseleitungen) verfügen über Querverbindungen.

Blockheizkraftwerke sind günstiger als Blockheizkraftwerke, da die Rohrleitungsführung vereinfacht und die Anzahl der Armaturen reduziert wird. An einer solchen Station lassen sich einzelne Einheiten leichter steuern, Blockanlagen lassen sich leichter automatisieren. Im Betrieb hat der Betrieb einer Einheit keinen Einfluss auf benachbarte Einheiten. Bei der Erweiterung eines Kraftwerks kann es sein, dass der nachfolgende Block eine andere Leistung hat und mit neuen Parametern arbeitet. Dadurch ist es möglich, an der erweiterbaren Station leistungsstärkere Geräte mit höheren Parametern zu installieren, d.h. ermöglicht es Ihnen, die Ausrüstung zu verbessern und die technische und wirtschaftliche Leistung des Kraftwerks zu steigern. Der Prozess der Einrichtung neuer Geräte hat keinen Einfluss auf den Betrieb bereits installierter Einheiten. Für den Normalbetrieb von Blockheizkraftwerken muss jedoch die Zuverlässigkeit ihrer Ausrüstung deutlich höher sein als die von Nicht-Blockheizkraftwerken. Die Einheiten verfügen nicht über Ersatzdampfkessel; Wenn die mögliche Kesselproduktivität höher ist als der für eine bestimmte Turbine erforderliche Durchfluss, kann ein Teil des Dampfes (die sogenannte stille Reserve, die in nicht-thermischen Kraftwerken weit verbreitet ist) nicht auf eine andere Anlage übertragen werden. Für Dampfturbinenanlagen mit Dampfzwischenüberhitzung ist praktisch nur ein Blockschaltbild möglich, da ein blockfreies Anlagenschaltbild in diesem Fall zu komplex wäre.

In unserem Land gibt es Dampfturbinenanlagen von Wärmekraftwerken ohne kontrollierte Dampfentnahme mit Vordruck P 0 ≤8,8 MPa und Anlagen mit kontrollierter Absaugung bei P 0 ≤12,7 MPa, zyklisch ohne Zwischendampfüberhitzung arbeitend, sind blockfrei gebaut. Bei höheren Drücken (bei IES bei P 0 ≥12,7 MPa und bei thermischen Kraftwerken bei P 0 = 23,5 MPa) Alle Dampfturbineneinheiten arbeiten in Zyklen mit Zwischenüberhitzung, und Stationen mit solchen Anlagen sind in Blöcken gebaut.

Das Hauptgebäude (Hauptgebäude) beherbergt die Haupt- und Hilfsgeräte, die direkt im technologischen Prozess des Kraftwerks verwendet werden. Als gegenseitige Anordnung von Anlagen und Gebäudestrukturen bezeichnet man Grundriss des Hauptkraftwerksgebäudes.

Das Hauptgebäude eines Kraftwerks besteht in der Regel aus einem Turbinenraum, einem Kesselraum (mit Bunkerraum bei Betrieb mit Festbrennstoffen) oder einem Reaktorraum in einem Kernkraftwerk und einem Entgaserraum. Im Maschinenraum befinden sich neben der Hauptausrüstung (hauptsächlich Turbineneinheiten) Folgendes: Kondensatpumpen, regenerative Nieder- und Hochdruckheizungen, Speisepumpeneinheiten, Verdampfer, Dampfkonverter, Netzwerkheizungen (bei Wärmekraftwerken), Hilfsaggregate Heizgeräte und andere Wärmetauscher.

In warmen Klimazonen (z. B. im Kaukasus, Zentralasien usw.), ohne nennenswerte Niederschläge, Staubstürme usw. CPPs, insbesondere Gas- und Ölkraftwerke, nutzen eine offene Anlagenanordnung. Gleichzeitig werden Überdachungen über den Kesseln angebracht und die Turbineneinheiten mit Lichtschutzhütten geschützt; Die Zusatzausrüstung der Turbineneinheit ist in einem geschlossenen Kondensationsraum untergebracht. Die spezifische Kubikkapazität des Hauptgebäudes eines CPP mit offenem Grundriss wird auf 0,2–0,3 m 3 /kW reduziert, was die Kosten für den Bau eines CPP senkt. Für die Installation und Reparatur von Energieanlagen sind auf dem Kraftwerksgelände Laufkräne und andere Hebevorrichtungen installiert.

In Abb. 3.6. Dargestellt ist der Aufbau des Kraftwerksblocks eines Kohlenstaubkraftwerks: I – Dampferzeugerraum; II – Maschinenraum, III – Kühlwasserpumpstation; 1 – Entladevorrichtung; 2 – Brechanlage; 3 – Wassersparer und Lufterhitzer; 4 – Dampfüberhitzer; 5 , 6 – Brennkammer; 7 – Kohlenstaubbrenner; 8 - Dampfgenerator; 9 – Mühlenventilator; 10 – Kohlenstaubbunker; 11 – Staubförderer; 12 – Zwischenüberhitzungsdampfleitungen; 13 – Entlüfter; 14 - Dampfturbine; 15 - Stromgenerator; 16 – elektrischer Aufwärtstransformator; 17 – Kondensator; 18 – Kühlwasserversorgungs- und -abflussleitungen; 19 – Kondensatpumpen; 20 – regeneratives HDPE; 21 - Förderpumpe; 22 – regeneratives LDPE; 23 – Gebläse; 24 – Aschefänger; 25 – Schlacken- und Ascheentfernungskanäle; EE– Hochspannungsstrom.

In Abb. In Abb. 3.7 zeigt ein vereinfachtes Layoutdiagramm eines Gasölkraftwerks mit einer Leistung von 2400 MW, das nur die Platzierung der Haupt- und eines Teils der Hilfsausrüstung sowie die Abmessungen der Bauwerke (m) angibt: 1 - Heizungsraum; 2 – Turbinenraum; 3 – Kondensatorfach; 4 – Generatorraum; 5 – Entlüfterfach; 6 – Gebläse; 7 – regenerative Lufterhitzer; 8 – Vertriebssystem für den Eigenbedarf (RUSN); 9 - Schornstein.

Reis. 3.7. Grundriss des Hauptgebäudes der Gas- und Ölanlage

Kraftwerke mit einer Leistung von 2400 MW

Die Hauptausrüstung von IES (Kessel- und Turbineneinheiten) befindet sich im Hauptgebäude, Kessel und eine Staubaufbereitungsanlage (bei IES, die beispielsweise Kohle in Form von Staub verbrennt) – im Kesselraum, Turbineneinheiten und deren Hilfsausrüstung - im Turbinenraum des Kraftwerks. Bei CPPs wird überwiegend ein Kessel pro Turbine installiert. Der Kessel mit der Turbineneinheit und deren Zusatzausrüstung bilden einen separaten Teil – ein Monoblock-Kraftwerk.

Turbinen mit einer Leistung von 150–1200 MW benötigen Kessel mit einer Leistung von jeweils 500–3600 m 3 /h Dampf. Bisher wurden in Landesbezirkskraftwerken zwei Kessel pro Turbine eingesetzt, d. h. Doppelblöcke . Bei CPPs ohne Zwischendampfüberhitzung mit Turbineneinheiten mit einer Leistung von 100 MW oder weniger wurde ein blockierungsfreies Zentralsystem verwendet, bei dem Dampf aus den Kesseln in eine gemeinsame Dampfleitung umgeleitet und von dieser auf die Turbinen verteilt wird.

Die Abmessungen des Hauptgebäudes hängen von der Leistung der darin untergebrachten Geräte ab: Die Länge eines Blocks beträgt 30–100 m, die Breite 70–100 m. Die Höhe des Maschinenraums beträgt etwa 30 m, der Heizraum beträgt mehr als 50 m. Die Wirtschaftlichkeit des Grundrisses des Hauptgebäudes lässt sich näherungsweise anhand des spezifischen Hubraums abschätzen, der bei einem Kohlenstaubkraftwerk etwa 0,7–0,8 m 3 /kW beträgt , und in Gasöl - etwa 0,6–0,7 m 3 / kW. Einige der Zusatzgeräte des Heizraums (Rauchabzüge, Gebläse, Aschesammler, Staubzyklone und Staubabscheider der Staubaufbereitungsanlage) werden häufig außerhalb des Gebäudes im Freien installiert.

CES werden direkt in der Nähe von Wasserversorgungsquellen (Fluss, See, Meer) gebaut; Oftmals wird neben dem CPP ein Reservoir (Teich) angelegt. Auf dem Gelände des IES befinden sich neben dem Hauptgebäude Bauwerke und Geräte zur technischen Wasserversorgung und chemischen Wasseraufbereitung, Brennstoffanlagen, elektrische Transformatoren, Schaltanlagen, Labore und Werkstätten, Materiallager, Büroräume für das Personal des IES . Die Kraftstoffversorgung des CPP-Gebiets erfolgt in der Regel per Zug. Asche und Schlacke aus der Brennkammer und den Aschesammlern werden hydraulisch entfernt. Auf dem Territorium des IES werden Eisenbahnen und Straßen verlegt, Steckdosen für Stromübertragungsleitungen sowie ober- und unterirdische Versorgungsleitungen gebaut. Die von CPP-Strukturen eingenommene Fläche beträgt je nach Kraftwerkskapazität, Brennstoffart und anderen Bedingungen 25–70 Hektar .

Große Kohlenstaubkraftwerke in Russland werden von einer Person pro 3 MW Leistung bedient (ungefähr 1000 Personen bei einem Kraftwerk mit einer Leistung von 3000 MW); Darüber hinaus ist Wartungspersonal erforderlich.

Die Leistung von IES hängt von den Wasser- und Kraftstoffressourcen sowie den Anforderungen des Umweltschutzes ab: Gewährleistung einer normalen Sauberkeit der Luft und der Wasserbecken. Die Emissionen von Kraftstoffverbrennungsprodukten in Form fester Partikel in die Luft im CPP-Bereich werden durch die Installation moderner Aschesammler (elektrische Abscheider mit einem Wirkungsgrad von etwa 99 %) begrenzt. Die verbleibenden Verunreinigungen, Schwefel- und Stickstoffoxide, werden über hohe Schornsteine ​​verteilt, die dazu dienen, schädliche Verunreinigungen in höhere Schichten der Atmosphäre zu entfernen. Schornsteine ​​mit einer Höhe von bis zu 300 m oder mehr werden aus Stahlbeton oder mit 3–4 Metallstämmen innerhalb einer Stahlbetonschale oder einem gewöhnlichen Metallrahmen gebaut.

Die Steuerung zahlreicher unterschiedlicher IES-Geräte ist nur auf der Grundlage einer umfassenden Automatisierung der Produktionsprozesse möglich. Moderne Kondensationsturbinen sind vollautomatisch. Die Kesseleinheit steuert automatisch die Prozesse der Brennstoffverbrennung, die Versorgung der Kesseleinheit mit Wasser, die Aufrechterhaltung der Dampfüberhitzungstemperatur usw. Auch andere IES-Prozesse sind automatisiert: Aufrechterhaltung bestimmter Betriebsmodi, Starten und Stoppen von Einheiten, Schutz der Ausrüstung bei ungewöhnlichen und Notfallbedingungen.