Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.
Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.
И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.
Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.
Принцип работы
Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.
Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.
Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.
Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО 2 , которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.
Теплоснабжение
Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.
Как работают ТЭС на газе
По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.
Новые технологии сжигания угля
КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.
Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.
Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО 2 закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.
Метод «oxyfuel capture»
Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.
Метод «pre-combustion»
Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO 2 – оксид серы. Далее происходит удаление СО 2 с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.
Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира
Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.
Сегодня у вас есть возможность мельком глянуть на ТЭЦ изнутри, за которую нужно поблагодарить фотоблоггера Макса Мастерова.
(Всего 14 фото)
Волей случая довелось побывать на одной из московских ТЭЦ. Снимать там, конечно же, нельзя: стратегический объект и т.п., но, как известно, если очень хочется и никто не видит, то можно 🙂
1. Сердце ТеплоЭлектроЦентали - машинный зал. На фото вид на одну из турбин.
2. Слева - красная труба подачи газа. Внизу, в технических подвалах - котлы. Котлы греют воду, обращая ее в пар, который и крутит лопасти турбины. (Котел - большая бочка, через которую проходит много мелких трубок с водой, а снизу их греет огонь)
3. Блок контроля турбины. Слева - ряд манометров (измеряют давление пара в подающих трубах), сверху - техническая галерея. Справа - ввод труб низкого давления (производят отвод отработанного пара от турбины)
4. Заходим к турбине со стороны: справа - турбина высокого давления (крутит лопасти). слева - турбина низкого давления. Для повышения КПД пар, отработанный в первичной турбине (выс. давления) запускается на турбину низк. давления, где проходит еще один рабочий цикл. По центру на фото виден амортизирующий крепеж турбин, защищающий несущие конструкции ТЭЦ от разрушения (т.к. при вращении турбин создаются сильные вибрации)
5. Генератор. Турбины высокого давления, турбины низкого давления и генератор находятся на одной оси (физически). В генераторе внутри неподвижных медных катушек вращаются медные катушки с магнитами (если помнить курс школьной физики, то при вращении магнита внутри катушки в ней возникает ЭДС (электродвижущая сила, то есть электричество). Благодаря этой установке у нас в домах есть свет. Кстати, водород там возникает оттого, что при больших давлениях и температурах водяного пара вода разлагается на составляющие.
6. Общий план машинного зала. Вид на остальные турбины
8. Труба квадратная осуществляет сброс пара до нормального предела. Это автоматическая регулировка давления в подающих трубах. Кстати, два здоровых баллона на тележке это огнетушители
9. Помимо электричества ТЭЦ подает в город горячую воду, которая в виде пара отработала все циклы в турбинах. Эта вода распределяется по теплосетям и нагревает питьевую (из под крана) воду в ЦТП (централизованных тепловых пунктах). На этом фото (белые трубы) показана разводка труб на теплосеть. Вода из теплосети, в свою очередь, не греет наши квартиры, а лишь подогревает холодную воду при помощи теплообменников, установленных в ЦТП. Это сделано для того, чтобы вода из теплосети могла пройти специальную подготовку, которая предотвращает образование накипи на трубах, иначе ремонт отопления , а также промывку теплообменников от накипи пришлось бы делать слишком часто.
10. Извините, что сильно смазано. Спускаемся ниже. Для повышения КПД паровой машины (турбины) пар проходит дополнительный разогрев в перегревателях. Справа - перегреватель. В нем температура пара со 100 градусов возрастает до 170-200 при огромном давлении (около 100 атмосфер).
Сто лет не заглядывал. Ну вы и понаписали про трубы)))
Кому надо скажу как теплоэнергетик.
На электростанции (ТЭЦ) лазать не советую, особенно в Мск. Это режимный объект стратегического значения. Там обычно серьезная охрана + технические средства охраны, всякие видео и сигнализации. Могут припаять вплоть до терроризма, в зависимости от степени долпоепизма полиции и службы безопасности (в Мосэнерго, сиречь газпроме вас СБ запрессует думаю конкретно). Котельные в этом смысле безопаснее.
"дым свистит" потому что устье трубы подбирается исходя из расчетного расхода газа и высоты трубы по условиям рассеивания (это чтоб не нарушать ПДК вредных вещество на границе санитарно-защитной зоны) и в нормальных условиях работы газы выходят с высокой скоротью на достаточно большую высоту. Если дым "садится" на оголовок трубы - то это большая редкость и ненормально.
Дымовые газы горячие, в зависимости от виды сжигаемого топлива и степени "убитости" котла (точнее от количества присосов в газовоздушный тракт холодного воздуха) тепмература уходящих газов лежит в пределе 100-200 гр. Цельсия.
Дымовые газы - это смесь различных газов образующихся при сжигании топлива + неполностью сгоревшие частицы или полностью выгоревшие (зола, сажа). Наиболее типичные и достаточно вредные - оксиды азота, СО, оксиды серы, а также водяной пар - он безвреден. Оксиды азота есть при любом топливе. Оксиды серы - при сжигании природного газа нет, максимум при сжигании мазута, уголь зависит от концентрации серы в угле. Т.ч. дышать не советую. Достаточно держаться на расстоянии от устья и немного ниже, обычно площадка обслуживания на больших трубах так и расположена. В больших трубах обычно вентилируемый зазор между несущей обечайкой и футеровкой, т.ч. еще и воздух будет выходить по периметру оголовка трубы.
Трубы котельных выше 120 м не бывают - это максимальный стандарт для них. Максимальная высота труб крупных ТЭС - до 330-360 м. В москве трубы ТЭЦ не более 200м. Часть труб на московских ТЭЦ многоствольные - 3-4 металлических ствола внутри бетонной обечайки 10-15м метров диаметром, внутри лестницы, площадки, грузовой лифт (например ТЭЦ-26 в Бирюлево).
Бывают трубы в аварийном состоянии, с трещинами... обычно их стараются не эксплуатировать. Риск залаза на заброшенную трубу больше, т.к. никто не следит за состоянием оболочки и креплением площадок и скоб/лестниц.
П.С. что там у вас в градирне гореть должно? на фото полуразобраный пояс орошения, из асбоцементных листов судя по фотке. Хотя при ремонтах градирни иногда сгорают от раздобайства рабочих использующих сварку. На ТЭЦ-11 (м. Авимоторная) лет 10 назад спалили градирню с обшивой из алюминиевых сплавов и деревянным оросителем.
Каждый человек хоть раз в жизни видел тепловые электростанции (ТЭЦ). Это большие заводы по выработке электроэнергии с трубами. Обычно на ТЭЦ трубы двух видов: дымовые - высокие и «стройные» и огромные охладительные башни - более низкие и «толстые». Последние не несут вред окружающей среде. По сути они - увлажнители воздуха, только размером с 12-этажный дом.
1. В этот раз мне удалось побывать внутри и на действующей башенной градирне на Карагандинской ТЭЦ-3.
2. Здесь используется несколько градирен. Для изучения мы выбрали самую большую, высота которой 78 метров.
3. Взгляд внутрь. На фото можно найти Дмитрия и сопоставить масштабы
4. Обычно охлаждающие башни или градирни (анг. cooling towers) используют там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоемы или озера.
6. Вид на саму станцию и соседнюю градирню
7. При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,5 градусов Цельсия.
8. Вентиляторные градирни - они намного меньше, но коэффициент полезности у них больше
9. Не смотря на высоту градирни, снимать с неё что-либо кроме станции нечего. Ну разве что теплицы, которые расположены неподалеку
10. Выращивают огурцы и помидоры
12. Переместимся под градирню, где идет постоянный тропический ливень
13. Зимой в этом месте намного красивее, когда образуются наледи
15. Процесс охлаждения воды происходит за счет испарения ее части воды при стекании каплями по специальному оросителю, а в противоположном направлении подаётся поток воздуха. Проще говоря, вода льется вниз, а воздух идет вверх, испаряя и охлаждая воду.
16. Ну и самое интересное - внутри. Я всегда мечтал попасть внутрь действующей градирни. Внутри стоит непроглядный туман. Камера запотевает почти мгновенно, одежда промокает тоже, но чуть медленнее
18. Распылители
19. Интересный факт: самая большая градирня в мире находится на АЭС Исар II в Германии. Она охлаждает 216 000 кубометров воды в час. Ее высота 165 м и основной диаметр 153 м.
Для чего нужна градирня и принцип её работы. На примере Благовещенской ТЭЦ June 14th, 2016
В 2014 году я первый раз побывал на ТЭЦ, посмотрел всё изнутри и досконально изучил принцип работы данного типа электростанции. По итогам той поездки я написал пост - . Что же такое градирни? Это то, с чем у любого нормального человека ассоциируется ТЭЦ, но это лишь верхушка айсберга. Самое время сорвать покровы и разобраться с этой нехитрой конструкцией. Мне повезло, я смог посмотреть на процесс строительства новой градирни и побывать внутри действующей конструкции.
02. Посмотрите какая красота! Такое ощущение, что это кадр из какого-то фантастического фильма, но нет, это я снял внутри самой охлаждающей башни, огромного холодильника, или если называть вещи своими именами, обычной градирни каких по всей стране понастроено великое множество.
Для начала давайте обратимся к простым формулировкам, а потом попробуем их расшифровать:
Градирни - это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями - это более понятно звучит.Башенная градирня – это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Вытяжные башни служат для создания естественной тяги благодаря разности удельных весов воздуха, поступающего в градирню, и нагретого воздуха, выходящего из градирни. Под оросителем располагается водосборный резервуар. Вода подается в водораспределительное устройство по размещаемым в центре градирни стоякам. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая – уносится ветром. Из-за этого в округе не образуется сырости, тумана и обледенений в зимнее время, хотя возможно появление льда вокруг оросительных устройств.
03.
Вода на электростанциях нужна для охлаждения технических узлов и агрегатов. В процессе охлаждения она нагревается и при этом она движется по замкнутому контуру, иначе говоря по кругу. Так вот, в эту цепь встраивают градирню, которая и охлаждает воду. Если рядом с электростанцией есть озеро или водоём, то вода для охлаждения берётся оттуда и соответственно градирню в таком случае строить необязательно. Важно отметить, что существует несколько видов градирен, но мы сейчас говорим о самой распространённой - градирне башенного типа. Помимо этого, существуют ещё башенные и вентиляторные градирни, у всех есть, как и свои плюсы, так и свои минусы.
Первую башенную градирню в нынешнем её виде построили в 1918г. в Нидерландах в городе Херлен. Её изобрел профессор машиностроения и директор голландских государственных шахт Фредерик ван Итерсон. Ему удалось создать максимально эффективную охлаждающую конструкцию, как в технологическом, так и в экономическом отношениях. До этого градирни не имели постоянной формы.
04.
Как происходит процесс охлаждения воды
Градирня в виде башни относится к испарительному типу градирен, внутри конструкции происходит передача тепла от жидкости атмосферному воздуху при поверхностном испарении при непосредственном контакте сред. Башенная градирня представляет собой конструкцию, в которой из-за разности давлений внутри и снаружи башни создается естественная тяга. В нижней ее части расположены технологические элементы - система водораспределения, ороситель, водоуловитель. Башенные градирни могут отличаться друг от друга формой, размерами, отдельными технологическими решениями, но в основе лежит один и тот же принцип работы.
Горячая вода из водораспределительной системы при помощи сопел разбрызгивается по всей площади орошения. Вода, попавшая на оросительное устройство, образует на его поверхности тонкую пленку или дробится на очень мелкие капли. На всей получившейся поверхности происходит процесс испарения, за счет чего и понижается температура оборотной воды. А благодаря тяге, создаваемой за счет перепада высот, насыщенная теплыми парами капельно-воздушная смесь отводится из градирни.
Если в двух словах - вода падает вниз, а воздух, который идёт вверх наперекор воде охлаждает жидкость, вот так всё просто и легко.
05. Из-за постоянного испарения внутри градирни всегда стоит туман.
06.
07. Вот так происходит процесс орошения горячей воды.
08. Мы уже разобрались, что вода стекает вниз, выглядит это так словно идёт дождь! Если подойти к градирне поближе, то можно самому посмотреть, как это выглядит со стороны.
09.
09. Посмотрите на основание градирни и обратите внимание на трубы, идущие из-под земли, по ним вода поступает в градирню, и по ним же уходит в систему. А ещё в самом внизу можно увидеть, как бы "распахнутые окна" градирни, через эти отверстия воздух нагнетается в башню, они кстати регулируются. Представьте себе жалюзи, тут действует примерно аналогичный принцип.
10. Поближе.
11. Вот тут очень хорошо видны все элементы основания градирни.
12. Ещё несколько атмосферных фотографий, на закуску!
13.
14. Вот так выглядит основание строящейся градирни.
Интересный факт!
Во время Второй мировой войны правительство Великобритании для защиты собственных электростанций от возможных ударов немецких войск камуфлировало градирни и стоящие рядом объекты под обычные городские поселения. На стены башен наносились рисунки домов и деревьев, чтобы заметные издалека стратегически важные объекты не были заметны.
15. Я напишу ещё один пост, посвящённый Благовещенской ТЭЦ, он будет посвящён строительству второй очереди электростанции.
Вот здесь очень интересная попсовая статья про различные градирни мира -