Тепловые электростанции, электро- и теплоснабжение металлургических заводов

Тепловые электростанции различаются по виду отпус­каемой энергии. Так, конденсационные электростанции (КЭС) отпускают энергию одного вида – электрическую, а теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) – электрическую энергию и тепло в виде пара и горячей воды. Тепловые электричес­кие станции металлургических заводов включают в себя установки по производству электрической и тепловой энер­гии, т. е. являются теплоэлектроцентралями, а также уста­новки по производству сжатого воздуха для обеспечения доменных печей дутьем, т. е. являются одновременно и паровоздуходувными станциями (ПВС). Поэтому их назы­вают ТЭЦ–ПВС. Тепловая энергия отпускается потреби­телю в виде пара из парогенератора или из отбора турбины либо в виде горячей воды. Из всего топлива, поступающе­го на ТЭЦ–ПВС, около 15–30% расходуется на выра­ботку электроэнергии, 25–45 % – на выработку тепла и 40–50 % – на выработку сжатого воздуха. Источниками теплоснабжения, помимо ТЭЦ, являются также паровые и водогрейные котельные установки.

Рис. 3.1. Схема паротурбинной теплофикационной уста­новки

 

На рис. 3.1 представлены схема паротурбинной теплофикационной установки.

Теплофикационный цикл явля­йся более экономичным, чем конденсационный, к. п. д. теп­лофикационного цикла теоретически равен 100 %.

В реальных условиях к. п. д. ТЭЦ находится в пределах 50–60%. Теплофикационная турбина III (рис. 3.1, а) обеспечивает выработку электроэнергии, а отработавший пар поступает в сетевой подогреватель IV, где он конденси­руется, отдавая теплоту сетевой воде, и в виде конденсата питательным насосом V направляется в котел 1. Сетевая вода циркулирует по трубопроводам с помощью циркуля­ционного насоса VI, обеспечивая тем самым отбор теплоты у пара и передачу ее тепловому потребителю VII. Такие турбины называются турбинами с ухудшенным вакуумом. При необходимости иметь паровое теплоснабжение пар на­правляется потребителю теплоты (штриховые линии) либо после турбины (потребитель VIII), либо из промежуточной ступени турбины (потребитель IX). Первые называются турбинами с противодавлением, вторые – турбинами с от­борами пара. Конденсат после потребителей конденсатными насосами X и XI подается к питательному насосу V, ко­торым он направляется в котел I.

Теплофикационные тур­бины чаще всего выполняют с промежуточными отбора­ми пара. Обычно имеется несколько отборов пара по ходу его движения по тур­бине в конденсатор, в кото­ром конденсируется часть пара, прошедшая всю тур­бину.

Турбины с промежуточ­ными отборами пара приме­няют также и на КЭС с целью использования отборов пара для подогрева пи­тательной воды, поступающей в котел. Такой цикл паротурбинных установок назы­вается регенеративным, он обеспечивает повышение к. п. д. станции на 10–15 %.

 

Рис. 3.2. Схема конденсационной па­ротурбинной установки с регенератив­ными отборами пара:

1 – котел; 2 – пароперегреватель кот­ла; 3– турбина; 4–6 – промежуточные отборы пара; 7 – отвод пара; 8 – кон­денсатор; 9–11 – подогреватели пита­тельной воды низкого, среднего и вы­сокого давления; 12 – конденсатный насос; 13 – питательный насос

 

На рис. 3.2 показана схема конденсационной паротур­бинной установки с тремя регенеративными отборами пара для подогрева питательной воды, однако их может быть и более 10. Чаще всего в регенеративных схемах современных турбин используют поверхностные подогреватели пи­тательной воды. На рис. 3.2 для упрощения показаны по­догреватели смешивающего типа.

 

Котельные установки

Котельная установка, часто называемая парогенераторной, состоит из котла и вспомогательного оборудования, связан­ных единой технологической схемой. К вспомогательному оборудованию относятся устройства топливоподачи, пита­тельные насосы, вентиляторы, дымососы, золоуловители, паропроводы, водопроводы и др.

Схема собственно котельного aгрегата показана на рис. 3.3.

 

Рис. 3.3. Схема котельно­го агрегата

 

Котельный агрегат П-образной компоновки состоит из подъемного 2 и опускного 8 газоходов. Подъемный газоход 2 представляет собой топку для сжигания топлива, на стенах которой установлены испа­рительные поверхности нагрева 3 в виде плоских трубчатых панелей, называемых экранами. В опускном газоходе расположены водяной эко­номайзер 9 для подогрева пита­тельной воды и воздухоподогрева­тель 10 для подогрева воздуха, идущего на горение топлива в топке. В соединительном газо­ходе расположены фестон 6, представляющий собой разре­женный пучок труб – продолжение заднего экрана, и па­роперегреватель 7, обеспечивающий требуемую потребите­лем температуру пара.

Испарительные поверхности 3 сообщаются с барабаном котла 4 и вместе с опускными трубами 5, соединяющими барабан с нижними коллекторами экранов, составляет цир­куляционные контуры. Пароводяная смесь в барабане раз­деляется на насыщенный пар и воду, пар направляется в пароперегреватель, вода снова в циркуляционные контуры. Циркуляция воды и пароводяной смеси в контурах проис­ходит за счет разности плотностей столба воды в опуск­ных трубах и пароводяной смеси в подъемных трубах-экра­нах (естественная циркуляция).

Топливо вместе с горячим воздухом через горелки 1 по­дается в топочную камеру 2, где сжигается в виде факела.

Продукты сгорания из топочной камеры направляются в пароперегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель и через газоочистку удаляются в атмосферу.

Рис. 3.4. Схемы организации дви­жения потока воды и пароводяной смеси в котлах

 

Котельные агрегаты в зависимости от организации дви­жения воды и пароводяной смеси по испарительной систе­ме котла разделяются на котлы с естественной и с прину­дительной циркуляцией, последние в свою очередь делятся на прямоточные и с многократной принудительной цирку­ляцией. Схемы движения потоков воды и пароводяной смеси приведены на рис. 3.4.

В котельных агрегатах с естественной циркуляцией (рис. 3.4, а) движение воды и пароводяной смеси осуще­ствляется по замкнутому контуру: барабан котла 3 – опус­кные необогреваемые трубы 2–подъемные обогреваемые трубы 1 – барабан котла. Такое движение происходит за счет разности плотности воды в опускных трубах и парово­дяной смеси в подъемных. При этом за один ход воды по циркуляционному контуру она только частично превраща­ется в пар. Отношение массы воды, циркулирующей в си­стеме за единицу времени, к массе вырабатываемого пара за то же время называется кратностью циркуляции, кото­рая для котлов с естественной циркуляцией равна 15–100.

Движение воды в экономайзере осуществляется за счет энергии насоса по прямоточной системе, а движение пара по пароперегревателю – за счет разности давлений в ко­тельном агрегате и паропроводе.

Котельные агрегаты с многократной принудительной циркуляцией (рис. 3.4, б) отличаются наличием специаль­ного насоса 1, обеспечивающего циркуляцию воды и паро­водяной смеси в испарительной системе котла 2. Кратность циркуляции в таких котлах находится в пределах 6–10. Движение воды в водяном экономайзере и пара в паропере­гревателе осуществляется так же, как в котлах с естест­венной циркуляцией.

Прямоточные котельные агрегаты (рис. 3.4, в), имею­щие кратность циркуляции, равную единице, оборудованы параллельно соединенными трубами, составляющими по­верхности нагрева котла. По трубам вода последовательно за счет энергии питательного насоса 1 проходит отдельные участки труб, выполняющие роль водяного экономайзера 2, испарительной поверхности нагрева 3 и пароперегрева­теля 4.

 

Турбинные установки

Турбинные установки являются основной частью тепловой, электрической или воздуходувной станций и предназначе­ны для преобразования энергии рабочего тела (пара, га­за), имеющего обычно высокое давление и температуру, в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбины используют в качестве двигателей для электрогенераторов, турбокомпрессоров, воздуходувок, насосов и т. д.

В зависимости от используемого рабочего тела разли­чают турбины паровые и газовые. В первых в качестве ра­бочего тела используют водяной пар, получаемый в паро­вом котле, во вторых – продукты сгорания топлива, сжига­емого в специальной камере сгорания.

Газовые турбины не получили применения на металлур­гических заводах, за исключением утилизационных газотур­бинных установок (ГУБТ), использующих энергию давления доменного газf. Однако применение газовых турбин, в частности, для привода доменных воздухо­дувок имеет определенные перспективы.

Принцип работы паровых и газовых турбин одинаков, поэтому можно ограничиться рассмотрением рабочих про­цессов только в паровых турбинах.

Рабочий процесс в паровой турбине принципиально осу­ществляется следующим образом (рис. 3.5). Водяной пар с высоким давлением и температурой поступает в сопло 4, при истечении из которого его давление снижается, а кине­тическая энергия увеличивается. Струя пара направляется на закрепленные в диске 2 ротора турбины рабочие лопат­ки 3 и передает им часть своей кинетической энергии, кото­рая через лопатки передается вращающемуся ротору. Обычно турбина имеет несколько сопел, составляющих со­пловые решетки или сопловые аппараты, располагаемые по всей окружности в данном сечении турбины или занимаю­щие только часть ее, т. е. с парциальным подводом пара к рабочим лопаткам. Рабочие лопатки расположены по всей окружности диска и образуют рабочую решетку. Сопловая и рабочая решетки составляют ступень турбины, а каналы для прохода пара – проточную часть турбины. Диск 2 ус­тановлен на валу 1.

На рис. 3.6 показана мно­гоступенчатая паровая турбина, а также график изменения давления р и скорости пара С в проточных частях тур­бины. В многоступенчатой турбине сопловой аппарат каж­дой ступени, кроме первой, расположен в диафрагмах, за­крепленных в корпусе турбины и отделяющих одну ступень турбины от другой.

Рис. 3.5. Принцип действия турбины

 

 

Рис. 3.6. Схема активной тур­бины с тремя ступенями давле­ния:

1, 4, 6–сопла; 2 – входной па­трубок; 3, 5, 7 –рабочие лопат­ки соответственно I, II и III ступеней; 8 – выходной патру­бок; 9 – диафрагмы

 

Турбины бывают активного и реактивного типов. В ак­тивных турбинах процесс расширения пара происходит только в соплах, а в реактивных – и в соплах, и в каналах рабочих лопаток. Чисто реактивные или активные турбины почти не встречаются, в основном производят турбины про­межуточного, комбинированного типа, но называют их ак­тивными, хотя в них имеется некоторая степень реактивноности (до 50%).

Паровые турбины можно классифицировать по их назна­чению. Обозначение типа турбины состоит из буквенной и цифровой частей. Так, К –турбина конденсационная; Р – противодавленческая; П – конденсационная с регулируе­мым производственным отбором пара; Т – конденсацион­ная с регулируемым отопительным (теплофикационным) отбором пара.

В цифровой части обозначения сначала указывают мощ­ность, затем давление свежего пара перед турбиной; в противодавленческих турбинах и в турбинах с регулируемым производственным отбором пара указывают величину про­тиводавления, т. е. давления пара за турбиной и давления в отборе. Например, турбина ПТ-25-90/10 представляет со­бой турбину с производственным и теплофикационным отборами, электрической мощностью 25 МВт, давле­ниями свежего пара 9 МПа, производственного отбора 1 МПа.

Конденсационную турбину используют в качестве при­вода к электрогенераторам, турбовоздуходувкам и другим машинам. Отработавший в турбине пар поступает в кон­денсатор, где он превращается в воду (конденсат) с темпе­ратурой 30°С при давлении в конденсаторе 3–5 кПа. В ре­зультате использования конденсаторов обеспечиваются минимальные температура и давление пара за турбиной, что обусловливает их высокий к. п. д.

Теплофикационная турбина отдает часть или весь отра­ботавший в ней пар потребителю тепла. При этом темпе­ратура и давление этого пара должны быть значительно выше, чем в конденсаторе, так как потребитель чаще всего использует пар с давлением выше атмосферного и темпера­турой 130–180°С.

Теплофикационная турбина, отдающая весь пар потре­бителю тепла, называется чисто теплофикационной. При отдаче потребителю части пара, недоработавшего в турбине до давления в конден­саторе, т. е. при отборе пара из промежуточных ступеней турбины, по­следнюю называют тепло­фикационной с отборами пара. При этом остальная часть пара проходит че­рез все ступени турбины в конденсатор.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: