Часть первая
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ, СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ РЕМОНТНЫХ РАБОТ
Глава I
УСТРОЙСТВО И РАБОТА ОБОРУДОВАНИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРНОГО ЦЕХА С ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЕМ И ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ
§ 1. Понятие о тепловой электрической станции и ее основных цехах
Тепловая электрическая станция является предприятием, которое в конечном счете вырабатывает электрическую энергию, используя тепловую энергию природных источников тепла. В данной книге рассматриваются тепловые электрические станции, использующие тепло от сжигания органического топлива — угля, нефти, торфа, сланцев.
В зависимости от начального давления пара, который вырабатывается для паровых турбин, электростанции могут быть среднего (для 3,8 МПа, или 39 кгс/см2), высокого (9,8—13,7 МПа, или 100—140 кгс/см2), сверхкритического давления (24,5—30,9 МПа, или 250—315 кгс/см2).
Тепловые электростанции, которые вырабатывают только электрическую энергию, называются конденсационными (КЭС или ГРЭС); если кроме электрической энергии тепловые электростанции снабжают потребителей паром низкого давления или горячей водой, то они называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).
Технологическая схема современной тепловой электростанции, сжигающей уголь в пылевидном состоянии, показана на рис. 1.
Кусковой уголь в железнодорожных вагонах 20 подвозится к разгрузочному устройству 21, из которого ленточными конвейерами направляется или на станционный склад 19, или в дробильную установку 18. Измельченный до требуемого размера уголь подается в бункера 6 сырого угля, из которых поступает в углеразмольные мельницы 27. Для подсушки угля в мельницы подается горячий воздух или смесь воздуха с горячими дымовыми газами.
Рис. 1. Технологическая схема пылеугольной ТЭЦ
Угольная пыль из мельниц транспортируется вместе с воздухом вентилятором 28 через сепаратор 7 и циклон 8, откуда поступает в бункер угольной пыли 9. Из бункера угольная пыль поступает к питателям пыли 10 и через горелки 12 подается в топку 13 парогенератора. Образующиеся в результате сжигания угольной пыли горячие газы омывают последовательно поверхности нагрева парогенератора 11, пароперегревателя 14, и затем дополнительно охлаждаются в водяном экономайзере 15 и воздухоподогревателе 16. Находящиеся в потоке дымовых газов частички золы улавливаются золоуловителем 23, а газы отсасываются дымососами 22 и через дымовую трубу 17 выбрасываются в атмосферу.
Воздух, необходимый для горения топлива, подается в топку дутьевыми вентиляторами 25. Предварительно он нагревается в воздухоподогревателе 16. Из топки и золоуловителей зола и шлак транспортируются водой по специальным каналам 26 и 24 в золоприемный бункер. Золошлаковая смесь из золоприемного бункера специальными насосами перекачивается по трубопроводам на шлаковые и золовые отвалы, расположенные за пределами станции.
Полученный в парогенераторе перегретый пар по паропроводу подводится к турбине 2, которая вращает ротор электрического генератора 1. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор 37. Необходимая для охлаждения пара в конденсаторе вода подается циркуляционными насосами 34 из канала 33, соединенного с водоемом. Подогретая в конденсаторе вода сливается по трубопроводам 36 в канал, из которого сбрасывается в водоем.
Конденсат турбины из конденсатора 37 конденсатными насосами 32 через регенеративные подогреватели низкого давления 31 подается в деаэратор 5, служащий для удаления из питательной воды растворенных в ней газов (кислорода, углекислоты и др.). Из бака 4 деаэратора вода питательными насосами 30 подается через регенеративные подогреватели высокого давления 29 и экономайзер 15 в барабан парогенератора.
Необходимая для восполнения потерь пара и конденсата (превращенного в воду пара) добавочная вода забирается насосами из канала по трубопроводам 35 и, пройдя через специальные водоподготовительные установки, поступает в деаэратор. Частично отработавший в турбине пар подводится к теплофикационным подогревателям (бойлерам) 38, где используется для нагрева воды, предназначенной для отопления. Конденсат греющего пара бойлеров возвращается в деаэратор.
Электрическая энергия от генератора 1 отводится через повышающие электрические трансформаторы 39 линиями электропередачи высокого напряжения.
В центральной части главного корпуса электростанции между парогенераторами и турбинами размещены тепловые щиты 3 управления электростанцией.
На тепловых электростанциях СССР применяется цеховая структура производства. По Правилам технической эксплуатации электростанций и сетей (ПТЭ) крупная ТЭЦ, работающая на твердом топливе, может иметь следующие основные технологические цехи (рис. 2):
I — топливно-транспортный цех (для обслуживания подъездных путей, складов топлива, разгрузочно-погрузочных устройств и т. д.);
II — цех топливоподачи (для обслуживания механизмов подачи топлива со склада в парогенераторный цех);
III — парогенераторный цех (для обслуживания парогенераторов и вспомогательного оборудования: пылеприготовления, золоулавливания и золоудаления, тятодутьевых механизмов и др.);
- — турбинный цех (для обслуживания турбинных установок, конденсаторов и вспомогательного оборудования: подогревателей, деаэраторов, насосов и др.);
- — электрический цех (для обслуживания электрических генераторов и электрического оборудования станции);
- — химический цех (для подготовки добавочной питательной воды, поступающей в парогенераторы).
Рис. 2. Схема основных цехов тепловой электростанции:
I — топливно-транспортный, II— топливоподачи, III— парогенераторный, IV — турбинный (машинный), V— электрический, VI — химический; 1 — подача топлива, 2 — подача пара, 3 — отдача электроэнергии, 4— выход дымовых газов, 5 — выдача золы и шлака, 6— сырая вода (добавочная) на обработку, 7 — подача химически очищенной воды, 8 — подача конденсата, 9 — циркуляционная вода для конденсатора
Топливно-транспортный цех, в котором разгружается уголь из вагонов, имеет железнодорожные пути, склады для хранения угля в штабелях, краны-перегружатели, вагоноопрокидыватели, а также галереи с ленточными конвейерами для подачи угля на склад и со склада, к дробильной установке (см. рис. 29).
Краны-перегружатели 6 могут перемещать уголь с любого склада на любой конвейер.
В цех топливоподачи 1 уголь поступает с разгрузочного устройства по ленточному конвейеру 4 и далее по другому конвейеру 9 идет в дробильную установку 10 (см. рис. 29). Измельченный в дробилках уголь направляется конвейером 11 в парогенераторный цех. Другим конвейером уголь раздается по бункерам парогенераторного цеха.
Технологическая схема парогенераторного цеха тепловой электростанции показана на рис. 3. Из бункеров 1 цеха уголь самотеком поступает через питатели 5 и далее в углеразмольные мельницы 6, в которых размалывается в пыль. Из мельниц угольная пыль по пылепроводу выносится вместе с воздухом (аэросмесь) в циклон 25, из которого воздух отсасывается мельничным вентилятором 11, вследствие чего в циклоне создается разрежение, и туда увлекается из мельницы угольная пыль вместе с воздухом (пылевоздушная смесь).
Рис. 3. Типовая схема компоновки оборудования парогенераторного цеха с шаровыми барабанными мельницами и промежуточным бункером для угольной пыли: 1 — бункер угля, 2 — шиберный затвор, 3 — автоматические весы, 4— ковш весов, 5 — питатель угля, 6— шаровая барабанная мельница, 7 — течка возврата угольной пыли из сепаратора, 8 — мигалка, 9— взрывной предохранительный клапан, 10— сепаратор угольной пыли, 11 — мельничный вентилятор, 12—коллектор первичного воздуха, 13— плотный клапан, 14 — короб вторичного воздуха, 15 — смеситель, 16 — горелка, 17 — питатель угольной пыли, 18 — экраны, 19 — бункер угольной пыли, 20 — топка, 21 — парогенератор, 22 — реверсивный пылевой шнек, 23 — сетка, 24— перекидной шибер, 25 — пылевой циклон, 26 — пароперегреватель, 27 — секции водяного экономайзера, 28 — воздухоподогреватель, 29 — дутьевой вентилятор, 30 — дымовая труба, 31 — дымосос, 32 — короб уходящих газов, 33 — магистраль горячего воздуха
В циклоне скорость потока аэросмеси резко уменьшается, и угольная пыль оседает в нем, а запыленный воздух, пройдя мельничный вентилятор 11, под напором поступает в горелки 16 топки парогенератора. Угольная пыль из циклона поступает в пылевой бункер 19, откуда питателями пыли 17 подается в смеситель 15, где подхватывается запыленным воздухом от мельничного вентилятора и вместе с ним поступает через горелки 16 в топку. В топочной камере пылевидное топливо сгорает во взвешенном состоянии.
Воздух от мельничного вентилятора 11, поступающий вместе с пылевидным топливом в горелки, называется первичным, а воздух из воздухоподогревателя, подаваемый в короб 14 и далее в горелки дутьевым вентилятором 29, называется вторичным.
Продукты горения (дымовые газы) из топочной камеры отсасываются дымососом 31 и, пройдя под разрежением газоходы парогенератора, этим же дымососом уже под напором выбрасываются в дымовую трубу.
Тепло, получаемое от сгорания топлива, превращает воду в трубной системе парогенератора в перегретый пар, который поступает по паропроводу в турбинный цех.
1 Деление на цехи топливно-транспортный и топливоподачи несколько условно.
Рис. 4. Схема устройства простейшей паровой турбины:
1— лопатки рабочего колеса турбины, 2 — сопло, направляющее пар на лопатки, 3 — вал турбины, 4 — рабочее колесо
Для восполнения пара, расходуемого парогенератором, в него под давлением подается насосами питательная вода.
В турбинном (машинном) цехе IV (см. рис. 2) пар используется для вращения роторов турбин. Ротор турбины соединен с ротором генератора соединительной муфтой, через которую вращение ротора турбины передается ротору генератора. Генератор при вращении ротора вырабатывает электрический ток, который поступает к потребителям.
Поступающий в турбину пар проходит через сопла, из которых с большой скоростью направляется на лопатки рабочих колес (рис. 4) и сообщает им вращательное движение. Пройдя рабочие колеса, пар поступает в теплообменный аппарат — конденсатор, где охлаждается проточной водой и конденсируется, т. е. превращается в воду (конденсат). Проточная вода проходит по трубкам конденсатора. Эта проточная вода, называемая циркуляционной, и подается в конденсатор насосной установкой из естественного водоема — реки, озера или из специально созданного. Конденсат из конденсатора откачивается конденсатным насосом и используется для питания парогенераторов. Кроме того, из конденсатора отсасывается воздух, поступающий вместе с паром из турбины. Для этого пользуются пароструйными эжекторами.
В машинном цехе размещены питательные центробежные насосы, а также специальные баки (деаэраторы) для удаления из питательной воды растворенных в ней газов (кислорода, углекислоты). Очистка воды в деаэраторах преследует цель предупредить коррозию металла парогенераторов и трубопроводов питательной воды.
В электрическом цехе V (см. рис. 2) при помощи специальных устройств, здесь не рассматриваемых, электроэнергия поступает в сеть для нужд потребителей.
Рис. 5. Схема оборудования парогенераторного цеха для сжигания газа:
1— дымовая труба, 2 — паропровод из парогенератора, 3 — выходной коллектор пароперегревателя, 4 — барабан, 5 — топочная камера, 6 — питательная вода, 7 — горелки топочной камеры, 8 — подвод топлива к горелкам, 9 — дутьевой вентилятор, 10— дымосос
В химическом цехе VI (см. рис. 2) добавочная вода для питания парогенераторов подвергается специальной подготовке, цель которой предупредить выпадение из воды, при ее испарении, трудноудаляемых осадков (накипи). Такие осадки покрывают изнутри стенки трубной системы парогенератора и весьма затрудняют передачу тепла от продуктов горения к воде и пару, а также сильно повышают температуру металла труб, что приводит к их разрушению.
Подготовка добавочной воды обычно заключается в ее умягчении или в полном удалении растворенных солей, так называемом обессоливании. Основное оборудование цеха химической водоочистки состоит из серии баков, в которых добавочная (сырая) вода подвергается очистке от механических примесей, известкованию для снижения жесткости (умягчения) и удаления растворенного углекислого газа, после чего подается в аппараты для окончательного умягчения.
Из рис. 3 видно, как многообразно и сложно оборудование парогенераторного цеха, в котором сжигается угольная пыль. Оборудование цеха для сжигания природного газа значительно проще (рис. 5), так как отсутствует цех топливоподачи со сложным оборудованием, а также громоздкие устройства по улавливанию золы и шлака и их удалению из цеха. Оборудование цеха также значительно проще, так как не требуются размалывающие устройства с вентиляторами, питатели, сепараторы, циклоны, шнеки и бункера угля и угольной пыли.
Природный газ из главной магистрали поступает в газорегуляторный пункт, откуда со сниженным давлением подается в парогенераторный цех и далее к горелкам агрегатов. В остальном устройство электростанции, сжигающей природный газ, почти не отличается от устройства электростанций, сжигающих другое топливо. Так же просто оборудование цеха, в котором сжигают мазут.
