Что такое ТЭЦ: как и на чем работает

Тепловые электростанции делят на конденсационные станции (КЭС, ранее ГРЭС) и теплоцентрали (ТЭЦ). Крупные модули продуцируют электрическую и тепловую энергию за счет сгорания топлива. КЭС и ТЭЦ разделяются по виду вырабатываемой энергии. Те и другие работают на различных видах топлива.

Что собой представляет ТЭЦ

Теплоцентраль — вариант электростанции, генерирующая тепло вместе с электричеством. Энергия по трубам и кабелям передается в объекты жилья и производства. Энергоноситель может быть в виде горячей воды или пара. Отличаются теплоцентраль и конденсационная теплоэлектростанция долей производства теплового и электрического носителя, а также конструкцией паровой турбины.

ТЭЦ функционирует по двойному режиму нагрузки:

• тепловой — когда теплоэнергия является приоритетной целью, а выработка электроэнергии напрямую зависит от нее;
• электрический — если генерирование электроэнергии становится приоритетным, а тепла вырабатывается мало или совсем не производится, например, летом.

Чаще на ТЭЦ ставят паровые теплофикационные виды турбин, позволяющие сразу генерировать два вида энергии.

К такому типу относят тепловые двигатели по принципу работы:

• с возможностью регуляции объема пара;
• с противодавлением (избыточным напором при сбросе среды на клапане);
• в одновременной регуляцией и противодавлением.

В двигателях с регуляцией объема пара его часть идет на конденсатор, остальной объем отводится из двух ступеней. Напор пара регулируют специальной системой (диафрагма в форме лопаток за отборной камерой). Лопасти делят на половины, которые поворачиваются относительно друг друга. Ступень, как место отбора, определяют по требуемым характеристикам пара.

У агрегатов с противодавлением весь объем пара применяют на технологические нужды (отопление, сушка, другое). Мощность агрегата зависит от нужд потребителя, меняется при необходимости. Турбины с противодавлением работают одновременно с конденсационным модулем, чтобы покрывать недостаток в электрической энергии.

В комбинированных агрегатах (с отбором и избыточным напором при сбросе) некоторая доля пара выводится посредством промежуточных ступеней, а отработанный пар идет на выпускную трубу в отопительную магистраль или к котельным для подогрева энергоносителя.

Еще одним отличием ТЭЦ считается более высокий КПД, чем у КЭС. Совмещение производства тепла и электроэнергии повышает показатель на 5 – 7% (для теплоэлектроцентрали 35 – 43%, электрической теплостанции — 30%). На установках ТЭЦ ставят турбины с возможностью отбора определенного количества пара, а в электрической энергетике таких котлов и техники не предусмотрено.

Устройство и принцип работы

В энергоустановках топливо сгорает в паровой топке (парогенераторе), нагревает пар, превращая его в водную среду. Жидкость прокачивается в котле с внутренними трубками (водотрубный агрегат). Перегретый влажный воздух с температурой +400 − +600°С и разным напором (низким или сильным) поступает в турбогенератор (комбинация генератора электричества и паровой турбины) по паропроводу.

В многоступенчатой системе энергия тепла частично преобразуется в механическую для оборачиваемости вала, на котором есть электрогенератор. Остальной объем идет в тепловую магистраль или в котельные для подогрева носителя.

Сооружения комплекса теплоэлектроцентрали:

• Главное здание в комплексе с очистными сооружениями для дымовых отходов с дымоотводами. Это основной объект генплана ТЭЦ. Фронтон корпуса со стороны размещения первых турбин постоянный, с другой стороны (расширения) — непостоянный.
• Открытое сортировочное устройство, в определенных отраслях электроэнергетики закрытое. Его располагают недалеко от основного корпуса со стороны турбинного участка. От распределительной установки идут высоковольтные магистрали (ЛЭП).
• Градирню ставят с бока постоянного фронтона турбоотделения на таком промежутке от распределителя, чтобы на него не действовали пары
• Отсек подогрева воды ставят перпендикулярно или параллельно основному зданию.
• Администрация и бытовые помещения находятся со стороны постоянного фронтона, чтобы сделать связь с основным отсеком удобнее.

Предусматривают при проектировании комплекса ТЭЦ возможность расширения основного корпуса, распределителя, системы очистки, водогрейного отсека. Параллельно главному корпусу строят подъездную дорогу (железнодорожные рельсы). Их ответвления идут ко всем зданиям на участке.

Технологическая схема работы включает процессы:

1. разгрузка, складирование топлива, подача к топке;
2. сжигание и получение пара;
3. применение пара для оборотов турбин, производства электричества;
4. отбор пара для отопления и подогрева;
5. поставка потребителям энергоносителей, горячей воды;
6. трансформация электрической энергии, передача ее потребителям.

В топке одновременно находится топливо и нагретый воздух (окислитель). Конечный продукт — тепловая энергия и электричество.

Разновидности теплоэлектроцентралей

Современные энергетические комплексы бывают с поперечными связями и блочным расположением.

Это различие определяется в зависимости от технологического способа стыкования турбин и котлов:

• Вариант с поперечными связями предполагает связь паровых и водяных турбин, что дает возможность перевода пара между агрегатами. Такой вариант означает гибкое управление и быстрое реагирование на изменение потребления. Все устройства должны характеризоваться одинаковыми рабочими параметрами, а вдоль главного корпуса проводят паропроводы для переброски.
• Оборудование с блочной компоновкой предполагает отдельные процессы выработки в пределах каждого энергетического модуля. Объектом управления служат тщательно разработанные модели регулирования и сочетания на разных блоках.

По виду производящих агрегатов различают ТЭЦ с парогазовыми котлами, паровыми установками, реакторами ядерного топлива. Есть теплоэлектроцентрали без паровых турбин — с газотурбинными комплексами. Обычно на станции имеется оборудование разного типа, т. к. ТЭЦ расширяются, переоборудуются, чтобы соответствовать запросам.

Паровые установки различают по типу топлива:

• твердотопливные (бурый и каменный уголь, полуантрацит, антрацит, сланцы, торф);
• газовые (доменный, коксовый, природный газ);
• жидкотопливные (мазут).

Получили распространение газотурбинные комплексы, когда смесь нагретых газов от сжигания жидкого или газообразного горючего поворачивает лопасти турбины. После этого газовая смесь имеет достаточную температуру, чтобы питать паросиловой агрегат, или использоваться для теплоснабжения.

По типу производства тепла различают:

• Агрегаты с координируемыми отборами пара. В маркировке турбин (Россия) есть литера Т, например, Т-110/130-140;
• Установки с координируемыми производственными отборами энергии (буква П, а если есть на выходе противодавление, то дополнительно буква Р).

Обычно регулируемые типы отбора сочетаются, при этом число некоординируемых откачиваний для восстановления внутреннего режима турбины бывает любым, но не больше 9. Напор в производственных отборах всегда выше, чем в теплофикационных (1 – 2 МПа и 0,05 – 0,3 МПа, соответственно).

Наличие противодавления говорит о том, что у турбины нет конденсатора, а вторичный пар идет на промышленные нужды комплекса. Эти модули не могут работать, если отсутствует связь с потребителем.