Что внутри котла тэц
Ульяновская ТЭЦ‑1 изнутри: как делают тепло и электричество
Пишет krendelphoto: Вот настала и моя очередь опубликовать отчет об экскурсии на Ульяновскую ТЭЦ‑1, на которую нас любезно пригласила пресс-служба филиала ОАО «Волжская ТГК» в феврале 2011.
У меня родители всю жизнь работают в энергетике – как раз на ТЭЦ, но сейчас на другой, не на этой. И я с детства слушал их разговоры о том, чем они там занимаются, и всю жизнь мечтал увидеть вживую все эти котлы, турбины и прочее, потому что в голове можно хоть всю жизнь пытаться представлять котел размером с дом, но так и не представить. 🙂 А тут такой случай предоставился и упускать эту возможность было просто нельзя.
1. Ульяновская ТЭЦ‑1
Вообще, я был изрядно удивлен, когда услышал о том, что такое мероприятие планируется в нашем городе. Чтобы интернетчиков позвали с фотоаппаратами на закрытый объект, да еще все там показали… Я думал такое бывает только в Интернете (ну в смысле где-то в других далеких городах :)). Однако, несмотря на сомнения, мероприятие прошло без задержек в запланированные сроки, и, надо заметить, было прекрасно организовано. Итак, поехали… Сначала нас провезли по территории на автобусе, показали разные достопримечательности. По пути рассказали, что ТЭЦ-1 была введена в строй в 1946 году и изначально относилась к эвакуированному из Горького автозаводу, который стал УАЗом. Затем мы подъехали к главному корпусу, выгрузились и немного поснимали градирни.
2. В градирнях охлаждается вода, используемая в технологическом цикле для охлаждения пара и разных устройств. По сути это даже не труба, а такой «душ» без крыши. Внутри с большой высоты разбрызгивается вода. При падении на воздухе она охлаждается, а затем сливается в трубу. Слева – новая градирня, справа – старая, маленькая и с плоскими гранями. Поскольку при нашем посещении погода стояла морозная (-25), пара на улице и над градирнями было много. 🙂 Красота! Электрическая мощность станции составляет 435 МВт, однако такая мощность может быть достигнута только зимой, как нам рассказали, за счет более эффективного охлаждения воды в градирнях. Летом же вода охлаждается хуже и электричества вырабатывается в разы меньше. Но и потребность в электричестве летом ниже. Для повышения эффективности выработки электроэнергии летом станции не помешала бы еще одна новая градирня. Стоит она 500 млн. руб.
3. А это уже дым из основной трубы (высота порядка 180 м) от сжигания топлива. В нашем случае это был мазут. На ТЭЦ‑2 в Заволжском районе дымовая труба еще выше метров на 100 (или чуть меньше). Обычно на ульяновских ТЭЦ сжигают природный газ, но в сильные морозы переходят на мазут, чтобы скомпенсировать увеличенный расход газа другими предприятиями. За день на ТЭЦ‑1 сжигают до 1000 тонн мазута. Это примерно один поезд. 🙂
4. Мы зашли внутрь и нас провели в конференц-зал к директору ТЭЦ‑1 Долгалеву Виктору Антоновичу, где нам еще немного рассказали об истории ТЭЦ‑1 и о разных ее параметрах в числах, которые я не запомнил :). Затем мы надели каски и пошли в святая святых – в турбинно-котельный цэх. Каски там реально нужны, поскольку из-за перепадов температуры и влажности в таком огромном помещении местами может отваливаться штукатурка – я видел ее кусочки на полу возле стены. Да и с котла может что-нибудь упасть (например, сварочный электрод), когда там люди работают. Так что без соблюдения техники безопасности на ТЭЦ – никуда.
5. После входа в цэх у многих из нас отпала челюсть. В помещении огромной длины столько всякого было! А какой шум здесь стоит. А под ногами – пропасть! И хотя ТЭЦ‑1 – станция старого проекта и узлы и агрегаты тут сравнительно небольшие, но мы были очень впечатлены увиденным.
6. Над нашими головами висел кран.
8. Быстренько пройдя по мостику (мы еще вернемся в цэх), мы поднялись к паропреобразователю. Вот в этом месте было совсем громко! Представьте, что вы стоите около реактивного двигателя. Уши болели, их закладывало и хотелось побыстрее уйти отсюда. В детстве я наслушался страшных историй от родителей о том, что бывает если трубы с паром под давлением разгерметизируются. Было немного стремно протискиваться мимо этих труб огромного диаметра, где внутри бежит перегретый пар с температурой в сотни градусов и под давлением в много-много атмосфер. Остальные экскурсанты этих историй не слышали и им было пофиг. 🙂
9. «Логово зверя». Интерьер напоминает некоторые компьютерные игры. «Индастриал-стайл» – ничего лишнего. 🙂 Выйдя из этого громкого места, многие потом некоторое время плохо слышали. 🙂 Через несколько минут слух вернулся.
10. Этот многострадальный лифт фунциклирует. Затем мы вернулись в основное помещение котло-турбинного цэха.
11. Кондей. Видимо, летом рабочие прячут тут свое пиво. 🙂 Шутка.
13. Манометры и пар на заднем плане
16. Опять манометры…
20. Длина помещения цэха, высота и глубина поражают.
21. Циркулярные насосы (перекачивают воду для охлаждения).
22. …выбирай себе любой. 🙂
26. Турбина с генератором. На табло отображается скорость вращения турбины: 3000 об./мин. Если поделить на 60, получится 50 оборотов в секунду. Таким образом в генераторе возникает переменный ток частотой 50 Герц.
27. Круговая панорама – первые 180 градусов
28. Вторая половина панорамы
29. Пульт управления и мониторинга (не знаю как правильно называется :)). Внутри за стеклопакетом – потише чем здесь, в цеху. Однако, рабочие жалуются, что слух стал хуже за годы работы. Позже мы попадем туда внутрь.
31. По дороге к котлам
32. Можно заглянуть в топку котла. Стенки котла состоят из трубочек, по которым циркулирует вода. Внутри горит мазут или газ. Раньше котлы топили углем и их часто приходилось чистить от сажи. Копоть распространялась по всей округе и причиняла большой ущерб окружающей среде. Потом перегретый пар под высоким давлением загоняют в турбину, где он давит на ее лопасти и турбина крутится. К тому же валу подключен генератор, вырабатывающий электричество. Затем пар используют для подогрева воды… Бывают еще отдельные водогрейные котлы. Вот по такой, в общем-то, незамысловатой схеме на ТЭЦ получают тепло и электричество. 🙂
33. Мазут горит в топке котла при температуре 2500 градусов. Кстати, мазут сам по себе очень вязкий. Чтобы на морозе он не застыл, его при хранении разогревают до 100 градусов.
34. Размеры котла (на заднем плане) поражают воображение.
35. Асбестовая теплоизоляция.
36. В некоторых местах крышечек нет.
37. Обратите внимание – давление пара до 155 атмосфер! За всем оборудованием пристально следят. Перед каждым отопительным сезоном проводят испытания, специальная комиссия дает добро на эксплуатацию.
38. Щит управления горелками.
39. Котлище! Но эти еще маленькие, на ТЭЦ‑2 высота котлов – 40 метров.
41. Пришли на пульт управления.
42. Здесь много диагностических приборов и самописцев.
43. Есть и компьютерные системы мониторинга.
44. Старинное табло уже изрядно глючит, но что-то еще показывает. Генераторы на Ульяновской ТЭЦ‑1 не очень мощные (до 70 МВт), по сравнению с ТЭЦ‑2 (до 170 МВт), но их больше. Из-за чего суммарная электрическая мощность примерно одинакова.
47. Устройство останова подачи пара на турбогенератор.
49. Программисты здесь тоже есть. 🙂
А вы знали, что у нас есть Instagram и Telegram?
Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!
Что на самом деле выходит из труб ТЭЦ
Башни, выпускающие такие «белые облака», называются градирни. Еще их называют охладительными башнями. Они предназначены для охлаждения больших объемов воды в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций. На самом деле никакого дыма в таких устройствах быть не может. Внутри них ничего не горит, а наоборот – остужается.
Как работает ТЭЦ
Чтобы понять для чего нужны градирни, необходимо сначала выяснить как работает типовая ТЭЦ. Теплоносителем в таких теплоэлектроцентралях выступает водяной пар. Для его производства служит вода, которая чаще всего используется в системе ТЭЦ по замкнутому контуру.
Надежность работы котлов и систем теплоснабжения в первую очередь зависит от качества воды, поэтому обычная водопроводная вода здесь не годится. Так как главной задачей является предотвращение коррозии и накипи в котлах и трубопроводах, воду для них специально химически подготавливают, лишая ее кислорода, минеральных примесей, а также солей кальция и магния.
Подготовленная таким образом вода в паровых котлах превращается в пар и затем под высоким давлением поступает в паровые турбины для производства электроэнергии.
Проходя через рабочее колесо турбины, отработанный пар поступает в конденсаторы, чтобы потом снова в виде воды возвратиться в рабочий цикл производства. Но температура такой воды слишком высока, чтобы сразу вернуться в систему, поэтому для ее снижения и устанавливают градирни.
Градирни различаются по способу подачи воздуха (вентиляторные, башенные, вакуумные и брызгальные) и по направлению движения рабочей среды (с противотоком, с перекрестным током и со смешанным током).
Устройство градирни
Рассмотрим ее работу на примере самой обычной башенной градирни. Именно их чаще всего устанавливают вблизи ТЭЦ. Такие градирни самые экономичные, так как опираются на естественную тягу без использования электричества, но при этом они самые затратные в плане строительства из-за своего большого размера.
Горячая вода в такой башне подается насосами наверх к вершине башни и разбрызгивается оросительной системой, через множество специальных форсунок.
Снизу, через специальные окна, в градирню поступает воздух. Он движется вверх под действием естественной тяги, создаваемой в башне за счет перепада высоты.
При этом, часть горячей воды, успевает испариться и выходит вместе с воздухом через сопло градирни в виде пара. Другими словами, воздух как бы выталкивает часть пара наружу. Именно этот пар мы и видим в виде белых облаков над тепловыми электростанциями. Остальная часть воды, остуженная воздухом, под действием силы тяжести стекает вниз к основанию башни в специальный установленный водосборник.
А оттуда вода попадает обратно в систему. Так ТЭЦ удается экономить средства на водоподготовку.
А где тогда дым от котельных?
Другое дело – дымовые трубы, которые используются для выброса дыма из водогрейных и паровых котлов. Для нагрева воды в таких котлах в качестве топлива используется уголь, газ или мазут. А значит без процесса горения и дыма их работа невозможна. В отличие от градирен, из таких полосатых труб в атмосферу выходит дым.
Почему трубы строят такими высокими?
Большая высота дымовых труб котельных обусловлена несколькими факторами. Главный из них – экология. По понятным причинам дымовые трубы должны быть выше всех основных городских зданий. Также немаловажную роль играет наличие так называемого инверсионного слоя, или по-простому «купола».
Это невидимое скопление воздушных масс, которое препятствует вертикальному перемещению воздуха, образуя тем самым смог. Инверсионные слои называются также задерживающими. Поэтому в зависимости от местности трубы строят с учетом «пробития» такого «купола».
Вторая причина – чем выше дымовая труба, тем лучше тяга в топке котлов. А также, чем больше объем дымовых газов, требуемых для выброса, тем выше должна быть труба.
Почему заводские трубы окрашены в красно-белые полосы?
Трубы окрашивают в красно-белый цвет по требованиям авиационной безопасности.
Трубы высотой до 100 метров должны иметь окраску на 1/3 высоты трубы в виде чередующихся красно-белых полос одинаковой ширины. При этом верхняя и нижняя полосы должны быть окрашены в красный цвет. Дымовые трубы высотой выше 100 м, окрашиваются чередующимися полосами красного и белого цвета на всю высоту сооружения. То есть по количеству полос можно судить о высоте дымовой трубы.
Блог об энергетике
энергетика простыми словами
Паровые котлы тепловых электростанций (ТЭС)
Паровые котлы и паровые турбины являются основными агрегатами тепловой электростанции (ТЭС).
Паровой котел — это устройство, имеющее систему поверхностей нагрева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива (рис. 1).
В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке, представляющей собой призматическую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгорания в топочной камере.
Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства — горелки. Топка в верхней части соединяется с призматической вертикальной шахтой (иногда с двумя), называемой по основному виду проходящего теплообмена конвективной шахтой.
В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых движется рабочая среда. В зависимости от преимущественного способа передачи тепла к поверхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиационные, радиационно-конвективные, конвективные.
В топочной камере по всему периметру и по всей высоте стен обычно расположены трубные плоские системы — топочные экраны, являющиеся радиационными поверхностями нагрева.
Рис. 1. Схема парового котла ТЭС.
1 — топочная камера (топка); 2 — горизонтальный газоход; 3 — конвективная шахта; 4 — топочные экраны; 5 — потолочные экраны; 6 — спускные трубы; 7 — барабан; 8 — радиационно-конвективный пароперегреватель; 9 — конвективный пароперегреватель; 10 — водяной экономайзер; 11 — воздухоподогреватель; 12 — дутьевой вентилятор; 13 — нижние коллекторы экранов; 14 — шлаковый комод; 15 — холодная коронка; 16 — горелки. На схеме не показаны золоуловитель и дымосос.
В современных конструкциях котлов топочные экраны изготавливают либо из обычных труб (рис. 2, а), либо из плавниковых труб, сваренных между собой по плавникам и образующих сплошную газоплотную оболочку (рис. 2,б).
Аппарат, в котором вода нагревается до температуры насыщения, называется экономайзером; образование пара происходит в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, а его перегрев — в пароперегревателе.
Рис. 2. Схема выполнения топочных экранов
а — из обычных труб; б — из плавниковых труб
Система трубных элементов котла, в которых движутся питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар, образует, как уже указывалось, его водопаровой тракт.
Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения приемлемого температурного режима металла поверхностей нагрева организуется непрерывное движение в них рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе проходят через них однократно. Движение же рабочей среды через парообразующие (испарительные) поверхности нагрева может быть как однократным, так и многократным.
В первом случае котел называется прямоточным, а во втором — котлом с многократной циркуляцией (рис. 3).
Рис. 3. Схема водопаровых трактов котлов
а — прямоточная схема; б — схема с естественной циркуляцией; в — схема с многократно-принудительной циркуляцией; 1 — питательный насос; 2 — экономайзер; 3 — коллектор; 4 — парообразующие трубы; 5 — пароперегреватель; 6 — барабан; 7 — опускные трубы; 8 — насос многократно-принудительной циркуляции.
Водопаровой тракт прямоточного котла представляет собой разомкнутую гидравлическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом. В прямоточных котлах нет четкого разделения экономайзерной, парообразующей и пароперегревательных зон. Прямоточные котлы работают на докритическом и сверхкритическом давлении.
В котлах с многократной циркуляцией существует замкнутый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном, а внизу — коллектором. Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверхностью, называемой зеркалом испарения. Коллектор — это заглушенная с торцов труба большого диаметра, в которую по длине ввариваются трубы меньшего диаметра.
В котлах с естественной циркуляцией (рис. 3,б) питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижний коллектор, откуда распределяется в обогреваемые трубы, в которых закипает. Необогреваемые трубы заполнены водой, имеющей плотность ρ´, а обогреваемые трубы заполнены пароводяной смесью, имеющей плотность ρсм, средняя плотность которой меньше ρ´. Нижняя точка контура — коллектор — с одной стороны подвергается давлению столба воды, заполняющей необогреваемые трубы, равному Hρ´g, а с другой — давлению Hρсмg столба пароводяной смеси. Возникающая разность давлений H(ρ´ — ρсм)g вызывает движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции Sдв (Па):
где H — высота контура; g — ускорение свободного падения.
В отличие от однократного движения воды в экономайзере и пара в пароперегревателе движение рабочего тела в циркуляционном контуре является многократным, так как при проходе через парообразующие трубы вода испаряется не полностью и паросодержание смеси на выходе из них составляет 3-20%.
Отношение массового расхода циркулирующей в контуре воды к количеству образовавшегося пара в единицу времени называется кратностью циркуляции
В котлах с естественной циркуляцией R = 5-33, а в котлах с принудительной циркуляцией — R= 3-10.
В барабане образовавшийся пар отделяется от капель воды и поступает в пароперегреватель и далее в турбину.
В котлах с многократной принудительной циркуляцией (рис. 3,в) для улучшения циркуляции устанавливается дополнительно циркуляционный насос. Это позволяет лучше компоновать поверхности нагрева котла, допуская движение пароводяной смеси не только по вертикальным парогенерирующим трубам, но также по наклонным и горизонтальным.
Поскольку наличие в парообразующих поверхностях двух фаз — воды и пара — возможно лишь при докритическом давлении, барабанные котлы работают при давлениях меньше критических.
Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600°С. Поэтому стены топочной камеры выкладывают из огнеупорного материала, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией. Частично охладившиеся в топке продукты сгорания с температурой 900-1200°С поступают в горизонтальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов поверхность нагрева — воздухоподогреватель, в котором воздух подогревается перед его подачей в топку котла. Продукты сгорания за этой поверхностью называются уходящими газами: они имеют температуру 110-160°С. Поскольку дальнейшая утилизация тепла при такой низкой температуре нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа удаляются в дымовую трубу.
Большинство топок котлов работает под небольшим разрежением 20-30 Па (2 — 3 мм вод.cт.) в верхней части топочной камеры. По ходу продуктов сгорания разрежение в газовом тракте увеличивается и составляет перед дымососами 2000-3000 Па, что вызывает поступление атмосферного воздуха через неплотности в стенах котла. Они разбавляют и охлаждают продукты сгорания, понижают эффективность использования тепла; кроме того, при этом увеличивается нагрузка дымососов и растет расход электроэнергии на их привод.
В последнее время создаются котлы, работающие под наддувом, когда топочная камера и газоходы работают под избыточным давлением, создаваемым вентиляторами, а дымососы не устанавливаются. Для работы котла под наддувом он должен выполняться газоплотным.
Поверхности нагрева котлов выполняются из сталей различных марок в зависимости от параметров (давления, температуры и др.) и характера движущейся в них среды, а также от уровня температур и агрессивности продуктов сгорания, с которыми они и находятся в контакте.
Важное значение для надежной работы котла имеет качество питательной воды. В котел непрерывно поступает с ней некоторое количество взвешенных твёрдых частиц и растворенных солей, а также окислов железа и меди, образующихся в результате коррозии оборудования электростанций. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и почти все твердые частицы задерживаются, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличивается. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора и на внутренней поверхности обогреваемых труб появляется накипь, которая плохо проводит тепло. В результате покрытые изнутри слоем накипи трубы недостаточно охлаждаются движущейся в них средой, нагреваются из-за этого продуктами сгорания до высокой температуры, теряют свою прочность и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэтому часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой. Чаще всего непрерывная продувка производится из барабана котла.
В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана нет непрерывной продувки. Поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются особенно высокие требования. Они обеспечиваются путем очистки турбинного конденсата после конденсатора в специальных конденсатоочистительных установках и соответствующей обработкой добавочной воды на водоподготовительных установках.
Вырабатываемый современным котлом пар является, вероятно, одним из наиболее чистых продуктов, производимых промышленностью в больших количествах.
Так, например, для прямоточного котла, работающего на сверхкритическом давлении, содержание загрязнений не должно превышат 30-40 мкг/кг пара.
Современные электростанции работают с достаточно высоким КПД. Теплота, затраченная на подогрев питательной воды, ее испарение и получение перегретого пара, — это полезно использованная теплота Q1.
Основная потеря тепла в котле происходит с уходящими газами Q2. Кроме того, могут быть потери Q3 от химической неполноты сгорания, обусловленные наличием в уходящих газах CO, H2, CH4 ; потери с механическим недожогом твердого топлива Q4, связанные с наличием в золе частичек несгоревшего углерода; потери в окружающую среду через ограждающие котел и газоходы конструкции Q5; и, наконец, потери с физической теплотой шлака Q6.
где Q — количество тепла, выделяющегося при полном сгорании топлива.
Потеря тепла с уходящими газами составляет 5-8% и уменьшается с уменьшением избытка воздуха. Меньшие потери соответствуют практически горению без избытка воздуха, когда воздуха в топку подается лишь на 2-3% больше, чем теоретически необходимо для горения.
Отношение действительного объёма воздуха VД, подаваемого в топку, к теоретически необходимому VТ для сгорания топлива называется коэффициентом избытка воздуха:
Уменьшение α может привести к неполному сгоранию топлива, т.е. к возрастанию потерь с химическим и механическим недожогом. Поэтому принимая q5 и q6 постоянными, устанавливают такой избыток воздуха a, при котором сумма потерь
Оптимальные избытки воздуха поддерживаются с помощью электронных автоматических регуляторов процесса горения, изменяющих подачу топлива и воздуха при изменениях нагрузки котла, обеспечивая при этом наиболее экономичный режим его работы. КПД современных котлов составляет 90-94%.
Все элементы котла: поверхности нагрева, коллекторы, барабаны, трубопроводы, обмуровка, помосты и лестницы обслуживания — монтируются на каркасе, представляющем собой рамную конструкцию. Каркас опирается на фундамент или подвешивается к балкам, т.е. опирается на несущие конструкции здания. Масса котла вместе с каркасом довольно значительна. Так, например, суммарная нагрузка, передаваемая на фундаменты через колонны каркаса котла паропроизводительностью D=950 т/ч, составляет 6000 т. Стены котла покрываются изнутри огнеупорными материалами, а снаружи — тепловой изоляцией.
Применение газоплотных экранов приводит к экономии металла на изготовление поверхностей нагрева; кроме того, в этом случае вместо огнеупорной кирпичной обмуровки стены покрываются лишь мягкой тепловой изоляцией, что позволяет на 30-50% уменьшить массу котла.
Источник: Полещук И.З., Цирельман Н.М. Введение в теплоэнергетику: Учебное пособие пособие / Уфимский государственный авиационный технический университет. — Уфа, 2003.