Тепловые и атомные электрические станции - часть 1

 

3

 
Глава первая. ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ. 
КОМБИНИРОВАННАЯ И РАЗДЕЛЬНАЯ ВЫРАБОТКА 
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ....................................5 

1.1.  ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ..........................................................5 
1.2. СХЕМЫ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА 
ОРГАНИЧЕСКОМ И ЯДЕРНОМ ТОПЛИВЕ ..........................................7 
1.3. СХЕМЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ .......................................16 
1.4. СТРУКТУРА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ТЭС И АЭС ..........................21 
1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ............23 
1.6. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ 
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ..........................26 
1.7. ВИДЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ГРАФИКИ НАГРУЗОК 
ТЭС ..............................................................................................................28 

Глава вторая. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ И ОБЩЕЙ 
ЭКОНОМИЧНОСТИ КОНДЕНСАЦИОННЫХ 
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ .................................................................................33 
Глава третья. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ И ОБЩЕЙ 
ЭКОНОМИЧНОСТИ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ ......................40 

3.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ .....................................................................40 
3.2. РАСХОДЫ ПАРА И ТЕПЛОТЫ НА ТЭЦ.......................................42 
3.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ТЭЦ ....................48 
3.4. СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ 
КОМБИНИРОВАННОЙ И РАЗДЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТОК ТЕПЛОТЫ 
И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ .............................................................................62 

Глава четвертая. ПАРАМЕТРЫ ПАРОВОГО ЦИКЛА 
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ НА ТЕПЛОВУЮ 
ЭКОНОМИЧНОСТЬ УСТАНОВКИ .......................................................67 

4.1. ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ТЕПЛОВУЮ 
ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛА ..................................................................67 
4.2. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПЕРЕГРЕВ В ЦИКЛАХ ПЕРЕГРЕТОГО 
ПАРА...........................................................................................................72 
4.3. ВЛИЯНИЕ КОНЕЧНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ТЕПЛОВУЮ 
ЭКОНОМИЧНОСТЬ УСТАНОВКИ .......................................................79 
4.4. ТЕПЛОВАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ РАСШИРЯЕМЫХ 
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ. МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЭС ....................................83 

Глава пятая. РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВ ПИТАТЕЛЬНОЙ 
ВОДЫ НА ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ .....88 

5.1. ВЛИЯНИЕ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА НА ТЕПЛОВУЮ 
ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ...........................................88 
5.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ОТБОРОВ В ТУРБИНЕ

 

4

......................................................................................................................94 

5.3. РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВ В ЦИКЛАХ С 
ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА ......................................108 
5.4. ВЫБОР УСЛОВИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ОПТИМАЛЬНУЮ 
ОБЩУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА

....................................................................................................................114 

Глава шестая. ТЕХНОЛОГИЯ ОТПУСКА ПАРА И ТЕПЛОТЫ ОТ 
ТЭС...............................................................................................................116 

6.1. ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОТЫ И ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ...........116 
6.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ................................................118 
6.3. ГРАФИК ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ОТОПИТЕЛЬНОЙ 
ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ........................................................................121 
6.4. ОТПУСК ТЕПЛОТЫ ПРОМЫШЛЕННЫМ ПОТРЕБИТЕЛЯМ.124 
6.5. ОТПУСК ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ. ВИД 
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. 
РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ.........................................133 
6.6. ТИПЫ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН С 
ОТОПИТЕЛЬНЫМИ ОТБОРАМИ. ПОКРЫТИЕ ОСНОВНОЙ И 
ПИКОВОЙ ОТОПИТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК........................................138 
6.7. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ СЕТЕВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ.........142 
6.8. ОТПУСК ТЕПЛОТЫ ОТ КОНДЕНСАЦИОННЫХ 
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ..............................................................................145 

Глава седьмая. ПОТЕРИ ПАРА И КОНДЕНСАТА НА ТЭС И 
СПОСОБЫ ИХ ВОСПОЛНЕНИЯ .........................................................147 

7.1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РАБОЧЕГО ТЕЛА В ТЕПЛОВОЙ 
СХЕМЕ ТЭС.............................................................................................147 
7.2. СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ДЛЯ ВОСПОЛНЕНИЯ 
ПОТЕРЬ ПАРА И КОНДЕНСАТА НА ТЭС.........................................152 

Глава восьмая. ЭЛЕМЕНТЫ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ 
СХЕМ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ..................................................................164 

8.1. СОДЕРЖАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ..164 
8.2. РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ ....................................165 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................188 

 

5

Глава первая. ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ. КОМ-
БИНИРОВАННАЯ И РАЗДЕЛЬНАЯ ВЫРАБОТКА ЭЛЕКТРИ-
ЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 

 

1.1. ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 
 

Основным  назначением  электрических  станций  является  выра-

ботка  электрической  энергии  для  снабжения  ею  промышленного  и 
сельскохозяйственного  производства,  коммунального  хозяйства  и 
транспорта.  Часто электростанции обеспечивают также предприятия и 
жилые здания паром и горячей водой. 

На  электростанциях,  предназначенных  только  для  производства 

электроэнергии,  устанавливаются  паровые  турбины  с  глубоким  вакуу-
мом в конденсаторе, так как чем ниже давление пара на выходе из тур-
бины,  тем  большая  часть  энергии  рабочей  среды  превращается  в 
электрическую.  При этом основной поток пара конденсируется в кон-
денсаторе и большая часть содержащейся в нем энергии теряется с ох-
лаждающей водой. 

Тепловые  электрические  станции,  предназначенные  только  для 

производства электроэнергии, называют конденсационными электри-
ческими  станциями  (КЭС).  Работающие  на  органическом  топливе 
КЭС строят обычно вблизи мест добычи топлива. 

Электростанции,  предназначенные  для  комбинированной  выра-

ботки электрической энергии и отпуска пара, а также горячей воды те-
пловому потребителю,  имеют  паровые  турбины  с  регулируемыми  от-
борами  пара  или  с  противодавлением.  На  таких  установках  теплота 
отработавшего  пара  частично  или  даже  полностью  используется  для 
теплоснабжения,  вследствие  чего  потери  теплоты  с  охлаждающей  во-
дой сокращаются или вообще отсутствуют (на установках с турбогене-
раторами  с  противодавлением).  Однако  доля  энергии  пара,  преобразо-
ванной в электрическую, при одних и тех же начальных параметрах на 
установках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках 
с конденсационными турбинами. Теплоэлектростанции, на которых от-
работавший  пар  наряду  с  выработкой  электроэнергии  используется 
для  теплоснабжения,  называют  теплоэлектроцентралями  (ТЭЦ). 
Обычно  ТЭЦ  строят  вблизи  потребителя  теплоты – промышленных 
предприятий  или  жилых  массивов,  если  ТЭЦ  предназначены  для  теп-
лофикации города (района). 

При раздельном производстве электроэнергия вырабатывается на 

 

6

КЭС,  а  для  теплоснабжения  используются  отдельные  энергетические 
установки (районные котельные и т.п.). 

На  атомных  электростанциях,  так  же  как  на  электростанциях,  ра-

ботающих  на  органическом  топливе,  осуществляется  процесс  превра-
щения  энергии,  содержащейся  в  рабочей  среде  (паре),  в  электриче-
скую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, со-
стоит лишь в том, что в одном случае используется энергия, выделяю-
щаяся  при  распаде  ядер  тяжелых  элементов  (применяемых  в  качестве 
топлива), в другом - при горении топлива. 

Тепловые схемы АЭС разнообразны, хотя паротурбинная их часть 

остается практически такой же, как и на обычной электростанции. 

Атомные электростанции всегда строят вблизи крупных промыш-

ленных потребителей электрической энергии. На таких электростанциях 
масса расходуемого топлива невелика (в тысячи раз ниже, чем на ТЭС), 
и  транспортировка  его  даже  на  большие  расстояния  не  отражается  на 
стоимости электроэнергии. 

При  передаче  электроэнергии  на  большие  расстояния  неизбежны 

потери, кроме того, на строительство линий электропередачи требуются 
большие  капиталовложения;  транспортировка  органического  топлива 
приводит  к  его  удорожанию,  что  (при  больших  расстояниях)  заметно 
отражается  на  стоимости  электроэнергии.  Конечно,  при  выборе  пло-
щадки для строительства ТЭС необходимо учесть ряд требований, и в 
первую  очередь наличие  водных источников, обеспечивающих требуе-
мый  расход  воды,  однако  возможность  строить  АЭС  вблизи  крупных 
промышленных потребителей электрической энергии выгодно отличает 
эти электростанции от работающих на органическом топливе. 

Атомные электростанции могут быть конденсационными (АКЭС) 

и  теплоэлектроцентралями  (АТЭЦ).  В  последние  годы  в  некоторых 
странах  большое  внимание  уделяется  использованию  теплоты  комби-
нированных  атомных  установок  для  опреснения  морских  и  солончако-
вых вод. Очевидно, что станции такого типа будут строиться в местах, 
где ощущается недостаток пресной воды. 

Атомная  энергия  может  использоваться  также  только  для  целей 

теплоснабжения.  Такие  атомные  станции  (АСТ)  имеются  уже  в  ряде 
стран.  Можно  полагать,  что  в  ближайшие  годы  они  найдут  сравни-
тельно  широкое  распространение.  Строиться  АСТ  будут,  конечно, 
вблизи крупных городов. 

 

 

7

1.2. СХЕМЫ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА 
ОРГАНИЧЕСКОМ И ЯДЕРНОМ ТОПЛИВЕ 
 

Конденсационные  электрические  станции  большой  мощности 

на органическом топливе строятся в настоящее время в основном на 
высокие  начальные  параметры  пара  и  низкое  конечное  давление 
(глубокий вакуум). Это дает возможность уменьшить расход теплоты 
на  единицу  выработанной  электроэнергии,  так  как  чем  выше  началь-
ные параметры 

0

P  

и 

0

t  

перед турбиной и ниже конечное давление па-

ра 

к

P

, тем выше КПД установки. 

На  рис. 1.1 представлены  типичные  тепловые  схемы  конденса-

ционных  установок  на  органическом  топливе.  По  схеме  (рис. 1.1, 

а

)  подвод  теплоты  к  циклу  осуществляется  только  при  генерации 

пара  и  подогреве  его  до  выбранной  температуры  перегрева 

пер

t

.  По 

схеме (рис. 1.1, 

б), наряду с передачей теплоты при этих условиях, те-

плота подводится к пару и после того, как он отработал в части вы-
сокого давления (ЧВД) турбины. 

Рис. 1.1. Типичные тепловые схемы паротурбинных конденсационных уста-
новок на органическом топливе без промежуточного перегрева пара (а) и с 
промежуточным перегревом (б) 

 
Первую схему называют схемой без промежуточного перегре-

ва

, вторую - схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно 

из курса термодинамики, тепловая экономичность второй схемы при 
одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном вы-
боре параметров промежуточного перегрева выше. 

По обеим схемам пар из парового котла 

1 направляется в турбину 

2, находящуюся на одном валу с электрогенератором 3. Отработавший 
пар  конденсируется  в  конденсаторе 

4,  охлаждаемом  циркулирующей  в 

 

8

трубках технической водой. Конденсат из турбины конденсатным насо-
сом 

5 через регенеративные подогреватели 6 подается в деаэратор 8. Де-

аэратор служит  для  удаления  из  воды  растворенных  в  ней  газов;  од-
новременно  в  нем,  так  же  как  в  регенеративных  подогревателях,  пи-
тательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбо-
ра турбины. Деаэрация воды проводится для того, чтобы довести до 
допустимых  значений  содержание  кислорода  и  углекислого  газа  в 
ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара. 
В  то  же  время  деаэратор  может  отсутствовать,  при  этом  содержание 
кислорода в контуре при применении весьма чистой глубоко обессо-
ленной воды может быть выше, чем на обычных ТЭС, так как в та-
ких условиях происходит пассивизация стали. 

При  таком,  так  называемом  нейтрально-кислородном,  водном 

режиме  в  питательную  воду  подаются  в  определенном  количестве 
кислород, пероксид водорода или воздух; деаэратор в схеме при этом 
не нужен. 

Деаэрированная вода питательным насосом 

9 через подогреватели 

10 подается в котельную установку. Конденсат греющего пара, обра-
зующийся в подогревателях 

10, перепускается каскадно в деаэратор 8, а 

конденсат  греющего  пара  подогревателей 

6  подается  дренажным  насо-

сом 7 в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора 

4. 

Технологическая  схема  такой  электростанции,  работающей  на 

углях, показана на рис. 1.2. Топливо в железнодорожных вагонах 

1 по-

ступает  к  разгрузочным  устройствам 2, откуда  с  помощью  ленточных 
транспортеров 

4 направляется на склад 3, со склада топливо подается в 

дробильную  установку 5. Имеется  возможность  подавать  топливо  в 
дробильную установку и непосредственно от разгрузочных устройств. 
Из дробильной установки топливо поступает в бункера сырого угля 

6, а 

оттуда  через  питатели - в  пылеугольные  мельницы 7. Угольная  пыль 
пневматически транспортируется через сепаратор 

8 и циклон 9 в бункер 

угольной пыли 

10, а оттуда питателями 11 подается к горелкам. Воздух 

из циклона засасывается мельничным вентилятором 

12 и подается в то-

почную камеру котла 

13.  

Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после вы-

хода из нее проходят последовательно газоходы котельной установки, 
где  в  пароперегревателе  (первичном  и  вторичном,  если  осуществля-
ется  цикл  с  промежуточным  перегревом  пара)  и  водяном  эконо-
майзере  отдают  теплоту  рабочему  телу,  а  в  воздухоподогревателе - 
подаваемому в паровой котел воздуху. Затем в золоуловителях 

15 газы 

очищаются от летучей золы и через дымовую трубу 

17 дымососами 16 

выбрасываются в атмосферу. 

 

9

 

Рис

. 1.2. 

Технологическая

 схема

 пылеугольной

 электростанции

 

 

10

Шлак и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухопо-

догревателем  и  золоуловителями,  смываются  водой  и  по  каналам 
поступают к багерным насосам 

33, которые перекачивают их в золоот-

валы. 

Воздух,  необходимый  для  горения,  подается  в  воздухоподог-

реватели парового котла дутьевым вентилятором 

14. Забирается воздух 

обычно из верхней  части  котельной  и  снаружи  котельного  отделе-
ния. 

Перегретый пар от парового котла 

13 поступает к турбине 22. 

Конденсат  из  конденсатора  турбины 

23  подается  конденсатными 

насосами 

24 через регенеративные подогреватели низкого давления 18 в 

деаэратор 

20, а оттуда питательными насосами 21 через подогреватели 

высокого давления 

19 - в экономайзер котла. 

Потери  пара  и  конденсата  восполняются  в  данной  схеме  хи-

мически обессоленной водой, которая подается в линию конденсата 
за конденсатором турбины. 

Охлаждающая вода подается в конденсатор из приемного ко-

лодца  водоснабжения 

26  циркуляционными  насосами  25.  Подогретая 

вода  сбрасывается  в  сбросной  колодец 27 источника 

34  на  некотором 

расстоянии от места  забора,  достаточном  для  того,  чтобы  подогре-
тая вода не подмешивалась к забираемой. Устройства для химиче-
ской обработки добавочной воды находятся в химическом цехе 

28. 

В схемах может быть предусмотрена сетевая подогревательная ус-

тановка для теплофикации электростанции и прилегающего поселка. К 
сетевым  подогревателям 

29  этой  установки  пар  поступает  от  отборов 

турбины, конденсат отводится по линии 

31. Сетевая вода подводится к 

подогревателю и отводится от него по трубопроводам 

30. 

Выработанная  электрическая  энергия  отводится  от  электриче-

ского генератора к внешним потребителям через повышающие элек-
трические трансформаторы. 

Для  снабжения  электроэнергией  электродвигателей,  освети-

тельных  устройств  и  приборов  электростанции  имеется  электриче-
ское распределительное устройство собственных нужд 

32. 

Электрические  станции  на  органическом  топливе  всегда  ис-

пользуют перегретый  пар. В  настоящее  время  температура  пара  пе-
ред  турбиной  обычно  достигает 540-560 °С  при  давлении  пара  перед 
турбиной до 23,5 МПа. 

На рис. 1.3 приводятся рабочие процессы расширения пара в тур-

бине  для  паротурбинных  установок,  схемы  которых  показаны  на  рис. 
1.1 и 1.2. В нашей стране паротурбинные установки конденсационно-
го  типа  на  органическом  топливе  работают  по  циклу  без  промежу-