|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Elektrociepłownia. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Elektrociepłownia (ciepłownia) - elektrownia, która wytwarza energię elektryczną poprzez zamianę energii chemicznej paliwa na energię mechaniczną obrotu wału generatora elektrycznego.
W elektrowniach cieplnych energia cieplna uwalniana podczas spalania paliw kopalnych (węgiel, torf, łupki, ropa naftowa, gazy) jest przetwarzana na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną. Tutaj energia chemiczna zawarta w paliwie przechodzi złożoną ścieżkę przemian z jednej postaci w drugą, aby uzyskać energię elektryczną. Przemianę energii zawartej w paliwie w elektrociepłowni można podzielić na następujące główne etapy: przemiana energii chemicznej w energię cieplną, energii cieplnej w energię mechaniczną oraz energii mechanicznej w energię elektryczną. Pierwsze elektrownie cieplne (TPP) pojawiły się pod koniec XIX wieku. W 1882 r. wybudowano TPP w Nowym Jorku, w 1883 r. w Petersburgu, w 1884 r. w Berlinie. Większość TPP to elektrownie z turbinami parowo-cieplnymi. Na nich energia cieplna jest wykorzystywana w kotle (wytwornicy pary).
Jednym z najważniejszych elementów kotła jest palenisko. W nim energia chemiczna paliwa jest przekształcana w energię cieplną podczas reakcji chemicznej palnych składników paliwa z tlenem atmosferycznym. W tym przypadku powstają gazowe produkty spalania, które odbierają większość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa. W procesie podgrzewania paliwa w palenisku powstaje koks oraz gazowe, lotne substancje. W temperaturze 600-750 °C substancje lotne zapalają się i zaczynają się palić, co prowadzi do wzrostu temperatury w piecu. W tym samym czasie rozpoczyna się spalanie koksu. W rezultacie powstają gazy spalinowe, które opuszczają piec w temperaturze 1000-1200 °C. Gazy te służą do podgrzewania wody i wytwarzania pary. Na początku XIX wieku. do uzyskania pary stosowano proste jednostki, w których nie rozróżniano ogrzewania i odparowywania wody. Typowym przedstawicielem najprostszego typu kotłów parowych był kocioł cylindryczny. Dla rozwijającej się elektroenergetyki potrzebne były kotły wytwarzające parę wysokotemperaturową i wysokociśnieniową, gdyż w tym stanie daje ona najwięcej energii. Powstały takie kotły i nazwano je kotłami wodnorurowymi. W kotłach wodnorurowych gazy spalinowe opływają rury, przez które krąży woda, ciepło ze spalin jest przekazywane przez ścianki rur do wody, która zamienia się w parę.
Nowoczesny kocioł parowy działa w następujący sposób. Paliwo pali się w piecu z pionowymi rurami przy ścianach. Pod wpływem ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa woda w tych rurach wrze. Powstała para unosi się do walczaka kotła. Kocioł to grubościenny poziomy cylinder stalowy wypełniony wodą do połowy. Para zbiera się w górnej części bębna i wychodzi z niej do grupy wężownic - przegrzewacza. W przegrzewaczu para jest dodatkowo podgrzewana przez spaliny opuszczające palenisko. Ma temperaturę wyższą niż ta, w której woda wrze pod danym ciśnieniem. Taka para nazywana jest przegrzaną. Po opuszczeniu przegrzewacza para trafia do konsumenta. W kanałach kotłowych znajdujących się za przegrzewaczem spaliny przechodzą przez kolejną grupę wężownic - ekonomizer wody. W nim woda przed wejściem do korpusu kotła jest podgrzewana ciepłem spalin. Za ekonomizerem, wzdłuż drogi spalin, zwykle umieszcza się rury nagrzewnicy powietrza. W nim powietrze jest podgrzewane przed wprowadzeniem do pieca. Za nagrzewnicą powietrza spaliny o temperaturze 120-160°C uchodzą do komina. Wszystkie procesy robocze bloku kotłowego są w pełni zmechanizowane i zautomatyzowane. Obsługiwany jest przez liczne mechanizmy pomocnicze napędzane silnikami elektrycznymi, których moc może sięgać kilku tysięcy kilowatów. Bloki kotłowe potężnych elektrowni produkują parę o wysokim ciśnieniu - 140-250 atmosfer i wysokiej temperaturze - 550-580 °C. W paleniskach tych kotłów spala się głównie paliwo stałe, rozdrobnione do stanu sproszkowanego, olej opałowy lub gaz ziemny. Przemiana węgla w stan pyłowy odbywa się w zakładach pyłowych. Zasada działania takiej instalacji z młynem bębnowym kulowym jest następująca. Paliwo podawane jest do kotłowni przenośnikami taśmowymi i odprowadzane jest do zasobnika, z którego po automatycznej wadze podawane jest podajnikiem do młyna węglowego. Rozdrabnianie paliwa odbywa się wewnątrz poziomego bębna obracającego się z prędkością około 20 obr./min. Zawiera stalowe kulki. Gorące powietrze ogrzane do temperatury 300-400°C doprowadzane jest do młyna rurociągiem. Oddając część swojego ciepła do suszenia paliwa, powietrze schładza się do temperatury około 130°C i opuszczając bęben przenosi pył węglowy powstały w młynie do odpylacza (separatora). Uwolniona od dużych cząstek mieszanina pyłowo-powietrzna opuszcza separator od góry i trafia do odpylacza (cyklonu). W cyklonie pył węglowy jest oddzielany od powietrza i przez zawór dostaje się do zasobnika pyłu węglowego. W separatorze duże cząstki pyłu wypadają i wracają do młyna w celu dalszego mielenia. Do palników kotła podawana jest mieszanka pyłu węglowego i powietrza. Palniki pyłowe są urządzeniami służącymi do dostarczania do komory spalania pyłu węglowego oraz powietrza niezbędnego do jego spalania. Muszą zapewnić całkowite spalanie paliwa, tworząc jednorodną mieszankę powietrza i paliwa. Palenisko nowoczesnych kotłów pyłowych to wysoka komora, której ściany osłonięte są rurami, tzw. ekranami parowo-wodnymi. Zabezpieczają ścianki komory spalania przed przywieraniem do nich żużla powstającego podczas spalania paliwa, a także chronią okładzinę przed szybkim zużyciem na skutek chemicznego działania żużla oraz wysokiej temperatury, jaka powstaje podczas spalania paliwa w palenisku. Ekrany odbierają 10 razy więcej ciepła na metr kwadratowy powierzchni niż pozostałe rurowe powierzchnie grzewcze kotła, które odbierają ciepło spalin głównie dzięki bezpośredniemu kontaktowi z nimi. W komorze spalania pył węglowy zapala się i spala w niosącym go strumieniu gazu. Piece kotłowe spalające paliwa gazowe lub płynne to również komory osłonięte kratami. Mieszanka paliwa i powietrza jest dostarczana do nich przez palniki gazowe lub palniki olejowe. Urządzenie nowoczesnego kotła bębnowego o dużej mocy działającego na miał węglowy jest następujące. Paliwo w postaci pyłu jest wdmuchiwane do paleniska przez palniki wraz z częścią powietrza niezbędnego do spalania. Reszta powietrza jest dostarczana do pieca podgrzanego do temperatury 300-400 °C. W piecu cząstki węgla spalają się w locie, tworząc pochodnię, o temperaturze 1500-1600 °C. Niepalne zanieczyszczenia węgla zamieniają się w popiół, którego większość (80-90%) jest usuwana z paleniska przez gazy spalinowe powstające w wyniku spalania paliwa. Pozostała część popiołu, składająca się z sklejonych ze sobą cząstek żużla, nagromadzonych na rurach sit paleniskowych, a następnie oderwanych od nich, opada na dno paleniska. Następnie jest zbierany w specjalnym szybie znajdującym się pod paleniskiem. Żużel jest w nim schładzany strumieniem zimnej wody, a następnie odprowadzany jest wodą na zewnątrz zespołu kotłowego za pomocą specjalnych urządzeń hydraulicznego systemu odpopielania. Ściany pieca są osłonięte ekranem - rurami, w których krąży woda. Pod wpływem ciepła emitowanego przez płonącą pochodnię częściowo zamienia się w parę. Rury te są podłączone do walczaka kotła, który jest również zasilany wodą podgrzewaną w ekonomizerze. Gdy gazy spalinowe się poruszają, część ich ciepła jest wypromieniowywana do rur osłonowych, a temperatura gazów stopniowo maleje. Na wyjściu z pieca jest 1000-1200°C. Przy dalszym ruchu spaliny na wylocie z pieca stykają się z rurami sit, schładzając się do temperatury 900-950°C. W kanale gazowym kotła umieszczone są rurki wężownic, przez które przepływa para wodna uformowana w rurach osłonowych i oddzielona od wody w korpusie kotła. W wężownicach para otrzymuje dodatkowe ciepło ze spalin i przegrzewa się, czyli jej temperatura staje się wyższa od temperatury wody wrzącej pod tym samym ciśnieniem. Ta część kotła nazywana jest przegrzewaczem. Po przejściu między rurami przegrzewacza spaliny o temperaturze 500-600 ° C wchodzą do części kotła, w której znajdują się rury podgrzewacza wody lub ekonomizera wody. Pompa doprowadza do niego wodę zasilającą o temperaturze 210-240°C. Tak wysoką temperaturę wody osiąga się w specjalnych podgrzewaczach wchodzących w skład turbiny. W ekonomizerze wody woda jest podgrzewana do temperatury wrzenia i wpływa do walczaka kotła. Gazy spalinowe przechodzące między rurami ekonomizera wody nadal się ochładzają, a następnie przechodzą do rur nagrzewnicy powietrza, w których powietrze jest podgrzewane z powodu ciepła wydzielanego przez gazy, którego temperatura jest następnie obniżana do 120 -160°C. Powietrze potrzebne do spalania paliwa dostarczane jest do nagrzewnicy powietrza za pomocą dmuchawy i jest tam podgrzewane do temperatury 300-400°C, po czym trafia do paleniska w celu spalenia paliwa. Spaliny, czyli wychodzące gazy opuszczające nagrzewnicę przechodzą przez specjalne urządzenie - łapacz popiołu - służące do usuwania popiołu. Oczyszczone spaliny są emitowane do atmosfery kominem o wysokości do 200 m przy pomocy oddymiacza. Bęben jest niezbędny w kotłach tego typu. Przez liczne rury wchodzi do niego mieszanina pary i wody z ekranów pieca. W bębnie z tej mieszaniny oddziela się parę wodną, a pozostałą wodę miesza się z wodą zasilającą wpływającą do tego bębna z ekonomizera. Z bębna woda przepływa rurami znajdującymi się na zewnątrz pieca do prefabrykowanych kolektorów, a z nich do rur osłonowych znajdujących się w piecu. W ten sposób zamknięty jest okrężny tor (cyrkulacja) wody w kotłach bębnowych. Ruch wody i mieszaniny wodno-parowej według schematu bęben - rury zewnętrzne - rury sitowe - bęben następuje dzięki temu, że całkowity ciężar kolumny mieszaniny parowo-wodnej wypełniającej rury sitowe jest mniejszy od ciężaru wody kolumna w rurach zewnętrznych. Stwarza to ciśnienie naturalnej cyrkulacji, zapewniając okrężny ruch wody. Kotły parowe sterowane są automatycznie przez liczne regulatory, nad którymi nadzór sprawuje operator. Urządzenia regulują dopływ paliwa, wody i powietrza do kotła, utrzymują stały poziom wody w korpusie kotła, temperaturę pary przegrzanej itp. Urządzenia sterujące pracą zespołu kotłowego i wszystkich jego mechanizmów pomocniczych są skoncentrowane na specjalnym panelu sterowania. Zawiera również urządzenia umożliwiające zdalne wykonywanie zautomatyzowanych operacji z tej osłony: otwieranie i zamykanie wszystkich urządzeń odcinających na rurociągach, uruchamianie i zatrzymywanie poszczególnych mechanizmów pomocniczych, a także uruchamianie i zatrzymywanie całego zespołu kotłowego jako całości. Kotły wodnorurowe opisanego typu mają bardzo istotną wadę: obecność nieporęcznego, ciężkiego i drogiego bębna. Aby się go pozbyć, stworzono kotły parowe bez bębnów. Składają się z układu zakrzywionych rurek, z których jednej strony dostarczana jest woda zasilająca, az drugiej wychodzi para przegrzana o wymaganym ciśnieniu i temperaturze, tj. woda przepływa raz bez obiegu przez wszystkie powierzchnie grzewcze, zanim zamieni się w parę. Takie kotły parowe nazywane są jednorazowymi. Schemat działania takiego kotła jest następujący. Woda zasilająca przepływa przez ekonomizer, następnie wchodzi do dolnej części wężownic, umieszczonych spiralnie na ścianach pieca. Powstała w tych wężownicach mieszanina pary i wody wchodzi do wężownicy znajdującej się w czopie kotła, gdzie kończy się przemiana wody w parę. Ta część kotła jednorazowego użytku nazywana jest strefą przejściową. Następnie para wchodzi do przegrzewacza. Po wyjściu z przegrzewacza para kierowana jest do konsumenta. Powietrze potrzebne do spalania jest podgrzewane w nagrzewnicy powietrza. Kotły jednoprzejściowe pozwalają uzyskać parę o ciśnieniu ponad 200 atmosfer, co jest niemożliwe w kotłach bębnowych. Powstała przegrzana para, która ma wysokie ciśnienie (100-140 atmosfer) i wysoką temperaturę (500-580 ° C), jest zdolna do rozszerzania się i wykonywania pracy. Para ta transportowana jest głównymi rurociągami parowymi do maszynowni, w której zainstalowane są turbiny parowe. W turbinach parowych energia potencjalna pary jest zamieniana na energię mechaniczną obrotu wirnika turbiny parowej. Z kolei wirnik jest połączony z wirnikiem generatora elektrycznego. Zasada działania i urządzenie turbiny parowej zostały omówione w artykule „Turbina elektryczna”, więc nie będziemy się nad nimi szczegółowo rozwodzić. Turbina parowa będzie tym bardziej ekonomiczna, tzn. im mniej ciepła zużyje na każdą wytworzoną przez nią kilowatogodzinę, tym niższe będzie ciśnienie pary opuszczającej turbinę. W tym celu para opuszczająca turbinę nie jest kierowana do atmosfery, ale do specjalnego urządzenia zwanego skraplaczem, w którym utrzymywane jest bardzo niskie ciśnienie, zaledwie 0,03-0,04 atmosfery. Osiąga się to poprzez obniżenie temperatury pary poprzez schłodzenie jej wodą. Temperatura pary przy tym ciśnieniu wynosi 24-29°C. W skraplaczu para oddaje swoje ciepło wodzie chłodzącej i jednocześnie skrapla się, czyli zamienia się w wodę - kondensat. Temperatura pary w skraplaczu zależy od temperatury wody chłodzącej i ilości tej wody zużywanej na każdy kilogram skroplonej pary. Woda używana do skraplania pary wpływa do skraplacza w temperaturze 10-15°C i opuszcza go w temperaturze około 20-25°C. Zużycie wody chłodzącej sięga 50-100 kg na 1 kg pary. Skraplacz to cylindryczny bęben z dwoma zaślepkami. Na obu końcach bębna zainstalowane są metalowe tablice, w których zamocowana jest duża liczba mosiężnych rurek. Woda chłodząca przepływa przez te rury. Pomiędzy rurami, opływając je od góry do dołu, przepływa para z turbiny. Kondensat powstający podczas skraplania pary wodnej jest usuwany od dołu. Podczas skraplania pary duże znaczenie ma przenoszenie ciepła z pary na ścianki rur, przez które przepływa woda chłodząca. Jeśli w parze znajduje się nawet niewielka ilość powietrza, wówczas przenoszenie ciepła z pary do ścianki rury gwałtownie się pogarsza; wielkość ciśnienia, które będzie musiało być utrzymane w skraplaczu, będzie również zależeć od tego. Powietrze, które nieuchronnie dostaje się do skraplacza wraz z parą i przez nieszczelności, musi być stale usuwane. Odbywa się to za pomocą specjalnego urządzenia - wyrzutnika pary. Do chłodzenia w skraplaczu pary, która wytworzyła się w turbinie, wykorzystywana jest woda z rzeki, jeziora, stawu lub morza. Zużycie wody chłodzącej w elektrowniach dużej mocy jest bardzo duże i np. dla elektrowni o mocy 1 mln kW wynosi około 40 m3/s. Jeśli woda jest pobierana z rzeki w celu schłodzenia pary w skraplaczach, a następnie podgrzana w skraplaczu wraca do rzeki, wówczas taki system zaopatrzenia w wodę nazywa się jednorazowym. Jeśli w rzece nie ma wystarczającej ilości wody, buduje się tamę i tworzy staw, z którego jednego końca pobierana jest woda do chłodzenia skraplacza, a podgrzana woda jest odprowadzana na drugi koniec. Czasami do schłodzenia wody nagrzanej w skraplaczu stosuje się sztuczne chłodnice - wieże chłodnicze, które są wieżami o wysokości około 50 m. Woda ogrzana w skraplaczach turbiny doprowadzana jest do tac znajdujących się w tej wieży na wysokości 6-9 m. Wypływając strumieniami przez otwory tac i rozpryskując się w postaci kropel lub cienkiej warstwy, woda przepływa w dół, częściowo odparowując i ochładzając się. Schłodzona woda zbiera się w basenie, skąd jest pompowana do skraplaczy. Taki system zaopatrzenia w wodę nazywa się zamkniętym. Zbadaliśmy główne urządzenia służące do przetwarzania energii chemicznej paliwa na energię elektryczną w elektrociepłowni z turbiną parową. Działanie elektrowni węglowej wygląda następująco. Węgiel jest podawany szerokotorowymi pociągami kolejowymi do urządzenia rozładunkowego, gdzie za pomocą specjalnych mechanizmów rozładunkowych - wywrotek samochodowych - jest wyładowywany z wagonów na przenośniki taśmowe. Zapas paliwa w kotłowni tworzony jest w specjalnych zbiornikach magazynowych – bunkrach. Z bunkrów węgiel trafia do młyna, gdzie jest suszony i mielony do stanu sproszkowanego. Do paleniska kotła podawana jest mieszanina miału węglowego i powietrza. Podczas spalania pyłu węglowego powstają gazy spalinowe. Po schłodzeniu gazy przechodzą przez łapacz popiołu i oczyszczone w nim z popiołu lotnego są wyrzucane do komina. Żużle i popioły lotne z kolektorów popiołu, które wypadły z komory spalania, są transportowane kanałami wodnymi, a następnie pompowane na hałdę popiołu. Powietrze do spalania dostarczane jest przez wentylator do nagrzewnicy powietrza kotła. Otrzymana w kotle para przegrzana o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze podawana jest rurociągami parowymi do turbiny parowej, gdzie rozpręża się do bardzo niskiego ciśnienia i trafia do skraplacza. Kondensat powstający w skraplaczu jest pobierany przez pompę kondensatu i doprowadzany przez nagrzewnicę do odgazowywacza. Odgazowywacz usuwa powietrze i gazy z kondensatu. Surowa woda, która przeszła przez urządzenie do uzdatniania wody, wchodzi również do odgazowywacza, aby uzupełnić utratę pary i kondensatu. Ze zbiornika zasilającego odgazowywacza woda zasilająca pompowana jest do ekonomizera wody kotła parowego. Woda do chłodzenia pary odlotowej pobierana jest z rzeki i pompą obiegową kierowana do skraplacza turbiny. Energia elektryczna generowana przez generator podłączony do turbiny jest kierowana przez transformatory elektryczne podwyższające napięcie przez linie wysokiego napięcia do konsumenta. Moc nowoczesnych elektrowni cieplnych może osiągnąć 6000 megawatów lub więcej przy sprawności do 40%. Elektrownie cieplne mogą również wykorzystywać turbiny gazowe na gaz ziemny lub paliwo płynne. Elektrownie z turbiną gazową (GTPP) są wykorzystywane do pokrywania szczytowych obciążeń elektrycznych. Istnieją również elektrownie o cyklu kombinowanym, w których elektrownia składa się z turbin parowych i zespołów turbin gazowych. Ich skuteczność sięga 43%. Zaletą elektrowni cieplnych w porównaniu z elektrowniami wodnymi jest to, że można je budować w dowolnym miejscu, przybliżając je do konsumenta. Działają na prawie wszystkich rodzajach paliw kopalnych, dzięki czemu można je dostosować do rodzaju dostępnego w okolicy. W połowie lat 70-tych XX wieku. udział energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach cieplnych wynosił około 75% całkowitej produkcji. W ZSRR i USA był jeszcze wyższy - 80%. Główną wadą elektrowni cieplnych jest wysoki stopień zanieczyszczenia środowiska dwutlenkiem węgla, a także duży obszar zajmowany przez hałdy popiołów. Autor: Pristinsky V.L.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Tkanka chrzęstna w stawach nie jest aktualizowana przez całe życie ▪ Łączność satelitarna w paśmie 300 GHz
▪ sekcja serwisu Dla początkującego radioamatora. Wybór artykułu ▪ artykuł Jean Léron d'Alembert. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Co to jest hel? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Ostropest plamisty. Legendy, uprawa, metody aplikacji
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony