Градирня ТЭЦ

Градирня ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) играет важную роль в процессе охлаждения воды, используемой для конденсации пара в турбинах. Она представляет собой высокую башню, где горячая вода, поступающая из конденсаторов, распыляется и охлаждается за счет естественной или принудительной циркуляции воздуха. Это позволяет повторно использовать воду в цикле, снижая потребление свежих водных ресурсов и минимизируя тепловое загрязнение окружающей среды. Эффективная работа градирни ТЭЦ способствует повышению общей эффективности энергетического производства и снижению экологического воздействия.

История возникновения ТЭЦ

В XIX веке электричество плотно вошло в мировую цивилизацию, и жизнь человека кардинально изменилась как в промышленной деятельности, так и на бытовом уровне.

Глобальная эпоха электричества в России началась после становления советской власти, которой надо отдать должное в развитии энергетики по стране в целом. Электрификация молодой Страны Советов являлась самой приоритетной задачей правительства рабочего пролетариата и крестьян. Страна нуждалась в подъёме промышленности и сельскохозяйственного комплекса, развить которые было невозможно без новых технологий, применяемых в капиталистических странах с использованием электричества и пара.

В связи с этим вначале 1920 года была создана Госкомиссия, план которой назывался ГОЭЛРО - Государственный план электрификации России, ставший первым перспективным документом развития экономики Социалистических Республик.

Электрические сети развивались такими темпами, что уже через шесть лет достигнута половина программы, а ещё через пятилетку производство электроэнергии поднялось в разы. Энергетическая промышленность Советского Союза шагнула на уровень мировых лидеров и была в первой тройке с Соединенными Штатами Америки и Германским государством. Вывести из экономического кризиса страну без развития энергетики за полтора десятка лет до уровня самых развитых держав планеты не смог бы никакой экономический стратег.

Для реализации программы ГОЭЛРО необходимо было строительство дополнительных специальных станций, которые должны были производить электрическую энергию и пар. Впоследствии такие станции получили название теплоэлектроцентраль или сокращённо – ТЭЦ.

Интернет, освещение и отопление, горячая вода, транспорт, производства и даже зарядка аккумуляторов телефона, компьютера, планшета работают благодаря электричеству. Практически всё, что окружает нас сегодня в большом городе, требует электроэнергии и её потребление постоянно растет. В 1900 году оно составляло до 12 000 ТВтч в год, а через 100 лет выросло до 108 000 ТВтч. Еще через 20 лет эта цифра увеличилась до 160 000 ТВтч!

Работа ТЭЦ заключается в выработке пара и преобразовании его энергии в электрическую. Происходит это следующим образом:

Газ (уголь или мазут), сгорающий в специальных камерах огромных котлов, выделяет большое количество тепла, которое передаётся специально очищенной воде, а та, в свою очередь, преобразуется в пар с высокими температурой и давлением. Обладающий огромным потенциалом водяной пар направляется к множеству сопел, на выходе из которых он приобретает кинетическую энергию. Такое превращение происходит при переходе газа с высоким давлением в среду с меньшим давлением. Затем пар воздействует на криволинейные лопатки ротора турбины, который вращается, совершая механическую работу.

Но это ещё не всё, на что способен нагретый в котлах пар. Поскольку на выходе из турбины он всё ещё обладает достаточно высокой энергией, то основная часть его используется для нагрева сетей, которые и создают благоприятные условия для проживания в наших квартирах.

Такая работа пара является основным принципиальным циклом для выработки электричества и тепла. Чтобы такой цикл повторить снова и снова, пару необходимо постоянно обладать достаточной энергией. Поэтому его обращают в жидкость, которую направляют в нагревательные котлы.

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.

Устройство и принцип работы ТЭЦ

Работа ТЭЦ заключается в выработке пара и преобразовании его энергии в электрическую.

Начинается всё с топлива. На большинстве современных ТЭЦ используется природный газ - это самое экологически чистое топливо, при его сгорании не образуются ни сажа, ни зола, ни копоть.

Газ поступает на города прямо с газовых месторождений, по большим магистральным трубам. По трубам меньшего диаметра газ поступает на ТЭЦ и направляется в паровой котёл. Это устройство огромно – оно сравнимо с 12-этажным домом!

Раскаленный газ устремляется по газоходу и нагревает воду, проходящую по сложно изогнутым трубкам. Чтобы газ работал эффективнее, в котле стоят большие вентиляторы, которые нагнетают в котел воздух и откачивают продукты сгорания, дым.

Часть несгоревшего газа направляется обратно в топку для повторного сжигания, а часть через дымовую трубу выводится наружу. При этом загрязнения воздуха не происходит – в атмосферу дым поступает только после сложной системы очистки.

Сгорев в паровом котле, газ передает тепло воде и превращает её в пар. Этот процесс можно сравнить с чайником, только давление пара здесь достигает 240 атмосфер, а температура доходит до 545 градусов Цельсия. Из котла пар направляется в паровую турбину.

Высота пламени в топке котла может быть более 15 метров! Для сравнения – это высота пятиэтажки.

Паровая турбина - это тепловой двигатель, в котором энергия пара превращается в механическую энергию.

Пар поступает внутрь турбины и начинает вращать лопатки со скоростью 3000 оборотов в минуту, высвобождая энергию в 1 000 000 лошадиных сил. Его энергия приводит в движение ротор турбины, который соединен с валом электрогенератора. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Происходит это следующим образом. Турбина вращает магнитное поле ротора генератора, создавая в обмотках статора переменный электрический ток. Осталось только распределить электрическую энергию, направив её конечному потребителю - в дома, офисы, метро, заводы.

Но это ещё не всё, на что способен нагретый в котлах пар. Поскольку на выходе из турбины он всё ещё обладает достаточно высокой энергией, то основная часть его используется для нагрева сетей, которые создают благоприятные условия для проживания в наших квартирах и работы в самых разных помещениях.

Часть пара из турбины направляется в специальные водонагреватели, которые подогревают сетевую воду до 110 °C.

Если же на улице очень низкая температура, то на станции включаются в работу специальные водогрейные котлы и повышают температуру воды до 135 °C. Дальше сетевая вода направляется в тепловые пункты. Там она смешивается с водой, пришедшей из наших домов, происходит теплообмен. Отдавшая свое тепло сетевая вода возвращается обратно на ТЭЦ.

Но куда же направляется отработанный в турбине пар?

После того как пар передал свою энергию ротору турбины, его направляют в специальное устройство, которое называется конденсатором. Внутри конденсатора по замкнутому контуру непрерывно циркулирует холодная вода, которая охлаждает поступивший пар и превращает его в конденсат.

И именно на градирнях охлаждается эта вода. Конденсат — это очень чистая жидкость, в которой нет никаких химических примесей. Очень важно, чтобы здесь не было накипи.

Конденсат освобождают от воздуха и нагревают. Только после этого он опять попадает в котёл. Получается, что вода на ТЭЦ движется по кругу.

В идеале данная система замкнутая, но полностью избежать утечки пара и конденсата всё-таки не удаётся. Для восполнения потерь воду берут из ближайших водоёмов. Её специально очищают от всех примесей на специальных установках водоподготовки. В котёл поступает вода почти такого же качества, как та, что используется, например, для изготовления лекарств.

Такая работа пара является основным принципиальным циклом для выработки электричества и тепла. Чтобы такой цикл повторить снова и снова, пару необходимо постоянно обладать достаточной энергией. Поэтому его обращают в жидкость, которую направляют в нагревательные котлы.

Сооружения комплекса теплоэлектроцентрали

ТЭЦ представляет собой производственный объект, состоящий из основных и вспомогательных сооружений.

1. 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

2. 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)

3. Градирню ставят с бока постоянного фронтона турбоотделения на таком промежутке от распределителя, чтобы на него не действовали пары

4. Отсек подогрева воды ставят перпендикулярно или параллельно основному зданию

5. 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, как правило, строят подъездную дорогу — железнодорожные рельсы. Их ответвления идут ко всем зданиям на участке.

Технологическая схема работы включает процессы:

• разгрузка
• складирование топлива
• подача к топке сжигание и получение пара применение пара для оборотов турбин, производства электричества
• отбор пара для отопления и подогрева поставка потребителям энергоносителей горячей воды
• трансформация электрической энергии
• передача ее потребителям

Конечный продукт — тепловая энергия и электричество.

Виды ТЭЦ

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.

Для чего нужны градирни на ТЭЦ?

Обращение из парообразного состояния в жидкое происходит в конденсаторных установках путём понижения давления и уменьшения температуры. Существует два основных типа таких устройств:

• смешивающие
• поверхностные

В настоящее время практически на всех ТЭЦ используются поверхностные конденсаторы, т.к. они обладают рядом существенных преимуществ перед смешивающими. Оборотная вода, поступающая на градирни, идет как раз для охлаждения этих аппаратов.

Поверхностный конденсатор с водяным охлаждением имеет следующую общую схему:

Через горловину 4 пар после турбинной установки попадает в аппарат, где после контакта с трубками 2 конденсируется и превращается в жидкость. Конденсат скапливается внизу и из патрубка 5 откачивается для подачи в водогрейные котлы. В трубках же используется вода, которая как раз и охлаждается на градирнях. На рисунке вода подается через патрубок 1 и, пройдя по трубкам и сменив направление, возвращается в водооборотный цикл через патрубок 3.

Кроме этого на конденсаторе устанавливается патрубок для удаления попавшего в  аппарат воздух. Специальным насосом он отсасывается вместе с небольшим количеством не успевшего сконденсироваться пара.

Таким образом, градирни на ТЭЦ служат для охлаждения конденсаторов, которые выполняют 2 главных функции:

• поддерживают необходимый уровень разрежения (вакуума) у выпускного патрубка турбины
• превращают поступающий из турбины пар в жидкость, которая возвращается обратно в паровые котлы

Что же происходит, если градирни не справляются со своей задачей и не дают необходимого охлаждения?

В этом случае снижается вакуум в конденсаторах, что ведет к снижению конденсации пара. Учитывая, что вода для паровых котлов должна быть подготовлена определенным образом, обессолена, не содержать других примесей, то её восполнение обходится довольно дорого. Это постоянные затраты.

Кроме того, возрастают разовые затраты на ремонт турбин, требуется замена большего количества лопаток, происходит ускорение коррозии.

Вот почему даже большие разовые затраты на модернизацию градирен выгоднее, чем компенсация потерь от их неэффективной работы.

На самой градирне происходит следующий цикл. Забрав определённое количество тепла от конденсатора, нагретая вода по водной магистрали направляется обратно в охладительную башню, но уже в водораспределительную систему. Здесь, через специальные водоразбрызгивающие сопла, обеспечивается равномерное её распределение по всей поперечной площади, обильным ливнем орошается слой, состоящий из блоков оросителя. Ороситель обеспечивает основное охлаждение жидкости до оптимальной температуры путём замедления стекания, образования тонкой водяной плёнки и мелких капель, которые, в свою очередь, обдуваются потоком воздуха. Воздушный поток образуется за счёт конусной формы охладительного сооружения, разности температур и давлений внутри и снаружи (иными словами – эффект вытяжной трубы) в башенной градирне, и за счет работы вентустановки в вентиляторной градирне. При таком процессе вода остывает и частично, в виде тёплой паровоздушной смеси, уносится в атмосферу. Основной охлажденный объем попадает в водосборный бассейн и насосами по трубопроводам вновь подаётся в конденсаторы.

При обычной нагрузке ТЭЦ, одна установка охлаждает свыше 10 000 м³/час. Можно себе представить, какое её количество уносится в атмосферу. Для испарительных градирен это значение составляет до 2%. К сожалению, этот процесс неизбежен. Но прогресс не стоит на месте, и найдено эффективное решение для уменьшения потерь при охлаждении – это водоуловитель. Благодаря специально разработанной конструкции, он создаёт небольшое препятствие, в котором пар обращается в крупные капли, а те, в свою очередь, под воздействием силы тяжести, падают в водосборный бассейн. Таким образом, применение водоуловителя в открытых охлаждающих установках позволяет сократить капельный унос до 0,01-0,02 % от общего объёма. Это не исключает потерь на испарение, но все же снижает безвозвратные потери в оборотном цикле и позволяет экономить средства на подпитку.

Что же касается эффективности работы градирни, то во многом она зависит от оросительного устройства. Особенно это важно в башенных градирнях, чаще всего используемых на ТЭЦ, где поток воздуха не может регулироваться работой вентилятора.

Ранее чаще всего использовались оросители из деревянных или асбестоцементных щитов. Но с развитием технологий производители перешли на полимерные материалы. Сейчас это чаще всего полипропилен или полиэтилен низкого давления. Поменялась и конструкция блоков – вместо набора плоских пластин появилась более сложная, но развитая по площади структура. Это позволило уменьшить их размер и себестоимость. Кроме того, блоки стали значительно проще в монтаже.

Наиболее эффективными стали оросители капельно-пленочного типа. Они и получили наибольшее распространение на всех видах градирен. Более подробно можно прочитать в другой нашей статье.    

ООО «НПО «Агростройсервис» обладает технологиями производства современных, высокотехнологичных и эффективных элементов градирен, которые позволяют не только повысить производственные показатели, но и значительно уменьшить воздействия неблагоприятных факторов на окружающую среду.

Строительство новых вентиляторных или реконструкция существующей градирни ТЭЦ позволяют рационально использовать водные ресурсы без ущерба окружающей среде, при этом значительно снизить потребление топлива для производства тепловой и электрической энергии.

Эффективное и экономное использование природных ресурсов неизбежно влечёт за собой снижение вредных выбросов в окружающую среду.

Мы знаем, как сохранить природу! Мы чистим планету!

Заказать градирню на ваше производство вы можете по телефону 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40 или воспользоваться кнопкой ниже.