Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

Энергию, скрытую в органическом топливе — угле, нефти или природном газе, невозможно сразу получить в виде электричества. Топливо сначала сжигают. Выделившееся тепло нагревает воду, превращает ее в пар. Пар вращает турбину, а та, в свою очередь, электрический генератор, который генерирует, вырабатывает электрический ток.

Весь этот сложный, многоступенчатый процесс имеет место на тепловой электрической станции (ТЭС), оборудованной энергетическими машинами, преобразующими энергию., скрытую в органическом топливе (горючих сланцах, угле, нефти и продуктах ее переработки, природном газе), в электрическую энергию. Основные части станции — котельная установка, паровая турбина и электрогенератор. В этой цепочке важное место занимает котельная установка — комплекс устройств для получения водяного пара под давлением.

Котельная установка состоит из топки, в которой сжигается органическое топливо, топочного пространства, по которому продукты горения проходят в дымовую трубу, и парового котла, в котором кипит вода. Часть котла, которая во время нагрева соприкасается с пламенем, называется поверхностью нагрева. Производительность котла измеряется количеством воды, которую он способен испарить в течение 1 ч при определенной температуре и давлении.

Котлы бывают 3 типов: дымогарные, водотрубные и прямоточные. Внутри д ы м о г а р -ных котлов помещен ряд трубок, по которым продукты горения проходят в дымовую трубу. Такие котлы раньше делали для паровозов. Многочисленные дымогарные трубки имеют огромную поверхность нагрева, вследствие чего в них хорошо используется энергия топлива. Вода в этих котлах находится между дымогарными трубками.

В водотрубных котлах — все наоборот: по трубкам пускается вода, а между трубками горячие газы. Основные части котла — топка, кипятильные трубки, паровой котел и пароперегреватель. В кипятильных трубках идет процесс парообразования. Образующийся в них пар поступает в паровой котел, где и собирается в верхней части над кипящей водой. Из парового котла пар проходит в пароперегреватель, где дополнительно нагревается. Топливо в этом котле забрасывается через дверцу, а воздух, необходимый для горения топлива, подается через другую дверцу в поддувало. Горячие газы поднимаются верх и, огибая перегородки, проходят путь, указанный на рисунке.

В прямоточных котдах воду нагревают в длинных трубах, изготовленных в виде змеевиков. Вода подается в змеевики котла насосом. Проходя через змеевик, вода полностью испаряется, а образовавшийся пар перегревается до требуемой температуры и, таким образом, в готовом виде выходит из змеевиков.

Котельные установки, работающие с промежуточным перегревом пара, являются составной частью установки, называемой энергоблоком   «котел — турбина».

В перспективе, например, для использования угля Канско-Ачинского бассейна будут сооружены крупные тепловые электростанции мощностью до 6400 МВт с энергетическими блоками по 800 МВт, где котельные установки будут обладать производительностью 2650 т пара в 1 ч с температурой до 565°С и давлением 25 МПа.

Котельная установка вырабатывает пар высокого давления, который идет в паровую турбину — главный двигатель тепловой электрической станции. В турбине пар расширяется, давление его падает, а скрытая энергия преобразуется  в  механическую.   Паровая  турбина вращает генератор, вырабатывающий электрический ток.

В крупных городах чаще всего строят теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а в районах с дешевым топливом — конденсационные    электростанции    (КЭС).

ТЭЦ — это тепловая электростанция, которая отпускает потребителю не только электрическую энергию, но и тепло в виде горячей воды и пара.

Пар, покидающий паровую турбину, содержит в себе еще много тепловой энергии. На ТЭЦ это тепло используют двояко: либо пар после турбины направляется потребителю и обратно на станцию не возвращается, либо он передает тепло в теплообменнике воде, которая направляется потребителю, а пар возвращается обратно в систему. Вот почему ТЭЦ имеет   высокий   кпд,   достигающий   50—60%.

Различают ТЭЦ отопительного и промышленного типа. Отопительные ТЭЦ обогревают жилые и общественные здания и снабжают их горячей водой, промышленные — снабжают  теплом   исключительно  промышленные предприятия. Передача пара от ТЭЦ осуществляется на расстояния до нескольких километров, а передача горячей воды — до 30 и более километров. Вследствие этого теплоэлектроцентраль строится неподалеку от крупных городов.

Огромное количество тепловой энергии направляется на теплофикацию или централизованное снабжение теплом наших квартир, школ, учреждений.

До Октябрьской революции централизованного снабжения домов теплом не было. Обыкновенная печь, в которой сжигалось много дров и угля, была тогда основным источником тепла в каждом доме. Теплофикация в нашей стране началась в первые годы Советской власти, когда по плану ГОЭЛРО приступили к строительству крупных тепловых электрических станций.

За  последние годы  развитие теплофикации в нашей стране шло особенно быстро. Суммарная мощность ТЭЦ к 1980 г. достигла примерно 50 млн. кВт.

Но основная доля электроэнергии, которую вырабатывают тепловые электростанции, приходится на конденсационные электростанции .(КЭС). В нашей стране КЭС чаще называются государственными районными электрическими станциями (ГРЭС).

В отличие от ТЭЦ, где тепло отработавшего в турбине пара используется для отопления жилых и производственных зданий, на КЭС отработавший в двигателях (паровых машинах, турбинах) пар превращается конденсаторами в воду (конденсат), направляемую обратно в котлы для повторного использования. КЭС сооружаются непосредственно у источников водоснабжения: у озера, реки, моря. Теплота, выводимая из электростанции с охлаждающей водой, безвозвратно теряется. Кпд КЭС не превышает 35—42%.

На высокую эстакаду день и ночь пр строгому графику подают вагоны с мелко раздробленным углем. Особый разгрузчик опрокидывает вагоны, и топливо ссыпается в бункер. Мельницы тщательно размалывают его в топливный порошок, и он вместе с воздухом влетает в топку парового котла. Языки ревущего пламени плотно охватывают пучки трубок, вода в которых закипает. Образуется водяной пар. По трубам — паропроводам — пар направляется к турбине и через сопла стремительными струями бьет в лопатки ротора турбины. Отдав энергию ротору, отработавший пар идет «своим ходом» в конденсатор, охлаждается и снова становится водой. Насосы подхватывают ее и подают обратно в котел. А энергия продолжает свое движение от ротора турбины к ротору генератора. В генераторе происходит ее последнее превращение: она становится электричеством. На этом и заканчивается энергетическая цепочка КЭС.

Наибольший вклад, а именно 80% от всей электроэнергии, производимой в нашей стране, дают тепловые электростанции.

В отличие от ГЭС тепловые электростанции можно построить в любом месте, тем самым приблизить источники получения электроэнергии к потребителю и расположить тепловые электростанции равномерно по территории страны или экономического района.

Преимущество тепловых электростанций еще и в том, что они работают практически на всех видах органического топлива — различных углях, сланцах, жидком топливе и природном газе (см. Газ природный).

Завершается сооружение таких тепловых электростанций, как Запорожская, Углегорская, Костромская, Березовская, Экибастузская № 1 и   др..

Мощность современных тепловых электростанций 3000—6000 МВт и более.

Наша страна — пионер строительства тепловых электростанций, энергию которым дает атомный реактор (см. Атомная электростанция).