Per far bruciare meglio il gas, nelle caldaie sono installati meccanismi di tiraggio. L'aria viene fornita alla caldaia, che funge da agente ossidante nel processo di combustione del gas. Per ridurre il livello di rumore, i meccanismi sono dotati di silenziatori. I gas di combustione formatisi durante la combustione del combustibile vengono scaricati nel camino e dispersi nell'atmosfera.

Il gas caldo percorre la canna fumaria e riscalda l'acqua che passa attraverso gli appositi tubi della caldaia. Una volta riscaldata, l'acqua si trasforma in vapore surriscaldato, che entra nella turbina a vapore. Il vapore entra nella turbina e inizia a far ruotare le pale della turbina, che sono collegate al rotore del generatore. L'energia del vapore viene convertita in energia meccanica. Nel generatore, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica, il rotore continua a ruotare, creando una corrente elettrica alternata negli avvolgimenti dello statore.

Attraverso un trasformatore step-up e una sottostazione del trasformatore step-down, l'elettricità viene fornita ai consumatori attraverso le linee elettriche. Il vapore scaricato nella turbina viene inviato al condensatore, dove si trasforma in acqua e ritorna alla caldaia. Nella centrale termoelettrica l'acqua si muove in cerchio. Le torri di raffreddamento sono progettate per raffreddare l'acqua. Il CHP utilizza ventilatori e torri di raffreddamento. L'acqua nelle torri di raffreddamento viene raffreddata dall'aria atmosferica. Di conseguenza, viene rilasciato vapore, che vediamo sotto forma di nuvole sopra la torre di raffreddamento. L'acqua nelle torri di raffreddamento sale sotto pressione e cade come una cascata nella camera anteriore, da dove rifluisce nel cogeneratore. Per ridurre il trascinamento di goccioline, le torri di raffreddamento sono dotate di trappole d'acqua.

L'approvvigionamento idrico è fornito dal fiume Moscova. Nell'edificio di trattamento chimico dell'acqua, l'acqua viene purificata dalle impurità meccaniche ed entra nei gruppi filtranti. In alcuni di essi viene preparato al livello dell'acqua purificata per alimentare l'impianto di riscaldamento, in altri al livello dell'acqua demineralizzata e va ad alimentare le unità di potenza.

È chiuso anche il ciclo utilizzato per la fornitura di acqua calda e teleriscaldamento. Parte del vapore proveniente dalla turbina a vapore viene inviata agli scaldacqua. Inoltre, l'acqua calda viene inviata ai punti di riscaldamento, dove il calore viene scambiato con l'acqua proveniente dalle case.

Gli specialisti di alto livello di Mosenergo supportano il processo di produzione 24 ore su 24, fornendo elettricità e calore all'enorme metropoli.

Come funziona una centralina a ciclo combinato

Sito dell'IA. Centrale termica (centrale termoelettrica) - una centrale elettrica che genera energia elettrica convertendo l'energia chimica del combustibile in energia meccanica di rotazione dell'albero del generatore elettrico.

Il carbone viene trasportato (14) dal pozzo esterno e macinato in una polvere molto fine da grandi sfere metalliche in un mulino (16).

Lì si mescola con l'aria preriscaldata (24) forzata dal ventilatore (20).

La miscela aria calda-carburante entra con la forza, ad alta pressione, nella caldaia, dove si accende rapidamente.

L'acqua entra verticalmente lungo le pareti tubolari della caldaia, dove si trasforma in vapore ed entra nel corpo caldaia (17), nel quale il vapore viene separato dall'acqua rimanente.

Il vapore passa attraverso un collettore nel coperchio del fusto fino al riscaldatore pendente (19), dove la pressione e la temperatura aumentano rapidamente fino a 200 bar e 570°C, abbastanza da far brillare le pareti del tubo di un rosso opaco.

Il vapore entra quindi nella turbina ad alta pressione (11), la prima delle tre nel processo di generazione di energia.

La valvola di controllo dell'erogazione del vapore (10) fornisce sia il controllo manuale della turbina che il controllo automatico in base ai parametri specificati.

Il vapore viene scaricato dalla turbina ad alta pressione sia con diminuzione di pressione che di temperatura, dopodiché viene restituito per il riscaldamento al surriscaldatore intermedio (21) della caldaia.

Le centrali termoelettriche sono il principale tipo di centrali elettriche in Russia, la quota di elettricità da esse generata era del 67% nel 2000.

Nei paesi industrializzati questa cifra raggiunge l’80%.

L'energia termica nelle centrali termoelettriche viene utilizzata per riscaldare l'acqua e produrre vapore - nelle centrali con turbine a vapore o per produrre gas caldi - in quelle con turbine a gas.

Per produrre calore, i combustibili fossili vengono bruciati nelle caldaie dei TPP.

Come combustibile vengono utilizzati carbone, torba, gas naturale, olio combustibile, scisti bituminosi.

1. Centrali elettriche a turbina e caldaia

1.1. Centrali elettriche a condensazione (CES, storicamente chiamata GRES - centrale statale regionale)

1.2 Centrali di cogenerazione (centrali di cogenerazione, centrali termiche)

2. Centrali elettriche con turbine a gas

3. Centrali elettriche basate su impianti a ciclo combinato

4.Centrali elettriche basate su motori a pistoni

5. Ciclo combinato

Facciamo un giro al CHP-2 di Cheboksary, vediamo come vengono generati l'elettricità e il calore:

Lascia che ti ricordi, a proposito, che il tubo è l'edificio industriale più alto di Cheboksary. Già 250 metri!

Cominciamo con questioni generali, che includono principalmente la sicurezza.
Naturalmente, una centrale termica, come una centrale idroelettrica, è un'impresa sicura e semplicemente non la lasciano andare lì.
E se ti fanno entrare, anche durante un'escursione, devi comunque seguire un briefing sulla sicurezza:

Ebbene questa per noi non è una novità (così come il CHPP in sé non è una novità, ci ho lavorato 30 anni fa;)).
Sì, un altro duro avvertimento, non posso andare oltre:

Tecnologia

La principale sostanza di lavoro in tutte le centrali termoelettriche è, stranamente, l'acqua.
Perché si trasforma facilmente in vapore e viceversa.
La tecnologia è la stessa per tutti: serve vapore che farà ruotare la turbina. Un generatore è posto sull'asse della turbina.
Nelle centrali nucleari, l’acqua viene riscaldata dal rilascio di calore derivante dal decadimento del combustibile radioattivo.
E in quello termico, a causa della combustione di gas, olio combustibile e persino, fino a poco tempo fa, carbone.

Dove mettere il vapore di scarico? Tuttavia, di nuovo in acqua e di nuovo nel calderone!
E dove mettere il calore dei vapori di scarico? Sì, per riscaldare l'acqua che entra nella caldaia - per aumentare l'efficienza dell'intero impianto nel suo insieme.
E per riscaldare l'acqua nell'impianto di riscaldamento e idraulico (acqua calda)!
Quindi durante la stagione di riscaldamento dalla centrale termica si ottiene un doppio vantaggio: elettricità e calore. Di conseguenza, tale produzione combinata è chiamata CHP (impianto combinato di calore ed elettricità).

Ma in estate non è possibile utilizzare tutto il calore in modo utile, quindi il vapore in uscita dalla turbina viene raffreddato, trasformandosi in acqua, in torri di raffreddamento, dopodiché l'acqua ritorna in un ciclo produttivo chiuso. E nelle calde vasche delle torri di raffreddamento vengono allevati anche i pesci;)

Per non usurare le reti di riscaldamento e la caldaia, l'acqua viene sottoposta a una formazione speciale nell'officina chimica:

E le pompe di circolazione spingono l'acqua attorno all'intero circolo vizioso:

Le nostre caldaie possono funzionare sia a gas (tubi gialli) che a gasolio (tubi neri). Dal 1994 lavorano sul gas. Sì, abbiamo 5 caldaie!
I bruciatori necessitano di alimentazione d'aria per la combustione (tubi blu).
L'acqua bolle e il vapore (linee del vapore rosse) passa attraverso speciali scambiatori di calore: surriscaldatori, che aumentano la temperatura del vapore a 565 gradi e la pressione, rispettivamente, a 130 atmosfere. Questa non è una pentola a pressione in cucina! Un piccolo foro nella linea del vapore provocherà un grosso incidente; un sottile getto di vapore surriscaldato taglia il metallo come se fosse burro!

E ora tale vapore è già fornito alle turbine (nelle grandi stazioni, più caldaie possono funzionare su un collettore di vapore comune, da cui vengono alimentate diverse turbine).

Nel reparto caldaie c'è sempre rumore, perché la combustione e l'ebollizione sono processi molto violenti.
E le caldaie stesse (TGME-464) sono strutture grandiose alte quanto un edificio di venti piani, e possono essere mostrate nella loro interezza solo in un panorama di tanti fotogrammi:

Un'altra vista del seminterrato:

Il pannello di controllo della caldaia si presenta così:

Sulla parete di fondo è presente uno schema mnemonico dell'intero processo con spie luminose che indicano lo stato delle valvole, dispositivi classici con registratori su carta, display di allarme e altri indicatori.
E sul telecomando stesso, i pulsanti e i tasti classici sono adiacenti al display di un computer su cui gira il sistema di controllo (SCADA). Sono inoltre presenti gli interruttori più importanti protetti da carter rossi: "Arresto caldaia" e "Valvola vapore principale" (GPZ):

Turbine

Abbiamo 4 turbine.
Hanno un design molto complesso per non perdere minimamente l'energia cinetica del vapore surriscaldato.
Ma dall'esterno non si vede nulla: tutto è chiuso con un involucro sordo:

È necessario un involucro protettivo serio: la turbina ruota ad un'alta velocità di 3000 giri al minuto. Inoltre, attraverso di esso passa vapore surriscaldato (ho detto sopra quanto sia pericoloso!). E ci sono molte condutture del vapore attorno alla turbina:

In questi scambiatori di calore l'acqua di rete viene riscaldata con vapore di scarico:

A proposito, nella foto ho la turbina più vecchia di CHPP-2, quindi non stupirti dell'aspetto brutale dei dispositivi che verranno mostrati di seguito:

Questo è il meccanismo di controllo della turbina (MTM), che regola la fornitura di vapore e, di conseguenza, controlla il carico. Un tempo veniva attorcigliato a mano:

E questa è la valvola di isolamento (ci vuole molto tempo per armarla manualmente dopo che ha funzionato):

Le piccole turbine sono costituite da un cosiddetto cilindro (un insieme di pale), medie - da due, grandi - da tre (cilindri ad alta, media e bassa pressione).
Da ciascun cilindro il vapore va alle estrazioni intermedie e viene inviato agli scambiatori di calore - scaldabagni:

E dovrebbe esserci un vuoto nella coda della turbina: migliore è, maggiore è l'efficienza della turbina:

Il vuoto è formato dalla condensazione del vapore rimanente nell'unità condensatrice.
Quindi abbiamo percorso l'intero percorso dell'acqua fino al CHP. Fare attenzione anche alla parte di vapore che va a riscaldare l'acqua di rete destinata all'utenza (PSG):

Un'altra vista con una serie di punti di controllo. Non dimenticare che è necessario controllare molte pressioni e temperature sulla turbina, non solo il vapore, ma anche l'olio nei cuscinetti di ogni sua parte:

Sì, ed ecco il telecomando. Di solito si trova nella stessa stanza delle caldaie. Nonostante il fatto che le caldaie e le turbine stesse si trovino in stanze diverse, la gestione della caldaia e del reparto turbine non può essere divisa in parti separate: tutto è troppo collegato dal vapore surriscaldato!

A proposito, sul telecomando vediamo una coppia di turbine medie a due cilindri.

Automazione

Al contrario, i processi presso l'impianto di cogenerazione sono più veloci e più responsabili (a proposito, tutti ricordano il forte rumore che si sente in tutte le parti della città, simile a quello di un aereo? Quindi la valvola del vapore funziona occasionalmente, rilasciando un'eccessiva pressione del vapore Immagina come suona vicino!).
Pertanto, l’automazione qui è ancora in ritardo e si limita principalmente alla raccolta dei dati. E sui pannelli di controllo vediamo un miscuglio di vari SCADA e controller industriali coinvolti nella regolamentazione locale. Ma il processo è avviato!

Elettricità

Ancora una volta, diamo un'occhiata alla vista generale dell'officina turbine:

Presta attenzione, a sinistra sotto l'involucro giallo ci sono i generatori elettrici.
Cosa succederà poi all’elettricità?
Viene fornito alle reti federali attraverso una serie di dispositivi di distribuzione:

Il negozio di elettricità è un posto molto difficile. Basta guardare il panorama del pannello di controllo:

Protezione e automazione dei relè: il nostro tutto!

Su questo si può completare il giro turistico e dire ancora qualche parola sui problemi urgenti.

Tecnologia del calore e dei servizi

Quindi, abbiamo scoperto che la cogenerazione fornisce elettricità e calore. Entrambi, ovviamente, vengono forniti ai consumatori. Ora saremo interessati principalmente al calore.
Dopo la perestrojka, la privatizzazione e la divisione dell'intera industria sovietica unificata in pezzi separati, in molti luoghi si è scoperto che le centrali elettriche sono rimaste nel dipartimento di Chubais e le reti di riscaldamento cittadino sono diventate municipali. E hanno formato un intermediario che prende i soldi per il trasporto del calore. E come questi soldi vengono spesi per la riparazione annuale degli impianti di riscaldamento usurati del 70%, non c'è quasi bisogno di dirlo.

Quindi, a causa dei debiti multimilionari dell'intermediario "NOVEK" a Novocheboksarsk, TGC-5 è già passato ai contratti diretti con i consumatori.
Questo non è ancora il caso di Cheboksary. Inoltre, il progetto "Communal Technologies" di Cheboksary per lo sviluppo delle sue caldaie e dei sistemi di riscaldamento ammonta oggi a 38 miliardi (il TGK-5 potrebbe gestirne solo tre).

Tutti questi miliardi verranno in qualche modo inclusi nelle tariffe del riscaldamento fissate dall'amministrazione comunale “per ragioni di giustizia sociale”. Nel frattempo, ora il costo del calore generato dal CHPP-2 è 1,5 volte inferiore rispetto alle caldaie di KT. E questa situazione dovrebbe continuare anche in futuro, perché quanto più grande è la centrale, tanto più efficiente è (in particolare, minori costi operativi + rendimento del calore dovuto alla produzione di elettricità).

E in termini di ecologia?
Naturalmente, una grande centrale termica con un alto camino è migliore dal punto di vista ambientale di una dozzina di piccole caldaie con piccoli camini, il cui fumo rimarrà praticamente in città.
Il peggiore dal punto di vista ecologico è l’ormai popolare riscaldamento individuale.
Le piccole caldaie domestiche non forniscono una combustione così completa del carburante come le grandi centrali termoelettriche e tutti i gas di scarico rimangono non solo in città, ma letteralmente sopra le finestre.
Inoltre, poche persone pensano al maggiore pericolo di apparecchiature a gas aggiuntive in ogni appartamento.

Quale uscita?
In molti paesi, il riscaldamento centralizzato utilizza regolatori a livello di appartamento, che consentono un consumo di calore più economico.
Purtroppo, con gli attuali appetiti degli intermediari e il deprezzamento delle reti di riscaldamento, i vantaggi del riscaldamento centralizzato stanno venendo meno. Tuttavia, da un punto di vista globale, il riscaldamento individuale è più appropriato nei cottage.

Altri post del settore:

Una centrale elettrica è una centrale elettrica che converte l’energia naturale in energia elettrica. Le più comuni sono le centrali termoelettriche (TPP) che utilizzano l'energia termica rilasciata durante la combustione di combustibili fossili (solidi, liquidi e gassosi).

Le centrali termoelettriche generano circa il 76% dell’elettricità prodotta sul nostro pianeta. Ciò è dovuto alla presenza di combustibili fossili in quasi tutte le aree del nostro pianeta; la possibilità di trasportare combustibile organico dal luogo di produzione alla centrale elettrica situata vicino ai consumatori di energia; progresso tecnico nelle centrali termoelettriche, che garantisce la costruzione di centrali termoelettriche ad alta capacità; la possibilità di utilizzare il calore di scarto del fluido di lavoro e fornire ai consumatori, oltre a quella elettrica, anche energia termica (con vapore o acqua calda), ecc.

Un elevato livello tecnico del settore energetico può essere assicurato solo con una struttura armoniosa delle capacità di generazione: il sistema energetico dovrebbe includere sia centrali nucleari che producono elettricità a basso costo, ma con serie restrizioni sull’ampiezza e sulla velocità di variazione del carico, sia energia termica impianti che forniscono calore ed elettricità, la cui quantità dipende dal fabbisogno di calore, e potenti turbine a vapore che funzionano con combustibili pesanti e turbine a gas autonome mobili che coprono picchi di carico a breve termine.

1.1 Tipologie di TES e loro caratteristiche.

Nella fig. 1 è riportata la classificazione degli impianti termoelettrici alimentati a combustibili fossili.

Fig. 1. Tipologie di centrali termoelettriche a combustibile organico.

Fig.2 Schema schematico di centrale termoelettrica

1 - caldaia a vapore; 2 - turbina; 3 - generatore elettrico; 4 - condensatore; 5 - pompa della condensa; 6 – riscaldatori a bassa pressione; 7 - disaeratore; 8 - pompa di alimentazione; 9 – riscaldatori ad alta pressione; 10 - pompa di drenaggio.

Una centrale termoelettrica è un complesso di apparecchiature e dispositivi che convertono l'energia del combustibile in energia elettrica e (generalmente) termica.

Le centrali termoelettriche sono caratterizzate da una grande diversità e possono essere classificate secondo diversi criteri.

In base allo scopo e al tipo di energia fornita, le centrali elettriche sono suddivise in regionali e industriali.

Le centrali elettriche distrettuali sono centrali elettriche pubbliche indipendenti che servono tutte le tipologie di consumatori distrettuali (imprese industriali, trasporti, popolazione, ecc.). Le centrali elettriche a condensazione distrettuale, che producono principalmente elettricità, spesso mantengono il loro nome storico: GRES (centrali elettriche distrettuali statali). Le centrali elettriche distrettuali che producono elettricità e calore (sotto forma di vapore o acqua calda) sono chiamate centrali termoelettriche combinate (CHP). Di norma, le centrali elettriche distrettuali statali e le centrali termoelettriche regionali hanno una capacità di oltre 1 milione di kW.

Le centrali elettriche industriali sono centrali elettriche che forniscono calore ed elettricità a specifiche imprese industriali o al loro complesso, ad esempio un impianto per la produzione di prodotti chimici. Le centrali elettriche industriali fanno parte delle imprese industriali che servono. La loro capacità è determinata dalle esigenze delle imprese industriali in termini di calore ed elettricità e, di norma, è significativamente inferiore a quella delle centrali termoelettriche distrettuali. Spesso le centrali elettriche industriali operano su una rete elettrica comune, ma non sono soggette al dispatcher del sistema energetico.

In base al tipo di combustibile utilizzato, le centrali termoelettriche si dividono in centrali funzionanti a combustibile organico e combustibile nucleare.

Per le centrali a condensazione funzionanti con combustibili fossili, in un'epoca in cui non esistevano centrali nucleari (NPP), si è storicamente sviluppato il nome termico (TPP - centrale termica). È in questo senso che questo termine verrà utilizzato di seguito, sebbene anche gli impianti di cogenerazione, le centrali nucleari, le centrali a turbina a gas (GTPP) e le centrali a ciclo combinato (CCPP) siano centrali termoelettriche che funzionano secondo il principio della conversione dell'energia termica in elettrica. energia.

I combustibili gassosi, liquidi e solidi vengono utilizzati come combustibili fossili per le centrali termoelettriche. La maggior parte dei TPP in Russia, soprattutto nella parte europea, consumano gas naturale come combustibile principale e olio combustibile come combustibile di riserva, utilizzando quest'ultimo solo in casi estremi a causa del suo costo elevato; tali centrali termoelettriche sono chiamate alimentate a petrolio. In molte regioni, principalmente nella parte asiatica della Russia, il combustibile principale è il carbone termico: carbone a basso contenuto calorico o rifiuti derivanti dall'estrazione di carbone ad alto contenuto calorico (fanghi di antracite - ASh). Poiché tali carboni vengono macinati in mulini speciali fino allo stato polverizzato prima della combustione, tali centrali termoelettriche sono chiamate carbone polverizzato.

In base al tipo di centrali termoelettriche utilizzate nelle centrali termoelettriche per convertire l'energia termica in energia meccanica di rotazione dei rotori delle turbine, si distinguono turbine a vapore, turbine a gas e centrali elettriche a ciclo combinato.

La base delle centrali elettriche a turbina a vapore sono le centrali a turbina a vapore (STP), che utilizzano la macchina energetica più complessa, potente ed estremamente avanzata: una turbina a vapore per convertire l'energia termica in energia meccanica. Il PTU è l'elemento principale delle centrali termoelettriche, delle centrali termoelettriche e delle centrali nucleari.

Le PTU, che dispongono di turbine a condensazione come azionamento per generatori elettrici e non utilizzano il calore del vapore di scarico per fornire energia termica a consumatori esterni, sono chiamate centrali elettriche a condensazione. Le PTU dotate di turbine di riscaldamento e che cedono il calore del vapore di scarico a consumatori industriali o domestici sono chiamate centrali termoelettriche combinate (CHP).

Le centrali termoelettriche a turbina a gas (GTPP) sono dotate di unità turbina a gas (GTU) funzionanti con combustibile gassoso o, in casi estremi, liquido (diesel). Poiché la temperatura dei gas a valle della turbina a gas è piuttosto elevata, questi possono essere utilizzati per fornire energia termica ad un consumatore esterno. Tali centrali elettriche sono chiamate GTU-CHP. Attualmente in Russia opera un GTPP (GRES-3 dal nome di Klasson, Elektrogorsk, Regione di Mosca) con una capacità di 600 MW e un GTU-CHPP (a Elektrostal, Regione di Mosca).

Un moderno impianto a turbina a gas (GTU) tradizionale è una combinazione di un compressore d'aria, una camera di combustione e una turbina a gas, nonché sistemi ausiliari che ne garantiscono il funzionamento. La combinazione di una turbina a gas e di un generatore elettrico è chiamata unità turbina a gas.

Le centrali termoelettriche a ciclo combinato sono dotate di impianti a ciclo combinato (CCGT), che sono una combinazione di GTP e STP, che consente un'elevata efficienza. I CCGT-TPP possono essere a condensazione (CCGT-CES) e a potenza termica (CCGT-CHP). Attualmente in Russia sono operativi quattro nuovi CCGT-CHPP (CHPP Nord-Ovest di San Pietroburgo, Kaliningradskaya, CHPP-27 di OAO Mosenergo e Sochinskaya) e presso il CHPP di Tyumenskaya è stata costruita anche una centrale di cogenerazione. Nel 2007 è stata messa in funzione la Ivanovskaya CCGT-IES.

I TPP a blocchi sono costituiti da centrali elettriche separate, di norma dello stesso tipo: unità di potenza. Nella centrale ciascuna caldaia fornisce vapore solo alla propria turbina, dalla quale ritorna previa condensazione solo alla propria caldaia. Secondo lo schema a blocchi, vengono costruite tutte le potenti centrali elettriche distrettuali statali e le centrali termiche, che hanno il cosiddetto surriscaldamento intermedio del vapore. Il funzionamento delle caldaie e delle turbine dei TPP con collegamenti incrociati è fornito in modo diverso: tutte le caldaie dei TPP forniscono vapore a una conduttura del vapore comune (collettore) e tutte le turbine a vapore dei TPP vengono alimentate da essa. Secondo questo schema, i CPP sono costruiti senza surriscaldamento intermedio e quasi tutti i CHPP sono costruiti per parametri iniziali del vapore subcritici.

In base al livello di pressione iniziale, si distinguono i TPP di pressione subcritica, pressione supercritica (SKP) e parametri super-supercritici (SSCP).

La pressione critica è 22,1 MPa (225,6 atm). Nell'industria termoelettrica russa, i parametri iniziali sono standardizzati: centrali termoelettriche e centrali termiche sono costruite per pressioni subcritiche di 8,8 e 12,8 MPa (90 e 130 atm) e per SKD - 23,5 MPa (240 atm). Le centrali termiche per parametri supercritici, per motivi tecnici, sono installate con postriscaldamento e secondo uno schema a blocchi. I parametri supercritici includono condizionatamente una pressione superiore a 24 MPa (fino a 35 MPa) e una temperatura superiore a 5600°C (fino a 6200°C), il cui utilizzo richiede nuovi materiali e nuove progettazioni di apparecchiature. Spesso, le centrali termoelettriche o gli impianti di cogenerazione per diversi livelli di parametri vengono costruiti in più fasi: in code, i cui parametri aumentano con l'introduzione di ogni nuova coda.