Фабрика электричества и тепла

Фабрика электричества и тепла

Около ⁴/₅ всей электроэнергии, вырабаты­ваемой в нашей стране, приходится на долю тепловых электростанций. Эти электростанции работают на каменном угле, торфе, сланцах или природном газе. Посмотрим, например, как работает современная электростанция на каменноугольном топливе.

Каменный уголь привозят по железной до­роге, выгружают из вагонов и размещают на большом угольном складе. Крупные куски угля горят плохо и медленно. Значительно луч­ше сгорает угольная пыль. Поэтому сначала зубастые дробилки «разгрызают» уголь на мел­кие куски, а потом в шаровых мельницах тяже­лые стальные шары превращают их в мельчай­шую пыль. Потоком горячего воздуха эта пыль вдувается в топку парового котла через специальные горелки. Сгорая на лету, уголь­ная пыль превращается в яркий факел пламени с температурой до 1500°. Пламя нагревает воду в тонких трубках, которыми покрыты изнутри боковые стенки котельной топки, а рас­каленные топочные газы устремляются по ды­моходу. Они встречают сначала кипятильные трубки, превращая в пар уже нагретую пла­менем воду. Затем газы подают в специальное устройство — экономайзер, подогревая в нем холодную воду, пополняющую запасы воды в котле, и, наконец,— в подогрева­тель воздуха. В нем нагревается воз­дух, поступающий в горелки котлов вместе с угольной пылью.

Уголь хорошо горит, если в топке сильная тяга. Неплохую тягу дает высокая труба электростанции. Но для огромных современных котлов этого ма­ло — приходится дополнитель­но устанавливать мощные вентиляторы-дымососы.

Дымовые газы несут в себе много золы. Чтобы не загряз­нять воздух, газы очищают в специальных золоулови­телях, а золу увозят на золовые отвалы.

Видите, как много различ­ных механизмов потребовалось только для того, чтобы топливо хорошо сгорало. Но они себя оправдали: 90% тепла, заклю­ченного в угле, превратилось в энергию пара, и лишь 10% пропало без пользы — его унес­ли с собой дымовые газы и зола.

Итак, путь топлива окон­чен — оно сгорело, передав теп­ло воде. Вода в котле нагре­лась и превратилась в пар. Но этот пар еще нельзя пускать в турбину: он недостаточно горяч и, остывая, быстро превратится в капельки воды. Поэтому пар прежде всего попадет в змее­вики пароперегревателя, распо­ложенного в дымоходе между кипятильными трубками и эко­номайзером. Там пар дополни­тельно нагревается до очень вы­сокой температуры — в некото­рых котлах до 500—600° при давлении 150—250 атм.

Такой сжатый и перегретый пар по паропроводам направ­ляется в турбины. А турбины на электростанциях бывают раз­личными как по мощности, так и по устройству. Есть малень­кие одноступенчатые турбины мощностью в десятки киловатт, а есть многоступенчатые турбины-гиганты мощностью 300 тыс. квт. Сейчас конструкторы разра­батывают еще более крупные турбины — мощностью 500 и 800 тыс. и даже 1,5 млн. квт. Об устройстве и работе паровых турбин подробно рассказано в статье «Двигате­ли и генераторы», поэтому здесь мы сразу пе­рейдем к последующему этапу: посмотрим, что же будет с паром после того, как он отдаст свою энергию колесам турбин.

Чем выше температура и давление пара на входе в турбину и чем ниже они на выходе, тем больше энергии пара использует турбина. Чтобы снизить температуру и давление пара на выходе из турбины, его не выпускают в воз­дух, а направляют в конденсатор. Внут­ри конденсатора по тонким латунным трубкам непрерывно циркулирует холодная вода. Она охлаждает пар и превращает его в воду, назы­ваемую конденсатом. От этого давление в кон­денсаторе становится в 10—15 раз меньше атмо­сферного.

Итак, обессиленный пар заканчивает свой путь, превратившись в конденсат — очень чис­тую воду, не содержащую вредных химических или механических примесей. Такая очищенная вода очень нужна котлам, поэтому конденсат при помощи специальных питательных насосов вновь возвращают в котел.

Как видите, вода и пар на электростанции совершают движение по замкнутому кругу, как бы перенося энергию от топлива к паровым турбинам.

Обычно мощная паровая турбина имеет скорость 3 тыс. об/мин, и ее вал прямо соединен с валом электрического генератора, который вырабатывает трехфазный переменный ток ча­стотой 50 периодов в секунду и напряжением 10—15 тыс. в. Электрическая энергия — глав­ная «продукция» электростанции. Что же про­исходит с ней дальше?

На большинстве электростанций электри­ческая энергия делится на три потока. Часть ее направляется по кабельным линиям к раз­личным потребителям, расположенным непо­далеку. Другая, очень небольшая часть (до 8%) идет для собственных нужд в распределитель­ное устройство, от которого питаются электри­ческие двигатели всех механизмов самой станции — транспортеров, мельниц, вентиляторов, насосов и т. д.

Большая же часть электроэнергии предна­значается для городов и заводов, находящихся за десятки и сотни километров от станции. На такие расстояния электроэнергию передают по высоковольтным линиям при напряжении 110, 220, 400, 500 и даже 800 тыс. в. Для этого на электростанции есть повышающая трансфор­маторная подстанция и распределительное устройство высокого напряжения. От него к городам и заводам расходятся высоковольтные линии электропередач.

Мы познакомились с тепловой электрической станцией, которая называется конденса­ционной, потому что весь пар, прошедший через турбины, попадает в конденсатор. От та­кой электростанции получают только электри­ческий ток. Но ведь повсюду нужен и пар, чтобы приводить в движение паровые молоты и прессы, сушить различные материалы. Пар и горячая вода необходимы баням, прачечным, столовым, а сколько горячей воды надо для отопления квартир в большом городе!

Готовить пар и горячую воду в небольших заводских и коммунальных котельных невы­годно, значительно лучше получать их с круп­ных тепловых электрических станций. Для этого на электростанциях устанавливают спе­циальные теплофикационные тур­бины. Они состоят из двух частей — цилинд­ров высокого и низкого давления. Отрабатывает пар в цилиндре высокого давления, а в цилиндр низкого давления поступает уже только часть пара. Другую часть из турбины отбирают и на­правляют в теплообменник. Там турбинный пар (он ведь очень горячий) нагревает воду и превра­щает ее во вторичный пар. Турбинный пар идет потом своей дорогой в конденсатор электро­станции, а вторичный пар отправляется в го­рода и на заводы. В городе часть вторичного пара попадает в специальные теплообменники— бойлеры — и нагревает в них воду для отопления помещений и бытовых нужд в жилых домах. Так тепло от электростанции попадает к нам в квартиры.

Тепловые электростанции, которые дают од­новременно электрическую энергию и тепло, называются теплоэлектроцентра­лями (ТЭЦ).

Конденсационные тепловые электростанции выгодно строить вблизи угольных месторожде­ний или торфяных болот, если есть рядом под­ходящие водоемы. Пусть даже такая станция будет далеко от городов и заводов — все равно электрический ток передать по проводам проще и выгоднее, чем возить топливо, особенно низко­калорийное,— торф, бурый уголь и т. д.

Зато возле городов и крупных заводов выгод­нее строить теплоэлектроцентрали. Они будут снабжать город и теплом, и электрической энер­гией. Исчезнут маленькие котельные на заво­дах и в жилых домах. А если ТЭЦ будут рабо­тать на природном газе, тогда не понадобятся и составы с углем, и угольные склады. Исчез­нут угольная пыль и дым, чище станет воздух.

В нашей стране строится много заводов и фабрик, шахт и рудников, растут новые го­рода. Чтобы вовремя обеспечить их электро­энергией, сооружаются новые электростанции. Построить тепловую электростанцию значитель­но проще, быстрее и дешевле, чем соорудить гидроэлектростанцию с плотиной на большой реке, поэтому сейчас строят преимущественно тепловые электростанции, мощность которых в ряде случаев достигает 2—3 млн. квт.