Работа пара на электростанции


Паровые котлы на электростанциях бывают барабанные и прямоточные. В барабанных есть большой неподвижный барабан, в верхней части которого собирается пар. В прямоточных вода непрерывно движется по трубам, превращаясь по пути в пар. Такие котлы устанавливают на мощных электростанциях, работающих при давлении пара свыше 100 атм.

Мощная паровая турбина состоит из множества рабочих колес с лопатками, которым пар отдает свою анергию
Мощная паровая турбина состоит из множества рабочих колес с лопатками, которым пар отдает свою энергию

Пар образуется в экранных и кипятильных трубках. Но пускать его в турбины еще нельзя — он будет быстро остывать и превращаться в капельки воды. Поэтому он прежде всего поступает в змеевики пароперегревателя, где нагревается до очень высокой температуры. Затем по паропроводам, покрытым толстым слоем теплоизоляции, он покидает котельную и направляется в машинный зал. На электростанциях можно встретить турбины, различные и по устройству и по мощности. Есть маленькие турбины, мощностью в десятки и сотни киловатт, а есть турбины-гиганты, мощностью 300 тыс. кВт и даже больше.

У паровых турбин есть особенности. Их, например, нельзя сразу нагружать на полную мощность, как водяные турбины на гидроэлектростанциях. Сначала их надо прогреть на холостом ходу, и на это иногда приходится затрачивать несколько часов. Паровые турбины очень чувствительны к качеству пара: сырой или загрязненный пар может вызвать повреждение лопаток рабочих колес.

Давление и температура пара — это его параметры. Чем выше параметры пара на входе в турбину и чем ниже они на выходе из нее, тем больше энергии пара использует турбина. Высокие параметры пара создает паровой котел. Чтобы понизить их на выходе из турбины, пар не выпускают на воздух, как на паровозе, а направляют в конденсатор. Внутри него по тонким латунным трубам непрерывно циркулирует холодная вода, которая охлаждает пар и превращает его в конденсат. В результате этого давление в конденсаторе становится в 10-15 раз меньше атмосферного. Такому разрежению способствуют вакуумные насосы, откачивающие воздух, попавший в конденсатор вместе с паром.

Конденсат — очень чистая вода, в которой совершенно не содержится никаких химических и механических примесей. Ее нельзя выбрасывать — она очень нужна котлам. Поэтому сконденсировавшийся пар возвращают обратно в котел.

Сначала насосы откачивают его из конденсатора и направляют в деаэратор. Здесь конденсат нагревают и удаляют из него пузырьки воздуха, содержащие кислород.

При высоких давлениях и температурах кислород становится очень опасным: если его допустить в котел, он начнет активно окислять стенки кипятильных трубок и вызовет их быстрое разрушение.

Очищенный от кислорода конденсат называют питательной водой. Если ее прямо из деаэратора подать в котел, то на ее нагрев придется затратить много топочного тепла. Поэтому ее предварительно прогоняют по трубам подогревателя, где она нагревается паром, отобранным из турбины. Затем вода проходит по трубам экономайзера, обогреваемого дымовыми газами. И только после такого двойного нагрева вода попадает в котел, чтобы вновь превратиться в пар.

Так выглядит турбинная установка большой мощности.
Так выглядит турбинная установка большой мощности.

Как видите, пар на электростанции совершает движение по замкнутому кругу.

Несмотря на очень тщательное соединение паровых и водяных трубопроводов, несмотря на все уплотнения в движущихся частях турбин и насосов, все же не удается полностью избежать утечки пара и конденсата. Но добавлять в котлы сырую, неочищенную воду нельзя, так как ее механические и химические примеси при нагревании образуют накипь на стенках трубок и приводят к их быстрому перегоранию.

Поэтому на каждой электростанции обязательно есть устройства для подготовки воды. Насосы забирают воду из реки или озера и подают ее в установки для химической очистки. Если такой очистки недостаточно, воду направляют в испарители, подогреваемые паром, отобранным из турбин. Там она испаряется, а затем вновь охлаждается и превращается в химически чистую дистиллированную воду. В деаэраторе ее смешивают с конденсатом, а затем направляют в котел, возмещая все потери пара и конденсата.

Как мы уже знаем, пар конденсируется за счет охлаждения холодной водой, непрерывно циркулирующей по трубам. Если электростанция находится на берегу реки, циркуляционные насосы забирают воду для конденсаторов из реки. Пройдя через конденсаторы, теплая вода сливается обратно в реку. Расход воды при этом очень велик. Например, для турбины мощностью 150 тыс. кВт он составляет свыше 20 тыс. м³ /час. Это равно примерно суточному потреблению воды городом с населением 200 тыс. человек.

Если воды в реке недостаточно или электростанция расположена далеко от источников воды, приходится осуществлять оборотное водоснабжение. На территории электростанции сооружают специальные пруды, бассейны с брызгательными установками или высокие башни — градирни. Выходящая из конденсаторов горячая вода поступает в них, охлаждается и возвращается обратно.

Из турбины пар поступает в конденсатор, где, охлаждаясь, превращается в конденсат.
Из турбины пар поступает в конденсатор, где, охлаждаясь, превращается в конденсат.

Обычно на электрических станциях устанавливают несколько котлов и несколько турбин. Соединяют их между собой различными способами. На электростанциях малой и средней мощности пар от котлов поступает в общий паропровод, а затем распределяется между турбинами. Для больших электростанций с котлами и турбинами высокого и сверхвысокого давления применяют блочные схемы, при которых два котла работают на одну турбину. Есть и другие схемы соединения турбин и котлов, при которых каждый котел дает пар только одной турбине. По такой блочной схеме в нашей стране строятся гигантские тепловые электростанции мощностью свыше 1 млн. кВт. Мощность агрегатов, устанавливаемых на этих электростанциях, достигает 300 кВт. Скоро появятся турбины на 600 тыс. кВт.