Зачем ТЭЦ нужен пар?

Мы много раз рассказывали о том, что ТЭЦ работают в режиме когенерации, то есть вырабатывают и тепло, и электричество. При когенерации повышается эффективность, ведь в одном месте получают сразу два вида энергии. Сейчас постараемся объяснить, как это происходит.

На ТЭЦ есть два вида котлов: энергетические — они вырабатывают пар, который идёт в турбины для выработки электричества и тепла; водогрейные — для подогрева воды, которая идёт в наши дома.

Отдельно о котлах и двойной пользе

Начнём с котлов энергетических. Топливо — измельченный уголь, фактически пыль — подается в топку котла. Там он горит, нагревая воду, которая находится в трубах, они называются экраны или поверхности нагрева (мы часто пишем о том, как их меняем). Вода закипает, испаряется и попадает в барабан, где при температуре более +300 °С окончательно разделяется на пар и воду. Пар идет в пароперегреватель и там нагревается ещё больше — выше +500 °С, а уже оттуда попадает в турбину.

Небольшая часть поверхностей нагрева котла готовится к монтажу
Небольшая часть поверхностей нагрева котла готовится к монтажу
Скачать

Вал турбины раскручивается и передает вращение на ротор генератора, который и вырабатывает электрический ток. Таким образом механическая энергия превращается в электрическую. После турбины просто выбрасывать пар в воздух нецелесообразно. Он остаётся на ТЭЦ, конденсируется, то есть преобразуется обратно в воду, и затем снова поступает в энергетический котёл, где опять нагревается.

Генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, в разобранном виде
Генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, в разобранном виде
Скачать

Вода, которая отделилась от пара в барабане котла, уже по опускным трубам идёт вниз, снова нагревается в экранных трубах и опять поступает в барабан. И так по кругу.

Так выглядит барабан котла, где происходит окончательное разделение пара
Так выглядит барабан котла, где происходит окончательное разделение пара
Скачать

Почему же котел устроен именно так? Все очень просто. Дело в физике. Представим, что котёл — это кастрюля. Ставим её на плиту и ждём. А что делать, если нам нужен пар, как можно быстрее? Мы увеличиваем площадь нагрева, то есть начинаем греть не только дно кастрюли, но и ее стенки. То же самое и с котлом: греются все стенки котла, отчего вода нагревается быстрее. И температура там не +100 °С, как при бытовом кипении. Например, в барабане температура превышает +300 °С, а давление составляет более 110 килограммов на сантиметр (это как погрузиться в воду на глубину 1100 метров). Вот примерно такое давление.

Макет парового котла
Макет парового котла
Скачать

С тепловой энергией ещё проще. В котлах нет необходимости испарять воду, её нужно просто нагреть. Греется она в специальных устройствах: бойлерах и водогрейных котлах. Водогрейные котлы, как и энергетические, топят угольной пылью, а в бойлерах воду греет тот самый пар из энергетических котлов, который уже поучаствовал в выработке электричества (помните, там температура составляет +300–500 °С).

Уже горячая вода по тепломагистралям — огромным трубам — отправляется в город, в жилые дома и другие здания. Затем вода, уже остывшая, возвращается, её снова нагревают и отправляют. Именно так работает замкнутая система циркуляции.

Энергетический котёл. Вид снизу
Энергетический котёл. Вид снизу
Скачать

Предприятия, которые способны работать в режиме комбинированной выработки тепловой и электрической энергии имеют ряд конкурентных преимуществ.

Экология

При одновременной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ удельный расход топлива существенно ниже, чем, допустим, на котельных. Чтобы обеспечить Красноярск необходимым теплом и электроэнергией в год требуется около 6 млн тонн угля. Если бы такое же количество электрической и тепловой энергии производилось отдельно на электростанции и котельных, то топлива требовалось бы на 2 млн тонн больше.

Экономика

Когенерация позволяет снизить стоимость тепловой энергии по сравнению с котельной, что в конечном счете отражается на платежах горожан. Например, в 2017 году в нескольких районах Красноярска после того, как потребители котельных «Краскома» вошли в единый контур Сибирской генерирующей компании, тариф снизился в 1,6 раза.

Кроме того, ТЭЦ, зарабатывающие на рынке электроэнергии, способны привлекать в отрасль дополнительные инвестиции, в отличие от убыточных котельных.

Надежность

Теплоэлектроцентрали имеют низкий уровень отказов оборудования, резервное и аварийное топливоснабжение.

Тип контента