История электрификации горной промышленности

Тепловые электростанции. Основную функцию а энергетическом балансе страны выполняют тепловые электростанции - ТЭС, ГРЭС (государственная районная электростанция), сооружаемые в районах, где имеется дешевое природное топливо: торф, сланец, бурый уголь, природный газ [2]. ТЭС называют конденсационными (КЭС), если они вырабатывают только электроэнергию, а отработавший пар направляется в конденсаторы, где скрытая теплота парообразования теряется в охлаждавшей воде. ТЭС, вырабатывающие в процессе комбинированного энергопроизводства как электрическую, так и тепловую энергию (в виде пара и горячей воды), называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Коэффициент полезного действия ТЭЦ примерно в два раза выше, чем у КЭС. В настоящее время на долю ТЭС приходится примерно 80 % вырабатываемой в стране электроэнергии и 40 % тепловой энергии.

Тепловые электростанции состоят из следующих основных узлов (рис. 2.2).

Котельная установка (реактор) служит для выработки пара из воды за счет использования тепла топлива. В котельную установку входит топка, где происходит сжигание топлива, и паровой котел. Кроме этого, в нее входит пароперегреватель, экономайзер (для подогрева питательной воды), воздухоподогреватель (для подогрева воздуха для топки). Котельная установка имеет и вспомогательное оборудование: тягодувное устройство естественное (в виде высокой трубы) или искусственное (дутьевые вентиляторы); золоуловители (фильтры); систему водоподготовки (очистка воды).

Паровая турбина (рис. 2.3) состоит из вала, на котором прочно насажены диски. На ободах этих дисков закреплены особо изогнутые рабочие лопатки. Вал вращается на подшипниках. Пар из котла по соплам поступает на рабочие лопатки турбины и заставляет вал турбины вращаться. Выходя из пространства турбины, пар конденсируется, чтобы создать больший перепад давления, ускорить протекание пара и повысить эффективность цикла. Давление уменьшается со 100 до 0,4 атм.

Электрогенератор вырабатывает электрическую энергию, которая поступает на преобразовательную подстанцию. Его ротор находится на одном валу с турбиной.

Технологическая схема КЭС (рис. 2.4), включает в себя:

- топливное хозяйство 1 и топливоподачу 2, где топливо проходит специальную подготовку. Например, уголь дробится, сушится и измельчается в пыль;

- котел и воздуходувку. В котле 3 происходит сгорание топлива и нагревание теплоносителя – воды, проходящей по трубам через топку;

- наряду с воздухом в котел поступает воздух, подаваемый специальным насосом – воздуходувкой 5;

- пароперегреватель - паропровод - паровая турбина - генератор. На выходе из котла теплоноситель перегревается в пароперегревателе 4 и по паропроводу 9 поступает в паровую турбину 10. В турбине энергия пара преобразуется в механическую работу вращения вала, связанного специальной муфтой с валом генератора 13, преобразующего механическую энергию в электрическую;

- газовоздушный тракт – золоуловитель - дымосос - дымовая труба и конденсатор. Продукты сгорания из котла проходят очистку в золоуловителях 7 и фильтрах, очищенные газы с помощь дымососов 6 выбрасываются через дымовую трубу 8 в атмосферу. На выходе из турбины пар охлаждается в конденсаторе 11, превращается в воду – конденсат, и часть ее подается насосом 12 обратно в котел, а другая часть по водопроводу поступает в водохранилище 17. В качестве охладителя пара используется, как правило, подаваемая циркуляционными насосами 14 по водопроводу 15 холодная вода из создаваемых водоемов 17 - водохранилищ, брызгальных бассейнов, градирен.

Гидроэнергетические установки. Известно, что около 15 % энергетического баланса страны покрывается гидроэнергетическими установками (ГЭУ).

Существуют три основных вида ГЭУ:

• гидроэлектрические станции (ГЭС), которые используют энергию рек;

• приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов океанов и морей;

• гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), которые могут накапливать и использовать энергию искусственных водоемов, озер.

На гидростанциях (ГЭС) для производства энергии используется энергия движущей воды (рис. 2.5). Первичными двигателями электрогенераторов являются гидротурбины, в которых потенциальная и кинетическая энергия воды преобразуется в механическую для вращения ротора генератора. Гидротурбина (рис. 2.6) состоит из рабочего колеса и направляющего устройства. Рабочее колесо жестко закреплено на валу турбины, имеет на своем ободе по всему периметру ряд особо изогнутых лопаток. Направляющее устройство придает движению воды нужное направление и регулирует количество воды, поступающее в турбину с помощью поворотных лопаток. Механизм разворота лопаток связан с регулятором турбины, поддерживающим постоянное число оборотов и тем самым частоту тока. Из рабочего колеса вода отводится через всасывающую трубу в нижний бьеф гидростанции.