Принципиальные схемы производства тепловой энергии из органического топлива
Известны две основные схемы получения тепловой энергии из органического топлива путем его сжигания: схема производства только тепловой энергии и схема совместного производства тепловой и электрической энергии.
Рассмотрим схему производства только тепловой энергии с теплоносителем в виде водяного пара или горячей воды (рис. 2.1). Основой установки является паровой или водогрейный котел, в котором сжигается топливо и от высокотемпературных продуктов сгорания теплота передается воде, циркулирующей по трубам теплообменной части котла; основная конечная задача процессов в котле — превращение воды в водяной пар (паровой котел) или подогрев воды до заданной температуры. Котел состоит из топочной или радиационной части 2 и конвективной части 3. В топочной части происходят сжигание топлива в потоке воздуха с образованием высокотемпературных продуктов сгорания и затем передача энергии тепловым излучением радиационной части испарительных поверхностей нагрева котла. Топливо и воздух вводятся при камерном сжигании топлива через горелочное устройство 4. Частично охлажденные в топочном объеме 2 продукты сгорания отсасываются дымососом 11 в конвективную часть 5 котла, проходят затем через систему золоулавливания, где очищаются от твердых частиц золы (если это необходимо), и далее выбрасываются в окружающую среду через дымовую трубу 12. Предварительно очищенная от накипеобразующих солей вода подогревается в экономайзере 8 и затем вводится в испарительный контур 14 котла, трубы которого в верхней части присоединены к верхнему барабану 5 котла, а в нижней — к коллекторам 23 или нижнему барабану (в котлах малой мощности). В испарительном контуре в результате нагрева воды образуется пароводяная смесь, которая в результате естественной циркуляции воды по контуру поднимается в барабан 5, где происходит разделение пароводяной смеси на воду и пар. Пар, если его температура должна быть выше температуры насыщения, далее направляется в пароперегреватель 7, а оттуда — потребителю.
В конвективной части котла помимо пароперегревателя 7 и экономайзера 8 могут быть расположены конвективные испарительные поверхности нагрева (в котлах небольшой мощности) и воздухоподогреватель 9, устанавливаемый для подогрева воздуха, направляемого далее в горелочное устройство 4, с целью улучшения процесса горения и повышения температурного уровня в топочной радиационной части котла 2 и, что важнее, для снижения температуры продуктов сгорания, отводимых в атмосферу. Чем больше теплоты будет передано от продуктов сгорания тепловоспринимающим поверхностям котла, тем будет выше эффективность использования химической энергии топлива. В котлах высокой па- ропроизводительности (свыше 100 т/ч) эта эффективность составит 90—93 %, в котлах паропроизводительностью до 20 т/ч — 60—80 %.
Схема комбинированного производства тепловой и электрической энергии (рис. 2.2) применяется в мощных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), предназначенных для централизованного обеспечения этими видами энергии крупных жилых и промышленных районов. Применение этой схемы позволяет существенно повысить эффективность использования химической энергии топлива при производстве электроэнергии за счет более полного использования тепловой энергии отработанного пара паротурбинной установки ТЭЦ. Как и в предыдущей, в этой схеме органическое топливо сжигается в топочной части парового котла /, в результате чего образуется водяной пар, который перегревается в пароперегревателе 12 до температуры 520—540 °С и направляется в паровую турбину 3, в которой энергия пара сначала преобразуется в механическую энергию вращения турбины, а затем в электрогенераторе 13 — в электрическую энергию. Паровая турбина 3 многоступенчатая. Водяной пар, выработанный в котле, не полностью направляется в турбину 5; часть его поступает в редукционно-охладительную установку 2, где понижаются его давление и температура до заданного уровня и далее пар направляется потребителю тепловой энергии в системы теплоснабжения.
Введенный в паровую турбину пар частично отбирается из определенных ступеней 11 турбины 3, а затем направляется потребителю 4 и частично на регенеративный подогрев 8 конденсата перед вводом его в котел. Отработанный водяной пар затем направляется в конденсатор 10 и далее с помощью насоса 9 поступает в регенеративный подогреватель 6 конденсата, куда направляется также и конденсат отработанного пара от потребителя 4. Таким образом, на выработку электроэнергии направляется только часть пара, обычно 20— 40 %, а основная его доля направляется в систему теплоснабжения. При этом паровые турбины с регенеративным отбором пара работают в условиях, обеспечивающих получение более высокого термического КПД. Схема комбинированного производства тепловой и электрической энергии позволяет повысить эффективность использования химической энергии органического топлива до 70—80 % по сравнению с конденсационными тепловыми электростанциями, имеющими КПД 35—40 %.
