Кіріспе
Жылу энергиясынан электр энергиясын өндіретін электр станциясы – жылу энергиясын электр энергиясына түрлендіретін электр станциясының бір түрі. Бу өндіру циклында жылу үлкен қысымдағы ыдыста суды қайнату үшін қолданылады, нәтижесінде электр генераторына қосылған бу турбинасын қозғалтатын жоғары қысымды бу пайда болады. Турбинадан төмен қысымды бу шығып, бу конденсаторына еніп, онда салқындатылып, ыстық конденсат түзіледі, ол жылыту процесіне қайта жіберіліп, тағы да жоғары қысымды бу өндіріледі. Бұл Ранкин циклі деп аталады. Жылу электр станцияларының дизайны қолданылатын энергия көзіне байланысты: табиғи отын, ядролық және геотермальдық энергия, күн энергиясы, биоотын және қалдықтарды өртеу сияқты түрлі көздер қолданылады. Кейбір жылу электр станциялары электр энергиясын өндіруден басқа, өнеркәсіптік мақсаттар үшін жылу өндіруге, аудандық жылытуға немесе суды тұщыландыруға да арналған. Табиғи газ немесе мұнай сияқты отындар газ турбиналарында тікелей жағылуы мүмкін (ішкі жану). Мұндай станциялар ашық циклмен немесе тиімдірек біріктірілген циклмен жұмыс істей алады.
A thermal power station is a type of power station in which heat energy is converted to electrical energy. In a steam generating cycle heat is used to boil water in a large pressure vessel to produce high pressure steam, which drives a steam turbine connected to an electrical generator. The low pressure exhaust from the turbine enters a steam condenser where it is cooled to produce hot condensate which is recycled to the heating process to generate more high pressure steam. This is known as a Rankine cycle. The design of thermal power stations depends on the intended energy source: fossil fuel, nuclear and geothermal power, solar energy, biofuels, and waste incineration are all used. Certain thermal power stations are also designed to produce heat for industrial purposes; for district heating; or desalination of water, in addition to generating electrical power. Fuels such as natural gas or oil can also be burnt directly in gas turbines (internal combustion). These plants can be of the open cycle or the more efficient combined cycle type.
Жылу энергиясының түрлері
Барлық көмірмен жұмыс істейтін электр станциялары, мұнай, ядролық, геотермальдық, күн жылу электр станциялары, қалдықтарды жағу станциялары, сондай-ақ барлық табиғи газ электр станциялары жылумен жұмыс істейді. Табиғи газ көбінесе газ турбиналарында, сондай-ақ қазандықтарда жағылады. Газ турбинасынан шығатын ыстық газ түріндегі қалдық жылуды осы газды жылуды қалпына келтіру бу генераторынан (ЖҚБГ) өткізу арқылы буды көтеру үшін пайдалануға болады. Бу содан кейін комбиналды циклмен жұмыс істейтін турбинаны қозғалтады, бұл жалпы тиімділікті арттырады. Көмір, май немесе табиғи газды жасайтын электр станциялары көбінесе табиғи отын электр станциялары деп аталады. Кейбір биомассамен жұмыс істейтін жылу электр станциялары да пайда болды. Ядролық емес жылу электр станциялары, әсіресе когенерация қолданбайтын табиғи отынмен жұмыс істейтін станциялар, кейде дәстүрлі электр станциялары деп аталады. Коммерциялық электр станциялары әдетте үлкен масштабта салынып, үздіксіз жұмыс істеуге арналған. Барлық электр станциялары 50 немесе 60 Гц жиілігінде айнымалы ток (АТ) электр қуатын өндіру үшін үш фазалы электр генераторларын қолданады. Ірі компаниялар немесе мекемелер өздерінің жылумен немесе электрмен жабдықтау үшін жеке электр станцияларына ие болуы мүмкін, әсіресе егер бу басқа мақсаттар үшін жасалса. Бумен жұмыс істейтін электр станциялары 20 ғасырдың көп бөлігінде кемелерді қозғалтты. Кемедегі электр станциялары әдетте турбинаны тікелей кеменің винттеріне беріліс қораптары арқылы қосады. Сондай-ақ, кемедегі электр станциялары электр энергиясын жеткізу үшін электр генераторларын іске қосатын кішігірім турбиналарға бу береді. Ядролық теңіз қозғалтқышы, аздаған ерекшеліктерден басқа, тек әскери кемелерде қолданылады. Бумен жұмыс істейтін турбина электр генераторын іске қосып, содан кейін электр қозғалтқышын қуаттандыратын көптеген турбоэлектрлік кемелер болды. Когенерациялық станциялар, көбінесе біріктірілген жылу және қуат (ЖЖҚ) қондырғылары деп аталады, электр қуаты мен жылуды процестік жылу немесе кеңістік жылуы үшін, мысалы бу және ыстық су сияқты өндіреді.
Тарих
18 ғасырдан бері механикалық қуат өндіру үшін поршеньді бу машинасы қолданылып келеді, және оны Джеймс Уатт одан әрі жетілдірді. 1882 жылы Нью-Йорктегі Перл-стрит станциясында және Лондондағы Холборн виадукта алғашқы коммерциялық орталық электр станциялары ашылғанда, поршеньді бу машиналары пайдаланылды. 1884 жылы бу турбинасының жасалуы орталық электр станциялары үшін үлкен және тиімді машина құрылыстарын қамтамасыз етті. 1892 жылға қарай турбиналар поршеньді қозғалтқыштарға артықшылықты балама деп есептелді; турбиналар жоғары жылдамдық, ықшамдырақ механизм және тұрақты жылдамдық реттеу мүмкіндігін ұсынды, бұл генераторларды ортақ шинада параллель синхронды түрде жұмыс істеуге мүмкіндік берді. 1905 жылдан кейін турбиналар дерлік барлық ірі орталық электр станцияларында поршеньді қозғалтқыштарды толықтай ығыстырды. Ең ірі поршеньді генераторлар жиынтығы 1901 жылы Манхэттен жоғары темір жолы үшін аяқталды. Он жеті бірліктің әрқайсысының салмағы шамамен 500 тоннаны құрады және 6000 киловаттқа дейін қуатты қамтамасыз етті; ұқсас қуатты турбиналық жиынтық шамамен 20%-ға жеңіл болар еді.
Жылу энергиясын өндіру тиімділігі
Кәдімгі жылу электр станциясының энергия тиімділігі тұтынылған отынның жылу құнының пайызы ретінде есептелінетін, сатуға жарамды энергияның мөлшерімен анықталады. Қарапайым циклді газ турбинасы энергияны түрлендіру тиімділігін 20-35% дейін қамтамасыз етеді. 170 бар және 570°C бу қысымында жұмыс істейтін көмірмен жұмыс істейтін электр станциялары 35-38% тиімділікпен жұмыс істейді, ал қазіргі заманғы қазба отын станциялары 46% тиімділікке жетеді. Біріктірілген циклді жүйелер одан да жоғары мәндерге қол жеткізе алады. Барлық жылу машиналары сияқты, олардың тиімділігі де шектеулі және термодинамика заңдарымен реттеледі. Карно тиімділігі будың температурасын арттыру арқылы тиімділікті жоғарылатуға мүмкіндік береді. Критикалық емес қысымдағы қазба отын электр станциялары 36–40% тиімділікке жете алады. Суперкритикалық конструкциялар 40% төменгі және орталық диапазонында тиімділікке ие, ал жаңа "ультракритикалық" конструкциялар 4400 psi (30,3 МПа) жоғары қысымды пайдаланады және көп сатылы қайта қыздыру арқылы 45–48% тиімділікке жетеді. Жел турбинасының тиімділігі Бетц заңымен шектеледі, шамамен 59,3%-ға дейін, бірақ нақты жел турбиналары одан төмен тиімділік көрсетеді.
Электр энергиясының құны
Жылу электр станциясы өндіретін электр энергиясының тікелей құны отын бағасы, станцияның капиталына жұмсалатын шығын, оператор еңбегі, техникалық қызмет көрсету, күлді өңдеу және жою сияқты факторлардың нәтижесі болып табылады. Қоршаған ортаға тигізетін экономикалық зиян сияқты тікелей емес әлеуметтік немесе экологиялық шығындар, сондай-ақ отынның толық циклы мен станцияны тоқтатудың қоршаған орта мен денсаулыққа тигізетін әсері, әдетте, коммуналдық қызметтерде жылу станцияларының өндіріс құнына есептелмейді, бірақ экологиялық салдарын бағалаудың бір бөлігі болуы мүмкін. Мұндай жанама шығындар кең мағынада сыртқы факторлар деп аталады.
Қазан және бу циклы
Ядролық станциялар саласында бу генераторы – қысымды су реакторында (ПСЖ) біріншілік (реакторлық қондырғы) және екіншілік (бу қондырғы) жүйелерді жылулық байланыс арқылы қосып, бу өндіретін ірі жылу алмастырғыштың нақты түрі. Қайнап су реакторында (ҚСЖ) жеке бу генераторы қолданылмайды, су реакторлық өзегінде қайнайды. Кейбір өнеркәсіптік орталарда, газ турбинасының ыстық газдары сияқты өнеркәсіптік процестерден жылуды пайдаланатын, жылуды қайтару бу генераторлары (ЖҚБГ) деп аталатын бу өндіретін жылу алмастырғыштар да болуы мүмкін. Бу өндіретін қазандық электр генераторын іске қосатын бу турбинасы үшін қажетті жоғары тазалықтағы, қысымды және температуралы буды өндіруі керек. Геотермальдық станцияларға қазандықтар қажет емес, себебі олар табиғи бу көздерін пайдаланады. Геотермальдық будың өте коррозиялық немесе көп мөлшердегі қоспалы қатты бөлшектері бар жағдайларда жылу алмастырғыштар қолданылуы мүмкін. Қазылған отынмен жұмыс істейтін бу генераторына экономизер, бу барабаны және бу өндіретін түтіктермен және супернагреватель орамдарымен жабдықталған пеш кіреді. Қазандықтың қалыптан тыс қысымына қарсы қорғау үшін қажетті қауіпсіздік клапандары тиісті жерлерге орналастырылған. Ауа және түтін газдары жолының жабдықтарына мыналар кіреді: мәжбүрлеу соруы (МС) желдеткіші, ауа алдын ала жылытқышы (ААЖ), қазандық пеші, табиғи соруы (ТС) желдеткіші, ұшқыш күл жинағыштары (электростатикалық тұндырғыш немесе қапталды тұндырғыш) және түтін газдары түтікшесі.
Суды жылыту
Бу қазандығында қолданылатын қазандыққа қоректендіру суы – отынның жануынан пайда болатын жылу энергиясын айналмалы бу турбинасының механикалық энергиясына беруге арналған құрал. Жалпы қоректендіру суы қайта айналымға жіберілген конденсат суынан және тазартылған толықтыру суынан тұрады. Онымен жанасатын металл материалдары жоғары температура мен қысымда коррозияға ұшырағандықтан, толықтыру суы қолдану алдында мұқият тазартылады. Суды жұмсарту және ион алмастыру арқылы минералсыздандыру жүйесі суды соншалықты таза етеді, ол нәтижесінде электр оқшаулағышына айналады, оның өткізгіштігі сантиметрге 0,3–1,0 микросименс шамасында болады. 500 МВт қуаттылығы бар стансадағы толықтыру суының мөлшері қазаннан алынатын суды ауыстыру және жүйедегі будың аз шығындарын өтеу үшін минутына шамамен 120 АҚШ галлоны (7,6 л/с) құрайды. Қоректендіру суының айналымы бу турбиналары арқылы өткеннен кейін конденсатордан конденсат суын сорудан басталады. 500 МВт стансадағы толық жүктемедегі конденсат ағыны шамамен минутына 6000 АҚШ галлоны (400 л/с) құрайды. Су әдетте екі сатыда қысыммен қамтамасыз етіледі және әдетте алты немесе жеті аралық қоректендіру суы жылытқыштарынан өтеді, әрбір сатыда турбиналардан алынған бумен қыздырылады және температурасы жоғарылайды. Әдетте, осы жылытқыштар тізбегінің ортасында және қысымның екінші сатысына дейін конденсат пен толықтыру суы судан еріген ауаны кетіретін деаэратордан өтеді, осылайша су тазартады және оның коррозиялық қасиеттерін азайтады. Бұл сатыдан кейін су гидразинмен қосымша өңделеді, ол судағы қалған оттегінің мөлшерін миллиардқа 5 бөліктен кем ететін химиялық зат. Сондай-ақ, қалдық қышқылдықтың деңгейін төмен ұстау және коррозияны болдырмау үшін аммиак немесе морфолин сияқты pH деңгейін бақылайтын заттармен де өңделеді.
Қазандықтың жұмысы
Қазандық шамамен 15 метрлік қабырғасы және 40 метрлік биіктігі бар төртбұрышты пеш. Оның қабырғалары диаметрі шамамен шағын жоғары қысымды болат құбырлардың торынан жасалған. Ұнтақталған көмір сияқты отын, төрт бұрышта орналасқан немесе бір қабырғаның немесе екі қарама-қарсы қабырғаның бойында орналасқан жанарлар арқылы пешке ауамен бірге соғылып, тез жанып, ортасында үлкен от шар құрайды. От шардың жылу сәулеленуі қазандықтың шетіне жақын орналасқан қазандық құбырлары арқылы айналатын суды қыздырады. Қазандағы су айналымының жылдамдығы өнімділіктен 3-4 есе артық. Су қазан ішінде айналып, жылуды сіңіріп, буға айналады. Бу пештің үстіңгі жағындағы барабанда судан бөлінеді. Қаныққан бу пештен шығатын жану газдарының ең ыстық бөлігінде ілінген супержылу құбырларына жіберіледі. Мұнда бу турбинаға дайын болу үшін қосымша қыздырылады. Газ турбиналарын суды буға айналдыру үшін пайдаланатын станцияларда жылуды қайтару бу генераторлары (ЖҚБГ) деп аталатын қазандықтар қолданылады. Газ турбиналарынан шығатын ысық газдар қыздырылған бу жасауға пайдаланылады, ол кейін газ турбиналық комбиналды цикл станциялары бөлімінде сипатталғандай, дәстүрлі су буын өндіру циклында қолданылады.
Қазандық пеш және бу барабан
Су қазандыққа конвекциялық бөлімдегі экономайзер деп аталатын арна арқылы кіреді. Экономайзерден ол бу барабанына өтеді, ал одан төмен түсетін құбырлар арқылы су қабырғаларының төменгі жағындағы кіреберіс жинағыштарына (коллекторларға) барады. Осы жинағыштардан су пештің су қабырғалары арқылы көтеріледі, онда оның бір бөлігі буға айналады, ал су мен будың қоспасы қайтадан бу барабанына оралады. Бұл процесс табиғи айналым арқылы (өйткені төмен түсетін құбырлардағы су, су қабырғаларындағы су/бу қоспасынан тығыз) немесе сорғылардың көмегімен жүзеге асырылуы мүмкін. Бу барабанында су төмен түсетін құбырларға қайтарылады, ал бу бірнеше бу бөлігіштер мен кептіргіштер арқылы өтеді, олар будан су тамшыларын жояды. Содан кейін құрғақ бу қыздыру тізбектеріне (катушкаларға) ағылады. Қазандық пешінің қосалқы жабдықтарына көмір беру мүндері (создағыштар) мен тұтандырғыш қарулар, күл тазартқыштар, су шашырату, және пештің ішкі жағын бақылау үшін пеш қабырғаларындағы бақылау тесіктері кіреді. Қазанды тоқтатудан кейін кез келген жанғыш газдардың жиналуынан болатын пеш жарылысын болдырмау үшін, көмірді тұтандыру алдында осындай газдарды жану аймағынан шығарып тастау қажет. Бу барабаны (сондай-ақ қыздыру тізбектері мен жинағыштары) бастапқы іске қосу үшін қажетті ауа шығару тесіктерімен және дренаждармен жабдықталған.
Супер жылытқыш
Көбінесе, қатты отынмен жұмыс ілейтін электр станцияларында бу шығаратын пеште суды қыздыру бөлімі болады. Бу бу барабаны ішіндегі кептіру жабдығынан пештегі құбырлар жиынтығына, суперливерге өтеді. Мұнда бу құбырдың сыртындағы ыстық түтін газдарынан қосымша энергия алып, температурасы қанығу температурасынан жоғары көтеріледі, яғни қызып күйді. Содан кейін қызып күйген бу бас бу құбырлары арқылы жоғары қысымды турбинаға дейінгі клапандарға жіберіледі. Ядролық энергиямен жұмыс ілейтін станцияларда мұндай бөлімдер болмайды, бірақ олар негізінен қаныққан күйде бу өндіреді. Эксперименттік ядролық станциялар жалпы станцияның жұмыс шығындарын жақсарту мақсатында қалдық отынмен қыздырылатын суперливерлермен жабдықталған болатын.
Буды конденсациялау
Конденсатор турбинадан шыққан буды сұйықтыққа конденсациялайды, содан кейін оны сорғылауға болады. Егер конденсаторды салқындатуға болады, онда будың қысымы төмендейді және циклдың тиімділігі артады. Жер бетіндегі конденсатор – құбырлар арқылы суыту суын айналдыратын қабықшалы және құбырлы жылу алмастырғыш. Төмен қысымды турбинадан шыққан бу қабықшаға кіреді, онда ол суытылады және іргелес суретте көрсетілгендей құбырлар арқылы ағып, конденсатқа (суға) айналады. Мұндай конденсаторлар буды шығару құрылғыларын немесе бу жағында ауа мен газдарды үнемі шығару үшін роторлық мотормен жұмыс істейтін шығыс құрылғыларын пайдаланады. Ең тиімді нәтижеге жету үшін конденсатордағы температураны мүмкіндігінше төмен ұстап, конденсацияланатын будың қысымын барынша төмендету керек. Конденсатордың температурасы судың бу қысымы атмосфералық қысымнан әлдеқайда төмен болған жағдайда 100 °C-тан төмен ұсталуы мүмкін болғандықтан, конденсатор әдетте вакуумда жұмыс істейді. Осылайша, конденсацияланбайтын ауаның жабық контурға енуіне жол берілмейді. Әдетте, салқындату суы буды шамамен 25 °C (77 °F) температурада конденсациялайды, бұл конденсаторда шамамен абсолюттік қысымды тудырады, яғни атмосфералық қысымға қатысты шамамен вакуумды құрайды. Су буы сұйықтыққа конденсацияланғанда пайда болатын көлемнің үлкен азаюы вакуумды құрады, бұл әдетте турбиналардың тиімділігін арттырады. Шектеуші фактор – салқындату суының температурасы, ол өз кезегінде электр станциясы орналасқан жердегі орташа климаттық жағдайлармен шектеледі (қыс кезінде температураны турбинаның шегінен төмендетуге болады, бұл турбинада шамадан тыс конденсацияға әкелуі мүмкін). Ыстық климатта жұмыс істейтін станциялар конденсаторды салқындату суының көзі жылыса, қуатын азайтуы мүмкін; өкінішке орай, бұл көбінесе ауа райын баптау үшін электр қуатының жоғары сұранысымен бірге жүреді. Конденсатор әдетте атмосфераға қалдық жылуды шығару үшін салқындату мұнарасынан айналымдағы салқындату суын немесе өзен, көл немесе мұхит суын пайдаланады (OTC). АҚШ-та электр станцияларының үштен екісі OTC жүйелерін қолданады, олар көбінесе экологиялық зиян келтіреді. Оларға жылулық ластану және салқындату суын қабылдау кезінде балықтар мен басқа су жануарларының көп мөлшерде өлтірілуі жатады. Конденсатор құбырларында циркуляцияланатын салқындату суының сіңіретін жылуын да суыту қабілетін сақтау үшін алынып тастау керек. Бұл конденсатордан жылы суды табиғи, мәжбүрлі немесе индуцирленген салқындату мұнаралары арқылы (суретте көрсетілгендей) судың температурасын буландыру арқылы 11–17 °C (20–30 °F) дейін төмендету арқылы орындалады, содан кейін қалдық жылу атмосфераға шығарылады. 500 МВт-тық стансадағы салқындату суының айналымы шамамен 14,2 м³/с (500 фут³/с немесе 225 000 АҚШ галлоны/мин) толық жүктемеде. Конденсатор құбырлары әдетте екі жағынан да коррозияға төзімділік үшін тот баспайтын болаттан немесе басқа қорытпалардан жасалады. Дегенмен, олар жұмыс кезінде суыту суындағы бактериялар немесе балдырлар немесе минералдық тұздың жиналуынан ішкі жағынан бүлінуі мүмкін, бұл жылу беруді тежейді және термодинамикалық тиімділікті төмендетеді. Көптеген станцияларда автоматты тазалау жүйесі бар, ол жүйеден шығудың қажеті жоқ, оларды тазалау үшін құбырлар арқылы губкалы шарларды айналдырады. Конденсатордағы буды конденсациялау үшін пайдаланылатын салқындату суы жылынудан басқа өзгеріссіз өзінің бастапқы көзіне қайта оралады. Егер су жергілікті су айдынына (айналмалы салқындату мұнарасына емес) қайтып келсе, онда су айдынына ағып кеткен кезде жылулық соққының алдын алу үшін оны көбінесе салқын "шикі" сумен араластырады. Конденсациялау жүйесінің тағы бір түрі – ауамен салқындатылған конденсатор. Бұл процесс радиатор мен желдеткішпен ұқсас. Бу турбинасының төмен қысым бөлімінен шыққан ыстық бу конденсациялық құбырлар арқылы өтеді, құбырлар әдетте қабырғалы болады және қоршаған орта ауасы үлкен желдеткіш көмегімен қабырғалар арқылы соғылады. Бу суға конденсацияланады және су-бу циклында қайта пайдаланылады. Ауамен салқындатылған конденсаторлар әдетте сумен салқындатылған нұсқаларға қарағанда жоғары температурада жұмыс істейді. Суды үнемдеумен қатар циклдың тиімділігі төмендейді (соның салдарынан электр энергиясының мегаватт сағатына көмірқышқыл газы көбірек шығарылады). Конденсатордың түбінен қуатты конденсат сорғылары конденсацияланған буды (суды) су-бу циклына қайтарады.
Қайта қыздыру
Электр станцияларының пештерінде, құбырлардың сыртынан ыстық түтін газдарымен қыздырылатын қайта қыздыру бөлімі болуы мүмкін. Жоғары қысымды турбинадан шыққан кәдімгі бу осы қыздырылған құбырлар арқылы өтіп, аралық және одан кейін төмен қысымды турбиналарды қозғау алдында қосымша энергия жинайды.
Ауа жолы
Сыртқы желдеткіштер жану үшін жеткілікті ауа беруге арналған. Бастапқы ауа желдеткіші атмосферадан ауа алып, жақсы экономика үшін алдымен ауа жылытқышта ауаны қыздырады. Бастапқы ауа содан кейін көмір ұнтақтағыштарынан өтіп, көмір шаңын пешке тасымалдайды. Екінші ауа желдеткіші атмосферадан ауа алып, жақсы экономика үшін алдымен ауа жылытқышта ауаны қыздырады. Екінші ауа жанарғыштарда көмір/бастапқы ауа ағынымен араласады. Тарту желдеткіші FD желдеткішіне көмектеседі, пештен жану газдарын шығарып, қазандықтың қабығынан жану өнімдерінің сыртқа шығуына жол бермес үшін пештегі қысымды атмосфералық қысымнан сәл төмен ұстайды.
Бу турбина генераторы
Бу турбиналық генератор бір-бірімен байланысқан бірнеше бу турбиналарынан және ортақ біліктен тұрады.
Бу турбинасы
Әдетте бір шетінде жоғары қысымды турбина, содан кейін аралық қысымды турбина, содан кейін бір, екі немесе үш төмен қысымды турбина және генератормен байланысатын вал болады. Бу жүйе арқылы қозғалып, қысым мен жылу энергиясын жоғалтқанда, ол көлемде кеңейеді, қалған энергияны алу үшін әр келесі сатыда диаметрі ұлғайып, ұзын қанаттар қажет болады. Бүкіл айналмалы масса 200 тоннадан астам және 100 фут (30 метр) ұзындығында болуы мүмкін. Ол өте ауыр болғандықтан, тоқтатқан кезде де (минутына 3 айналымда) баяу айналдыру керек, сонда вал тіпті аз ғана бүкпейді және тепе-теңдігін жоғалтпайды. Бұл өте маңызды, сондықтан ол электр станциясындағы авариялық қуат беру батареяларының негізгі алты функциясының бірі болып табылады. (Қалған бесеуі – авариялық жарықтандыру, байланыс, станция дабылы, генератордың сутегі тығыздағыш жүйесі және турбогенератордың майлау майы.) 20-шы ғасырдың соңындағы әдеттегі электр станциясында қазаннан қыздырылған бу диаметрлі құбырлар арқылы жоғары қысымды турбинаға жеткізіледі, онда саты арқылы қысым төмендеп, температура төмендейді. Ол диаметрлі салқындатылған қайта қыздыру желілері арқылы шығып, қайтадан қазанға жіберіледі, онда бу арнайы қайта қыздыру құбырларында қайта қыздырылады. Қайта қыздырылған ыстық бу аралық қысымды турбинаға жіберіледі, онда температура мен қысым төмендеп, тікелей ұзын қанатты төмен қысымды турбиналарға шығады және соңында конденсаторға барады.
Турбогенератор
Генератордың ұзындығы шамамен 9 метр (30 фут), диаметрі 4 метр (12 фут) болып келеді және стационарлық статор мен айналатын ротордан тұрады. Олардың әрқайсысы мильдермен өлшенетін ауыр мыс өткіштермен жабдықталған. Әдетте, тұрақты магнит болмайды, осылайша «қара старттардың» алдын алады. Жұмыс істеген кезде, ол 3000 немесе 3600 айналым/мин жылдамдықпен айналып, электр желісімен синхрондалып, 24000 вольт айнымалы токтан (504 МВт) 21000 амперге дейін қуатты өндіреді. Ротор жоғары жылу беру коэффициентіне және төмен тұтқырлыққа ие болғандықтан таңдалған сутек газымен салқындатылатын герметикалық камерада айналады, бұл желдің кедергісін азайтады. Бұл жүйені іске қосу кезінде арнайы шаралар қабылдау қажет, алдымен камерадағы ауа көмірқышқыл газымен ығыстырылады, содан кейін сутекпен толтырылады. Бұл жоғары жарылғыш сутек-оттегі ортасының қалыптасуына жол бермейді. Электр желісінің жиілігі Солтүстік Америкада 60 Гц, ал Еуропа, Океания, Азияда (Корея және Жапонияның кейбір аймақтары ерекшеліктер) және Африканың кейбір бөліктерінде 50 Гц құрайды. Көрсетілген жиілік үлкен турбиналардың конструкциясына әсер етеді, өйткені олар нақты бір жылдамдыққа қарай жоғары дәрежеде оптимизацияланған. Электр энергиясы тарату станциясына беріледі, онда трансформаторлар кернеуді жоғарылатып, оны тұтынушыға жеткізеді. Бу турбинасымен жұмыс істейтін генераторлар қанағаттанарлық және қауіпсіз жұмыс істеуін қамтамасыз ететін қосымша жүйелермен жабдықталған. Бу турбина генераторы айналмалы жабдық болғандықтан, әдетте ауыр, үлкен диаметрлі білігі болады. Сондықтан білікке тек тіреулер ғана емес, сонымен қатар оны айналу кезінде де бекіту қажет. Айналу кезіндегі үйкеліс кедергісін азайту үшін білікте бірнеше подшипниктер орналасқан. Білік айналатын подшипниктердің қабықтары Баббит металлы сияқты төмен үйкелісті материалмен қапталған. Білік пен подшипник беті арасындағы үйкелісті одан әрі азайту және бөлінетін жылуды шектеу үшін майлау жүйесі қарастырылған.
Газдың жол жүруі және тазарту
Күйдіру түтін газы қазаннан шыққан кезде металл тордан жасалған айналатын жалпақ себет арқылы бағытталады, ол жылуды жинап, себет айналғанда оны кіретін таза ауаға қайтарады. Бұл ауа жылытқышы деп аталады. Қазаннан шығатын газ ұшқыш күлмен толы, ол – өте ұсақ, шар тәрізді күл бөлшектері. Түтін газында азоттан басқа, күйдіру өнімдері – көмірқышқыл газы, күкірт диоксиді және азот оксидтері де бар. Ұшқыш күл маталық сүзгілермен жабдықталған торпақтарда немесе электростатикалық тұндырғыштарда тоқтатылады. Ал алынғаннан кейін ұшқыш күлдің қалдық өнімі бетон жасауға қолданылуы мүмкін. Дегенмен, түтін газдарын тазалау тек тиісті технологиямен жабдықталған станцияларда ғана жүзеге асырылады. Бірақ әлемдегі көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларының көпшілігінде мұндай жабдықтар жоқ. Еуропадағы заңнама түтін газының ластануын азайтуға тиімді болып табылады. Жапония 30 жылдан бері түтін газын тазартатын технологияны қолданып келеді, ал АҚШ – 25 жылдан астам. Қытай енді көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларының қоздыратын ластанумен күресуді бастады. Заңмен талап етілген жағдайларда күкірт және азот оксидтерінің зиянды заттары шығатын газды тазарту қондырғыларында ұнтақталған әк тас немесе басқа сілтілі ылғалды қоспа қолданылып алынады. Ал кейбір құрылғыларда түтін газы ағынынан азот оксидтерінің қосындыларын кетіру үшін катализаторлар пайдаланылады. Газ түтін құбырымен жоғары көтерілгенде температурасы шамамен 50 °C (122 °F) дейін төмендеуі мүмкін. Түтін газы құбырының биіктігі қалған газ компоненттерін атмосфераға тарату үшін әдетте жоғары болады. Әлемдегі ең биік түтін газы құбыры Қазақстандағы Екібастұз ЖЭО-2 электр стансасында орналасқан. АҚШ-та және басқа да көптеген елдерде жергілікті ауаның ластану нормаларын сақтау үшін түтін газы құбырының қажетті биіктігін анықтау үшін атмосфералық таралуды модельдеу зерттеулері қажет. АҚШ сондай-ақ түтін газы құбырының биіктігі "жақсы инженерлік тәжірибе" (GEP) стандартына сәйкес болуын талап етеді. Егер қолданыстағы түтін газы құбыры GEP стандартынан биік болса, оның таралуын модельдеуге қатысты кез келген зерттеулерде нақты биіктік емес, GEP биіктігі қолданылуы тиіс.
Қазандықты тазарту қондырғысы және суды сақтау
Будың үздіксіз шығарылуы және конденсаттың қазанға үздіксіз қайтарылуы болғандықтан, қазандықтың бу барабанында қажетті су деңгейін сақтау үшін соғудан және ағып кетуден болатын шығындарды толықтыру қажет. Осы мақсатта, қазандықтың су жүйесіне үздіксіз су қосылады. Зауытқа келіп түсетін шикі судың ластанушы заттары көбінесе кальций және магний тұздарынан тұрады, олар судың қатаюын тудырады. Қазандықтағы суға құйылатын қатайған су құбырлардың сумен жанасатын беттерінде шөгінділер түзеді, бұл құбырлардың қызып кетуіне және бұзылуына әкеледі. Сондықтан, тұздарды судан жою қажет, және бұл суды минералды тазарту қондырғысы (DM) арқылы жүзеге асырылады. DM қондырғысы әдетте катиондық, аниондық және аралас типтегі ион алмастырғыштардан тұрады. Бұл процестен кейін алынған судың құрамындағы иондар негізінен сутегі иондары мен гидроксид иондарынан тұрады, олар бірігіп таза су түзеді. Атмосферадан оттегі сіңіргеннен кейін, өте таза DM суы өте жоғары оттегіге деген бейімділігіне байланысты коррозияға бейім болады. DM қондырғысының сыйымдылығы шикі судың құрамындағы тұздардың түрі мен мөлшеріне байланысты анықталады. Алайда, DM қондырғысы техникалық қызмет көрсету үшін тоқтатылуы мүмкін болғандықтан, белгілі бір мөлшерде су қоры керек. Осы мақсатта, қазандықты толықтыру үшін үнемі DM суын алатын сақтау резервуары орнатылады. DM суына арналған сақтау резервуары коррозиялық судың әсеріне төтеп бере алатын материалдардан, мысалы, ПВХ-тан жасалған. Құбырлар мен клапандар көбінесе тот баспайтын болаттан жасалады. Кейде, резервуардағы судың ауамен жанасуын болдырмау үшін бумен жабу немесе тот баспайтын болаттан жасалған пончик тәрізді қалқыма орнатылады. DM суы көбінесе беттік конденсатордың бу кеңістігіне (яғни, вакуумдық жағына) қосылады. Бұл құрылым суды бүркіп қана қоймай, сонымен қатар DM суын деаэрациялайды, ал еріген газдар конденсаторға қосылған эжектор арқылы деаэраторға шығарылады.
Отынды дайындау жүйесі
Көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларында көмір сақтау алаңынан алынған шикі көмір алдымен ұсақ бөліктерге ұсатылып, содан кейін қазандықтардағы көмір беру бункерлеріне тасымалданады. Көмір одан әрі өте ұсақ ұнтаққа дейін ұнтақталады. Ұнтақтағыштар шарлы диірмендер, айналмалы барабанды диірмендер немесе басқа да диірмендер болуы мүмкін. Кейбір электр станциялары көмірдің орнына отын майын жағады. Майдың қатып қалуына және сорғылау мүмкін болмауына жол бермеу үшін, майы отын майы сақтау резервуарларында жылы (қаттылану температурасынан жоғары) сақталуы тиіс. Майды әдетте пештің отын майы шашыратқыштары арқылы сорғылау алдында 100 °C-қа дейін қыздырады. Кейбір электр станцияларындағы қазандықтар табиғи газды негізгі отын ретінде пайдаланады. Басқа электр станциялары негізгі отынмен (көмір немесе май) жабдықтау тоқтап қалған жағдайда, табиғи газды қосалқы отын ретінде қолдануы мүмкін. Мұндай жағдайларда қазандық пештерінде жеке газ жағыштары қарастырылады.
Қалқалы құрал
Барабандық құрылғы (немесе "борылу құрылғысы") – агрегат тоқтағаннан кейін турбина генераторының білігін өте төмен жылдамдықпен айналдыратын механизм. Агрегат "істен шығарғаннан" кейін (яғни, бу кіріс клапаны жабылғаннан кейін) турбина тоқтауға дейін баяулайды. Толық тоқтаған кезде, турбина білігі ұзақ уақыт бір күйде қалса, қисайып немесе бүгілуі мүмкін. Бұл себебі турбина корпусының ішіндегі жылу корпустың жоғарғы жартысына жинақталады, сондықтан біліктің жоғарғы жартысы төменгі жартысынан ыстық болады. Осыдан білік миллионнан бір бөлік сантиметрге дейін ауытқып, бүгілуі мүмкін. Бұл шағын білік қисайуы, эксцентриситет өлшегіштерімен ғана анықталады, бірақ агрегатты қайта іске қосылғанда бүкіл бу турбинасы генератор блогында зиянды дірілдер тудыруға жеткілікті. Сондықтан, білік барабандық құрылғы арқылы автоматты түрде төмен жылдамдықпен (номиналды жылдамдықтың шамамен бір пайызы) жеткілікті салқындағанша айналдырылады, содан кейін толық тоқтауға рұқсат етіледі.
Мұнай жүйесі
Бу турбина генераторын іске қосу кезінде майды беру үшін қосымша май жүйесі сорғысы пайдаланылады. Ол бу турбинасының негізгі кіріс буын тоқтату клапаны, басқару клапандары, подшипниктер мен тығыздау май жүйелері, тиісті гидравликалық релелер және басқа да механизмдер үшін қажетті гидравликалық май жүйесін қамтамасыз етеді. Турбина іске қосылғанда, алдын ала белгіленген жылдамдыққа жеткенде, турбинаның негізгі білігімен қозғалатын сорғы қосымша жүйенің қызметтерін өз мойнына алады.
Генераторды салқындату
Кіші генераторлар кіреберісіндегі сүзгілер арқылы тартылатын ауамен салқындатылса, үлкен агрегаттар көбінесе арнайы салқындату жүйелерін қажет етеді. Жылу беру коэффициенті ең жоғары газ болып табылатын және желдің жоғалуын азайтатын төмен тұтқырлығына байланысты, маймен герметикаланған корпуста сутегі газымен салқындату қолданылады. Бұл жүйені іске қосу кезінде арнайы шаралар қабылдау қажет, генератор корпусындағы ауа алдымен көмірқышқыл газымен ығыстырылып, содан кейін сутегімен толтырылады. Бұл өте жанғыш сутегінің ауадағы оттегімен араласпауын қамтамасыз етеді. Корпустың ішіндегі сутегі қысымы сыртқы ауаның енуін болдырмау үшін атмосфералық қысымнан сәл жоғары және жылу беру қабілетін арттыру үшін шамамен екі атмосфераға дейін ұсталады. Сутегінің сыртқа шығуының алдын алу үшін шахта корпустан шығатын жерінде герметикалық жабылу қамтамасыз етілуі керек. Шахтаны айналдыратын механикалық тығыздағыштар кіші турбиналарда шахта мен тығыздағыштар арасында үйкелісті болдырмау үшін өте кішкентай сақина тәрізді кеңістікпен орнатылады, ал үлкен машиналарда лабиринттік тығыздағыштар қолданылады. Тығыздағыш май атмосфераға сутегі газының ағып кетуін болдырмау үшін пайдаланылады. Генератор сумен де салқындатылады. Генератор орамдарының потенциалы шамамен 22 кВ болғандықтан, су құбыры мен генератордың жоғары кернеулі орамдарын қосу үшін тефлон сияқты оқшаулағыш бөгет қолданылады. Төмен өткізгіштігі бар деминерализацияланған су қолданылады.
Генератордың жоғары кернеу жүйесі
Қазіргі заманғы электр желісіне қосылған генераторлардың генератор кернеуі кішірек агрегаттарда 11 кВ-тан басталып, іріктерінде 30 кВ-қа дейін жетеді. Генератордың жоғары кернеулі жетектері, кіші машиналарда қолданылатын кабельдермен салыстырғанда, жоғары токқа ие болғандықтан, әдетте үлкен алюминий арналарынан жасалады. Олар жақсы жерленген алюминий магистральдық құбырлармен қоршалған және тиісті изоляторлармен бекітілген. Генератордың жоғары кернеулі жетектері жергілікті электр желісі арқылы одан әрі тарату үшін жоғары кернеулі электрлік подстанцияға (әдетте 115 кВ-тан 765 кВ-қа дейін) қосу үшін көтергіш трансформаторларға жалғанады. Жоғары кернеулі жетектер үшін қажетті қорғау және өлшеу құралдары да қарастырылған. Осылайша, бу турбиналық генератор және трансформатор бір құрылғыны құрайды. Кішірек агрегаттар генераторларды ортақ шинаға қосу үшін жеке автоматтармен бірге ортақ генератор көтергіш трансформаторын пайдалануы мүмкін.
Бақылау және дабыл беру жүйесі
Электр станциясының көп бөлігі автоматты түрде басқарылады. Дегенмен, кейде қолмен түзетулер қажет болуы мүмкін. Сондықтан, станция операторларын белгілі бір жұмыс параметрлері қалыпты шегінен айтарлықтай кеткен кезде ескертетін мониторлар мен дабыл жүйелерімен жабдықталған.
Батареямен жабдықталатын авариялық жарықтандыру және байланыс
Қажет болған жағдайда электр станциясының басқару жүйелері, байланыс жүйелері, генератордың сутегі тығыздау жүйесі, турбина майлау майы сорғылары және авариялық жарықтандыру сияқты қажетті жабдықтарға шұғыл электр қуатын беру үшін қорғасын-қышқыл аккумуляторлық элементтерден құралған орталық батарея жүйесі қарастырылған. Бұл, төтенше жағдайда агрегаттарды қауіпсіз және зақымсызда тоқтату үшін маңызды.
Айналымдағы су жүйесі
Негізгі турбинаның түтін буының, безді бу конденсаторынан алынған конденсаттың және төмен қысымды жылытқыштан алынған конденсаттың жылу жүктемесін тарату үшін негізгі конденсаторға тоңазытқыш суды үздіксіз жеткізу арқылы конденсацияға қол жеткізіледі. Ішкі электр станцияларының тоңазытқыш суды тұтынуы 2040-2069 жылдарға қарай көптеген жылу электр станциялары үшін электр қуатының қолжетімділігін 20%-ға төмендетуі мүмкін.