Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бұл электр станциясы – электр генераторының бумен жұмыс істейтін электр станциясы. Су қыздырылып, буға айналады және электр генераторын іске қосатын бу турбинасын айналдырады. Турбинадан өткен соң бу конденсаторда конденсатталады. Бу электр станцияларының құрылымындағы ең үлкен айырмашылық – әртүрлі отын көздеріне байланысты. Көмірдің, ядролық, геотермальдық, күн энергиясын пайдаланатын, қалдықтарды өртеу және көптеген табиғи газ электр станцияларының көпшілігі бумен жұмыс істейді. Табиғи газ көбінесе газ турбиналарында да, қазандықтарда да жағылады. Газ турбинасынан шығатын қалдық жылу бу көтеру үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл жалпы тиімділікті арттыратын біріктірілген циклды станцияда қолданылады. Әлемде электр энергиясының көп бөлігі бу электр станциялары арқылы өндіріледі. Балама ретінде кеңінен қолданылатыны – фотоэлектрлік құрылғылар, гидроэлектрлік және жел турбиналарындағы сияқты тікелей механикалық энергияны түрлендіру, сондай-ақ тасқын және толқын энергиясы сияқты кейбір ерекше қолданыстар, сонымен қатар геотермальдық электр станцияларының кейбір түрлері. Бетавольтика немесе химиялық энергияны түрлендіру (электрохимияны қоса алғанда) сияқты әдістердің арнайы қолданысы тек батареялар мен атомдық батареяларда ғана маңызды. Отын жасушалары – болашақтағы сутегі экономикасы үшін ұсынылып отырған балама.
The steam electric power station is a power station in which the electric generator is steam driven. Water is heated, turns into steam and spins a steam turbine which drives an electrical generator. After it passes through the turbine, the steam is condensed in a condenser. The greatest variation in the design of steam electric power plants is due to the different fuel sources. Almost all coal, nuclear, geothermal, solar thermal electric power plants, waste incineration plants as well as many natural gas power plants are steam electric. Natural gas is frequently combusted in gas turbines as well as boilers. The waste heat from a gas turbine can be used to raise steam, in a combined cycle plant that improves overall efficiency. Worldwide, most electric power is produced by steam electric power plants. The only widely used alternatives are photovoltaics, direct mechanical power conversion as found in hydroelectric and wind turbine power as well as some more exotic applications like tidal power or wave power and finally some forms of geothermal power plants. Niche applications for methods like betavoltaics or chemical power conversion (including electrochemistry) are only of relevance in batteries and atomic batteries. Fuel cells are a proposed alternative for a future hydrogen economy.
Тарих
18 ғасырдан бері механикалық қуат көздері ретінде поршенді бу машиналары қолданылып келеді, оларды Джеймс Уатт едәуір жетілдірді. 1882 жылы Нью-Йорк және Лондон қалаларындағы алғашқы коммерциялық орталық электр энергиясын өндіру станциялары да поршенді бу машиналарымен жұмыс істеді. Генераторлардың өлшемдері артқан сайын, турбиналар жоғары тиімділігі мен төмен құрылыс бағасының арқасында оларды ығыстырды. 1920 жылдарға қарай бірнеше мың киловатттан асатын кез келген орталық станция турбинаны негізгі қозғалтқыш ретінде пайдаланды.
Reciprocating steam engines have been used for mechanical power sources since the 18th Century, with notable improvements being made by James Watt. The very first commercial central electrical generating stations in New York and London, in 1882, also used reciprocating steam engines. As generator sizes increased, eventually turbines took over due to higher efficiency and lower cost of construction. By the 1920s any central station larger than a few thousand kilowatts would use a turbine prime mover.
Тиімділік
Кәдімгі бу электр станциясының тиімділігі, станция өндірген энергияны тұтынылған отынның жылулық құндылығына бөлгенде, әдетте 33-48% құрайды, себебі барлық жылу машиналары термодинамика заңдарымен шектеледі (Карно циклын қараңыз). Қалған энергия жылу түрінде станциядан шығып кетуі керек. Бұл ысырапты жылуды салқындату суымен немесе салқындату мұнаралары арқылы жоюға болады. (қосымша жылуды аудандық жылу жүйесі үшін пайдалануға болады). Бу электр станцияларының маңызды класы тұзды суды ажырату қондырғыларымен байланысты, олар көбінесе табиғи газдың мол қоры бар шөлді елдерде кездеседі. Мұндай станцияларда тұщы су мен электр энергиясы бірдей маңызды өнімдер болып табылады. Стацияның тиімділігі негізінен турбинаға кіретін және шығатын будың абсолютті температураларының қатынасымен шектеледі, сондықтан тиімділікті арттыру үшін жоғары температуралы, демек жоғары қысымды буды пайдалану қажет. Тарихи тұрғыдан алғанда, сынап бу турбиналық электр станциясында сынап сияқты басқа жұмыс сұйықтықтары да тәжірибелік түрде қолданылған, себебі олар судан төмен жұмыс қысымдарында жоғары температураға жете алады. Алайда, нашар жылу өткізгіштігі және уыттану қаупінің болуы сынапты жұмыс сұйықтығы ретінде қолданудан шығарды. Басқа бір мүмкіндік – жұмыс сұйықтығы ретінде суперкритикалық сұйықтықты пайдалану. Суперкритикалық сұйықтықтар кейбір қасиеттерімен газдарға, ал басқаларымен сұйықтықтарға ұқсас. Суперкритикалық су немесе суперкритикалық көмірқышқыл газын дәстүрлі бу циклдерінде қол жеткізілетін температурадан әлдеқайда жоғары температураға қыздыруға болады, бұл жоғары жылу тиімділігіне мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл заттарды суперкритикалық күйде ұстап тұру үшін жоғары қысымда (критикалық қысымнан жоғары) ұстау қажет, сонымен қатар коррозия мәселелері де бар.
The efficiency of a conventional steam electric power plant, defined as energy produced by the plant divided by the heating value of the fuel consumed by it, is typically 33 to 48%, limited as all heat engines are by the laws of thermodynamics (See: Carnot cycle). The rest of the energy must leave the plant in the form of heat. This waste heat can be removed by cooling water or in cooling towers. (cogeneration uses the waste heat for district heating). An important class of steam power plants is associated with desalination facilities, which are typically found in desert countries with large supplies of natural gas. In these plants freshwater and electricity are equally important products. Since the efficiency of the plant is fundamentally limited by the ratio of the absolute temperatures of the steam at turbine input and output, efficiency improvements require use of higher temperature, and therefore higher pressure, steam. Historically, other working fluids such as mercury have been experimentally used in a mercury vapour turbine power plant, since these can attain higher temperatures than water at lower working pressures. However, poor heat transfer properties and the obvious hazard of toxicity have ruled out mercury as a working fluid. Another option is using a supercritical fluid as a working fluid. Supercritical fluids behave similar to gases in some respects and similar to liquids in others. Supercritical water or supercritical carbon dioxide can be heated to much higher temperatures than are achieved in conventional steam cycles thus allowing for higher thermal efficiency. However, these substances need to be kept at high pressures (above the critical pressure) to maintain supercriticality and there are issues with corrosion.
Конденсатор
Бу электр станциялары құбырлар арқылы айналымдағы сумен салқындатылатын беткі конденсаторды пайдаланады. Турбинаны айналдыруға қолданылған бу конденсаторға жіберіледі және салқындатылған айналым суымен толтырылған құбырлармен жанасқанда конденсацияланады. Конденсацияланған бу, көбінесе конденсат деп аталады, конденсатордың төменгі жағынан алынып шығарылады. Жақын орналасқан сурет – әдеттегі беткі конденсатордың схемасы. Ең жоғары тиімділікке қол жеткізу үшін конденсатордағы температура мүмкіндігінше төмен ұсталып, конденсацияланатын будың қысымы ең төменгі деңгейге дейін төмендетілуі керек. Конденсатор температурасы судың бу қысымы атмосфералық қысымнан әлдеқайда төмен болатын жағдайда 100°C-тан төмен ұсталуы мүмкін болғандықтан, конденсатор көбінесе вакуум астында жұмыс істейді. Сондықтан, конденсацияланбайтын ауаның жабық контурға енуіне жол берілмеуі тиіс. Ыстық климатта жұмыс істейтін станциялар конденсаторды салқындату суының көзі жылыса, қуатын азайтуға мәжбүр болуы мүмкін; аяқсыз, бұл көбінесе кондиционерлерге электр сұранысы жоғары кезеңдермен сәйкес келеді. Егер салқындатуға қолдануға жарамды су көзі болмаса, салқындату мұнаралары қолданылуы мүмкін. Ірі өзендер немесе көлдер конденсаторларды салқындату үшін жылуды сіңіру ошағы ретінде де пайдаланылуы мүмкін; табиғи су қоймаларында температураның көтерілуі зиянды экологиялық салдарларға әкелуі мүмкін, бірақ кейбір жағдайларда балық өнімділігін жақсартуға да мүмкіндік береді.
Steam electric power plants use a surface condenser cooled by water circulating through tubes. The steam which was used to turn the turbine is exhausted into the condenser and is condensed as it comes in contact with the tubes full of cool circulating water. The condensed steam, commonly referred to as condensate. is withdrawn from the bottom of the condenser. The adjacent image is a diagram of a typical surface condenser. For best efficiency, the temperature in the condenser must be kept as low as practical in order to achieve the lowest possible pressure in the condensing steam. Since the condenser temperature can almost always be kept significantly below 100 °C where the vapor pressure of water is much less than atmospheric pressure, the condenser generally works under vacuum. Thus leaks of non condensable air into the closed loop must be prevented. Plants operating in hot climates may have to reduce output if their source of condenser cooling water becomes warmer; unfortunately this usually coincides with periods of high electrical demand for air conditioning. If a good source of cooling water is not available, cooling towers may be used to reject waste heat to the atmosphere. A large river or lake can also be used as a heat sink for cooling the condensers; temperature rises in naturally occurring waters may have undesirable ecological effects, but may also incidentally improve yields of fish in some circumstances.
Су жылытқышы
Дамбыралы қазандықты қолданатын дәстүрлі бу электр станциясында, беттік конденсатор бу сұйыққа өткеңде буланудың жасырын жылуын алып тастайды. Конденсат сорғысы конденсат суын ағынды су жылытқышы арқылы айдайды, ол турбинаның түрлі сатыларынан алынған буды пайдаланып судың температурасын жоғарылатады. Бұл станцияны пайдалану құнын төмендетіп, сондай-ақ ағынды суды бу циклына қайта енгізгенде қазандық металлының жылулық соққыға ұшырауына жол бермейді.
In the case of a conventional steam electric power plant using a drum boiler, the surface condenser removes the latent heat of vaporization from the steam as it changes states from vapor to liquid. The condensate pump then pumps the condensate water through a feedwater heater, which raises the temperature of the water by using extraction steam from various stages of the turbine. This reduces plant operating costs and also helps to avoid thermal shock to the boiler metal when the feedwater is introduced back into the steam cycle.
Қазандық
Бұл су қазандықтың немесе бу генераторының ішінде болғаннан кейін буланудың жасырын жылуын қосу процесі басталады. Қазандық энергияны суға қандай да бір отын түрін жағудың химиялық реакциясы арқылы береді. Су қазандыққа конвекциялық бөлімдегі экономайзер деп аталатын арна арқылы кіреді. Экономайзерден ол бу барабанына өтеді, одан төмен түсетін құбырлар арқылы төменгі су қабырғаларының кіреберіс бөлігіне түседі. Су кіреберіс бөлігінен су қабырғалары арқылы көтеріледі. Оның бір бөлігі алдыңғы және артқы су қабырғаларында орналасқан жанарлардың (әдетте) қыздыруынан буға айналады. Су қабырғаларынан су-бу қоспасы бу барабанына кіреді және бу мен суды бөлушілердің, содан кейін бу барабаны ішіндегі кептіргіштердің сериясынан өтеді. Буды бөлушілер мен кептіргіштер будан су тамшыларын жояды; турбинаға өткен сұйық су турбина қанатшаларының зиянды тозуына себеп болуы мүмкін. Су қабырғалары арқылы айналым қайталанады. Бұл процесс табиғи айналым деп аталады. Геотермальдық станцияларға қазандық қажет емес, өйткені олар табиғи бу көздерін пайдаланады. Геотермальдық бу өте коррозиялық немесе көп мөлшерде еріген қатты заттарды қамтыған жағдайларда жылу алмастырғыштар қолданылуы мүмкін. Ядролық станцияларда да бу көтеру үшін су қайнатылады, жұмыс буы реактор арқылы тікелей өтеді немесе аралық жылу алмастырғыш пайдаланылады.
Once this water is inside the boiler or steam generator, the process of adding the latent heat of vaporization begins. The boiler transfers energy to the water by the chemical reaction of burning some type of fuel. The water enters the boiler through a section in the convection pass called the economizer. From the economizer, it passes to the steam drum, from where it goes down the downcomers to the lower inlet water wall headers. From the inlet headers, the water rises through the waterwalls. Some of it is turned into steam due to the heat being generated by the burners located on the front and rear waterwalls (typically). From the waterwalls, the water/steam mixture enters the steam drum and passes through a series of steam and water separators and then dryers inside the steam drum. The steam separators and dryers remove water droplets from the steam; liquid water carried over into the turbine can produce destructive erosion of the turbine blades. and the cycle through the waterwalls is repeated. This process is known as natural circulation. Geothermal plants need no boiler since they use naturally occurring steam sources. Heat exchangers may be used where the geothermal steam is very corrosive or contains excessive suspended solids. Nuclear plants also boil water to raise steam, either directly passing the working steam through the reactor or else using an intermediate heat exchanger.
Супер жылытқыш
Бу барабан ішіндегі кептіру жабдығымен өңделгеннен кейін, жоғарғы барабаннан қазандықтың әртүрлі бөліктеріне – супернагреватель және қайта қыздырғыш деп аталатын бөліктерге құбырлар арқылы жіберіледі. Бу энергияны қабылдап, қанығу температурасынан жоғарырақ қыздырылады. Содан кейін қыздырылған бу негізгі бу құбырлары арқылы жоғары қысымды турбина клапандарына тасымалданады.
After the steam is conditioned by the drying equipment inside the drum, it is piped from the upper drum area into an elaborate set up of tubing in different areas of the boiler, the areas known as superheater and reheater. The steam vapor picks up energy and is superheated above the saturation temperature. The superheated steam is then piped through the main steam lines to the valves of the high pressure turbine.