Теплоэлектроцентра́ль

Теплоэлектроцентра́ль

Теплоэлектроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

Принцип работы

ТЭЦ конструктивно устроена как  конденсационная электростанция (КЭС). Главное отличие ТЭЦ от КЭС  состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после  того, как он выработает электрическую  энергию. В зависимости от вида паровой  турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара. Отобранный пар конденсируется в сетевых  подогревателях и передает свою энергию  сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные  и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность  перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной  КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки:

тепловому — электрическая нагрузка жёстко зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет)

электрическому — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует (приоритет — электрическая нагрузка).

Совмещение функций генерации  тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении. Это повышает расчетный КПД в целом (80 % у ТЭЦ и 30 % у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ. Основными же показателями экономичности являются: удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС.

При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла  в виде горячей воды и пара, так  как передача тепла на большие  расстояния экономически нецелесообразна.

   Гради́рня (нем. gradieren — сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) — устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower).

В настоящее время градирни в  основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях, ТЭЦ, АЭС). В гражданском строительстве  градирни используются при кондиционировании  воздуха, например, для охлаждения конденсаторов  холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В  промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластических масс, при химической очистке веществ.

Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями  по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха (вентиляторные градирни), а в случае с эжекционными градирнями охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближенной к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающими площадь тепломассообмена, каждая — 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, представляющие собой принцип двойного действия, охлаждая распыляемую жидкость не только снаружи, но и внутри) и особенностями конструкции. При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C, а в случае с описанным эжекционным принципом охлаждения температура оставшейся массы понижается на 7,23 °C.

Как правило, градирни используют там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (озёра, моря).

Простой и дешёвой альтернативой  градирням являются брызгательные  бассейны, где вода охлаждается простым  разбрызгиванием.

Характеристики

Основной параметр градирни — величина плотности орошения — удельная величина расхода воды на 1 м² площади орошения.

Основные конструктивные параметры  градирен определяются технико-экономическим  расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.

Использование градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических  условиях, может быть опасно из-за вероятности  обмерзания градирни. Происходит это  чаще всего в том месте, где  происходит соприкосновение морозного  воздуха с небольшим количеством  теплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя следует обеспечивать равномерное  распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить  за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни (только для градирен с оросителем). Нагнетательные вентиляторы тоже часто подвергаются обледенению из-за неправильного  использования градирни (для вентиляторных градирен). При использовании эжекционных градирен большая часть этих трудностей исчезает, потому что нет ни вентилятора, ни оросителя.

Классификация

В зависимости от типа оросителя, градирни бывают:

плёночные;

капельные;

брызгальные;

сухие.

По способу подачи воздуха:

вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);

башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);

открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию  при движении воздуха через ороситель.

эжекционные, использующие естественный захват воздуха при распылении воды в специальных каналах.

По направлению течения  сред (охлаждаемой воды и воздуха):

с противотоком (наибольший температурный  перепад, наибольшее аэродинамическое сопротивление);

с перекрестным током (меньшее аэродинамическое сопротивление, меньше капельного уноса);

с смешанным током (конструкция градирни содержит и противоток и перекрестный ток).

Вентиляторные градирни до последнего времени были наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивали более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживая большие удельные тепловые нагрузки (однако требуют затрат электрической энергии для привода вентиляторов). Эжекционные градирни выдерживают наибольшие гидравлические нагрузки и способны охлаждать воду с большим перепадом и с очень высоких температур (до 90 °С). Это обусловлено как отсутствием оросителя, так и большой суммарной площадью поверхности мелкодисперсных капель и высокими скоростями водо-воздушных потоков. Затраты электроэнергии на эксплуатацию систем оборотного водоснабжения с эжекционной градирней при грамотной организации схемы водоснабжения и автоматики не превышают затрат на типовые вентиляторные установки.

Интересные факты Самая производительная градирня в мире - градирня для АЭС Исар II в Германии[1] . Она охлаждает 216 000 кубометров воды в час. Ее высота 165 м и основной диаметр 153 м.