يعتمد مبدأ تشغيل محطة الحرارة والطاقة المدمجة (CHP) على الخاصية الفريدة لبخار الماء - ليكون مبردًا. في حالة ساخنة، تحت الضغط، يتحول إلى مصدر قوي للطاقة، والذي يحرك توربينات محطات الطاقة الحرارية (CHPs) - إرث عصر البخار البعيد بالفعل.

تم بناء أول محطة للطاقة الحرارية في نيويورك في شارع بيرل (مانهاتن) في عام 1882. وبعد مرور عام، أصبحت سانت بطرسبرغ مسقط رأس أول محطة حرارية روسية. ومن الغريب أنه حتى في عصر التكنولوجيا المتقدمة لدينا، لم تجد محطات الطاقة الحرارية بعد بديلاً كاملاً: تبلغ حصتها في قطاع الطاقة العالمي أكثر من 60٪.

وهناك تفسير بسيط لذلك، وهو يتضمن مميزات وعيوب الطاقة الحرارية. "دمها" عبارة عن وقود عضوي - فالفحم وزيت الوقود والصخر الزيتي والجفت والغاز الطبيعي لا يزال من الممكن الوصول إليه نسبيًا، واحتياطياتها كبيرة جدًا.

العيب الكبير هو أن منتجات احتراق الوقود تسبب أضرارا جسيمة للبيئة. نعم، وفي يوم من الأيام سيتم استنفاد المخزن الطبيعي تمامًا، وستتحول الآلاف من محطات الطاقة الحرارية إلى "آثار" صدئة لحضارتنا.

مبدأ التشغيل

في البداية، يجدر تعريف مصطلحي "حزب الشعب الجمهوري" و"حزب الشعب الجمهوري". بعبارات بسيطة، هم أخوات. محطة طاقة حرارية "نظيفة" - محطة طاقة حرارية مصممة حصريًا لإنتاج الكهرباء. اسمها الآخر هو "محطة توليد الطاقة التكثيفية" - IES.

محطة توليد الطاقة والحرارة المشتركة - CHP - نوع من محطات الطاقة الحرارية. وبالإضافة إلى توليد الكهرباء، فإنها توفر الماء الساخن لنظام التدفئة المركزية وللاحتياجات المنزلية.

مخطط تشغيل محطة الطاقة الحرارية بسيط للغاية. يدخل الوقود والهواء الساخن - المؤكسد - إلى الفرن في نفس الوقت. الوقود الأكثر شيوعا في محطات الطاقة الحرارية الروسية هو الفحم المسحوق. تعمل الحرارة الناتجة عن احتراق غبار الفحم على تحويل الماء الداخل إلى الغلاية إلى بخار، والذي يتم بعد ذلك توفيره تحت الضغط إلى التوربينات البخارية. يؤدي التدفق القوي للبخار إلى دورانه، مما يؤدي إلى تشغيل دوار المولد، الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

بعد ذلك، يدخل البخار، الذي فقد بالفعل مؤشراته الأولية بشكل كبير - درجة الحرارة والضغط - إلى المكثف، حيث يتحول مرة أخرى إلى ماء بعد "دش الماء" البارد. ثم تقوم مضخة المكثفات بضخها إلى السخانات المتجددة ثم إلى جهاز إزالة الهواء. هناك، يتم تحرير الماء من الغازات - الأكسجين وثاني أكسيد الكربون، والتي يمكن أن تسبب التآكل. بعد ذلك، يتم إعادة تسخين الماء من البخار وإعادته إلى الغلاية.

إمدادات الحرارة

الوظيفة الثانية التي لا تقل أهمية لـ CHP هي توفير الماء الساخن (البخار) المخصص لأنظمة التدفئة المركزية في المستوطنات القريبة والاستخدام المنزلي. في سخانات خاصة، يتم تسخين الماء البارد إلى 70 درجة في الصيف و120 درجة في الشتاء، وبعد ذلك يتم إمداده بواسطة مضخات شبكية إلى غرفة خلط مشتركة ومن ثم يتم إمداده للمستهلكين من خلال نظام التدفئة الرئيسي. يتم تجديد إمدادات المياه في محطة الطاقة الحرارية باستمرار.

كيف تعمل محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالغاز؟

بالمقارنة مع محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، فإن محطات الطاقة الحرارية المزودة بوحدات توربينات الغاز تكون أكثر إحكاما وصديقة للبيئة. ويكفي أن نقول أن مثل هذه المحطة لا تحتاج إلى غلاية بخارية. وحدة التوربينات الغازية هي في الأساس نفس محرك الطائرات النفاث، حيث، على عكسها، لا ينبعث التيار النفاث في الغلاف الجوي، ولكنه يدور دوار المولد. وفي الوقت نفسه، تكون انبعاثات منتجات الاحتراق ضئيلة.

تقنيات جديدة لحرق الفحم

وتقتصر كفاءة محطات الطاقة الحرارية الحديثة على 34%. لا تزال الغالبية العظمى من محطات الطاقة الحرارية تعمل بالفحم، وهو ما يمكن تفسيره بكل بساطة - فاحتياطيات الفحم على الأرض لا تزال هائلة، وبالتالي فإن حصة محطات الطاقة الحرارية في إجمالي حجم الكهرباء المولدة تبلغ حوالي 25٪.

ظلت عملية حرق الفحم دون تغيير تقريبًا لعدة عقود. ومع ذلك، فقد وصلت هنا أيضًا تقنيات جديدة.

خصوصية هذه الطريقة هي أنه بدلا من الهواء، يتم استخدام الأكسجين النقي المنفصل عن الهواء كعامل مؤكسد عند حرق غبار الفحم. ونتيجة لذلك، تتم إزالة الشوائب الضارة - أكاسيد النيتروجين - من غازات المداخن. ويتم تصفية الشوائب الضارة المتبقية من خلال عدة مراحل من التنقية. يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون المتبقي عند المخرج إلى حاويات تحت ضغط عالٍ ويخضع للدفن على عمق يصل إلى كيلومتر واحد.

طريقة "التقاط وقود الأكسجين".

هنا أيضًا، عند حرق الفحم، يتم استخدام الأكسجين النقي كعامل مؤكسد. فقط على عكس الطريقة السابقة، في لحظة الاحتراق، يتشكل البخار، مما يتسبب في دوران التوربين. ثم تتم إزالة أكاسيد الرماد والكبريت من غازات المداخن ويتم التبريد والتكثيف. يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون المتبقي تحت ضغط 70 ضغطًا جويًا إلى حالة سائلة ويتم وضعه تحت الأرض.

طريقة ما قبل الاحتراق

يتم حرق الفحم في الوضع "العادي" - في غلاية ممزوجة بالهواء. بعد ذلك، تتم إزالة الرماد وأكسيد الكبريت SO 2. بعد ذلك، تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون باستخدام مادة ماصة سائلة خاصة، وبعد ذلك يتم التخلص منه عن طريق الدفن.

خمس من أقوى محطات الطاقة الحرارية في العالم

تعود ملكية البطولة إلى محطة الطاقة الحرارية الصينية Tuoketuo بقدرة 6600 ميجاوات (5 وحدات طاقة × 1200 ميجاوات)، وتشغل مساحة 2.5 متر مربع. كم. وتليها "مواطنتها" - محطة تايتشونغ للطاقة الحرارية بقدرة 5824 ميجاوات. تم إغلاق المراكز الثلاثة الأولى من قبل الأكبر في روسيا Surgutskaya GRES-2 - 5597.1 ميجاوات. في المركز الرابع محطة توليد الطاقة الحرارية Belchatow البولندية - 5354 ميجاوات، والخامس محطة كهرباء Futtsu CCGT (اليابان) - محطة طاقة حرارية تعمل بالغاز بقدرة 5040 ميجاوات.

محطة الطاقة الحرارية هي محطة توليد الطاقة الكهربائية نتيجة تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء احتراق الوقود العضوي (الشكل هـ.1).

هناك محطات توليد طاقة توربينات البخار الحرارية (TPES)، ومحطات توليد طاقة توربينات الغاز (GTPP)، ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة (CGPP). دعونا نلقي نظرة فاحصة على TPES.

الشكل د.1 مخطط TPP

في TPES، يتم استخدام الطاقة الحرارية في مولد البخار لإنتاج بخار الماء عالي الضغط، والذي يحرك دوار التوربينات البخارية المتصل بدوار المولد الكهربائي. الوقود المستخدم في محطات الطاقة الحرارية هذه هو الفحم وزيت الوقود والغاز الطبيعي واللجنيت (الفحم البني) والجفت والصخر الزيتي. تصل كفاءتها إلى 40%، والطاقة – 3 جيجاوات. تسمى TPES التي تحتوي على توربينات تكثيف كمحرك للمولدات الكهربائية ولا تستخدم حرارة بخار العادم لتزويد الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين بمحطات طاقة التكثيف (الاسم الرسمي في الاتحاد الروسي هو محطة كهرباء منطقة الولاية، أو GRES) . تولد محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية حوالي ثلثي الكهرباء المنتجة في محطات الطاقة الحرارية.

تسمى TPES المجهزة بتوربينات التدفئة وإطلاق حرارة البخار العادم للمستهلكين الصناعيين أو البلديين محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)؛ فهي تولد حوالي ثلث الكهرباء المنتجة في محطات الطاقة الحرارية.

هناك أربعة أنواع معروفة من الفحم. ومن أجل زيادة محتوى الكربون، وبالتالي القيمة الحرارية، يتم ترتيب هذه الأنواع على النحو التالي: الخث، والفحم البني، والفحم البيتوميني (الدهني) أو الفحم الصلب والأنثراسيت. في تشغيل محطات الطاقة الحرارية، يتم استخدام النوعين الأولين بشكل رئيسي.

الفحم ليس كربونًا نقيًا كيميائيًا، بل يحتوي أيضًا على مواد غير عضوية (يحتوي الفحم البني على ما يصل إلى 40% من الكربون)، والتي تبقى بعد احتراق الفحم على شكل رماد. قد يحتوي الفحم على الكبريت، أحيانًا على شكل كبريتيد الحديد وأحيانًا كجزء من المكونات العضوية للفحم. يحتوي الفحم عادة على الزرنيخ والسيلينيوم والعناصر المشعة. في الواقع، تبين أن الفحم هو أقذر أنواع الوقود الأحفوري.

عند حرق الفحم، يتكون ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون، بالإضافة إلى كميات كبيرة من أكاسيد الكبريت والجسيمات العالقة وأكاسيد النيتروجين. تعمل أكاسيد الكبريت على إتلاف الأشجار والمواد المختلفة ولها تأثير ضار على الإنسان.

تسمى الجسيمات المنبعثة في الغلاف الجوي عند حرق الفحم في محطات الطاقة "الرماد المتطاير". يتم التحكم بشكل صارم في انبعاثات الرماد. حوالي 10% من الجزيئات العالقة تدخل الغلاف الجوي فعليًا.

تحرق محطة طاقة تعمل بالفحم بقدرة 1000 ميجاوات ما بين 4 إلى 5 ملايين طن من الفحم سنويًا.

وبما أنه لا يوجد تعدين للفحم في إقليم ألتاي، فسوف نفترض أنه يتم جلبه من مناطق أخرى، ويتم بناء الطرق لهذا الغرض، وبالتالي تغيير المشهد الطبيعي.

الملحق هـ

المحطة الحرارية محطة توليد كهرباء تولد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة ميكانيكية لدوران عمود المولد الكهربائي.

العقد الرئيسية

محطات توليد الطاقة الحرارية

مصنع الغلايات

مولد كهرباء

أبراج التبريد

أبراج التبريد

بالإضافة إلى ذلك، تشتمل محطة الطاقة الحرارية على: المحفزات، نظام إمداد زيوت التشحيم، نظام التهوية، أنظمة إطفاء الحرائق، لوحات التوزيع، محولات محطة الطاقة الحرارية، أجهزة مراقبة الشبكة، وحدات التحكم.

هناك محطات توليد طاقة توربينات البخار الحرارية (TPES)، ومحطات توليد طاقة توربينات الغاز (GTPP)، ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة (CGPP).

ومن بين محطات الطاقة الحرارية، تسود محطات توليد الطاقة بالتوربينات البخارية الحرارية (TSPS)، حيث يتم استخدام الطاقة الحرارية في مولد البخار لإنتاج بخار الماء عالي الضغط، والذي يقوم بتدوير دوار التوربين البخاري المتصل بدوار مولد كهربائي (عادةً ما يكون مولد متزامن).

الوقود المستخدم في محطات الطاقة الحرارية هذه هو الفحم (بشكل أساسي)، وزيت الوقود، والغاز الطبيعي، واللجنيت، والجفت، والصخر الزيتي. تصل كفاءتها إلى 40%، والطاقة – 3 جيجاوات.

تسمى TPES التي تحتوي على توربينات تكثيف كمحرك للمولدات الكهربائية ولا تستخدم حرارة بخار العادم لتزويد الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين بمحطات طاقة التكثيف (الاسم الرسمي في الاتحاد الروسي هو محطة كهرباء منطقة الولاية، أو GRES) . تسمى TPES المجهزة بتوربينات التدفئة وإطلاق حرارة البخار العادم للمستهلكين الصناعيين أو البلديين بمحطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP). عند إنشاء محطة للطاقة الحرارية، من الضروري مراعاة القرب من مستهلكي الحرارة في شكل الماء الساخن والبخار، لأن نقل الحرارة عبر مسافات طويلة ليس مجديا اقتصاديا.

وقود مستخدم . يمكن استخدام أنواع الوقود التالية في محطات الطاقة الحرارية: الزيت وزيت الوقود والغاز الطبيعي والفحم. العناصر الرئيسية للوقود هي الكربون والهيدروجين، مع وجود الكبريت والنيتروجين بكميات أقل. قد يحتوي الوقود على مركبات من عناصر أخرى، على سبيل المثال، المعادن (الكبريتيدات والأكاسيد).

هناك أربعة أنواع معروفة من الفحم. ومن أجل زيادة محتوى الكربون، وبالتالي القيمة الحرارية، يتم ترتيب هذه الأنواع على النحو التالي: الخث، والفحم البني، والفحم البيتوميني (الدهني) أو الفحم الصلب والأنثراسيت. في تشغيل محطات الطاقة الحرارية، يتم استخدام النوعين الأولين بشكل رئيسي.

الفحم ليس كربونًا نقيًا كيميائيًا، بل يحتوي أيضًا على مواد غير عضوية (يحتوي الفحم البني على ما يصل إلى 40% من الكربون)، والتي تبقى بعد احتراق الفحم على شكل رماد. قد يحتوي الفحم على الكبريت، أحيانًا على شكل كبريتيد الحديد وأحيانًا كجزء من المكونات العضوية للفحم. يحتوي الفحم عادة على الزرنيخ والسيلينيوم والعناصر المشعة. في الواقع، تبين أن الفحم هو أقذر أنواع الوقود الأحفوري.

عند حرق الفحم، يتكون ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون، بالإضافة إلى كميات كبيرة من أكاسيد الكبريت والجسيمات العالقة وأكاسيد النيتروجين. تعمل أكاسيد الكبريت على إتلاف الأشجار والمواد المختلفة ولها تأثير ضار على الإنسان.

تسمى الجسيمات المنبعثة في الغلاف الجوي عند حرق الفحم في محطات الطاقة "الرماد المتطاير". يتم التحكم بشكل صارم في انبعاثات الرماد. حوالي 10% من الجزيئات العالقة تدخل الغلاف الجوي فعليًا.

تحرق محطة طاقة تعمل بالفحم بقدرة 1000 ميجاوات ما بين 4 إلى 5 ملايين طن من الفحم سنويًا.

وبما أنه لا يوجد تعدين للفحم في إقليم ألتاي، فسوف نفترض أنه يتم جلبه من مناطق أخرى، ويتم بناء الطرق لهذا الغرض، وبالتالي تغيير المشهد الطبيعي.

يستخدم زيت الوقود لتدفئة المباني السكنية والمدارس والمستشفيات كوقود في محطات الطاقة الحرارية بسبب سعره المنخفض نسبيًا ومحتوى الكبريت المنخفض.

وعلى عكس الفحم والنفط، لا يحتوي الغاز الطبيعي على أي كبريت تقريبًا. ومن وجهة النظر هذه، يعتبر الغاز وقودًا صديقًا للبيئة. لكن في حالة استخدام الغاز، تتضرر الطبيعة عند مد آلاف الكيلومترات من خطوط أنابيب الغاز، خاصة في المناطق الشمالية حيث تتركز احتياطيات الغاز الرئيسية.

الأساس الفيزيائي والكيميائي للتفاعلات الجارية. عندما يحترق الوقود، يشكل الكربون والهيدروجين الموجود فيه الأكاسيد المقابلة، والتي يمكن تمثيلها بالمعادلات:

C + O 2  CO 2 + س

2H + 1 / 2O  H2O + س

إذا كانت كمية الأكسجين غير كافية لأكسدة الكربون تماما، فيحدث التفاعل

ج + 1 / 2 يا 2  CO 2 + س

أو يتفاعل جزء من ثاني أكسيد الكربون الناتج مع الكربون مكونًا أول أكسيد الكربون:

ج + ثاني أكسيد الكربون 2  2СО 2 - س

وبالتالي، في ظل ظروف نقص الأكسجين، يمكن إطلاق المزيد من ثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع الاحتراق الكامل، يتم تقليل كمية الحرارة المنبعثة .

عندما يتم حرق الزيت أو الفحم بشكل غير كامل، تتم إزالة المركبات العضوية المتطايرة لتشكل أحد مكونات الدخان، وهو أمر شائع بشكل خاص في المواقد الصغيرة. في الأفران الكبيرة، يتم إشعال المركبات المتطايرة شديدة الاشتعال بواسطة الإشعاع الصادر من جدران الفرن الساخنة وتحترق تمامًا إلى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين.

كما يحترق الكبريت والنيتروجين، وهما جزء من الفحم والنفط، لتكوين أكاسيد. عندما يحترق الكبريت، فإنه ينتج عادة ثاني أكسيد الكبريت:

S + O 2  SO 2

وبدرجة أقل، يحدث مزيد من الأكسدة في اللهب:

2SO 2 + O 2  2SO 3 + س

تحتوي الأكاسيد المتكونة في اللهب العادي على حوالي 1% فقط من SO 3 . على الرغم من أن أنهيدريد الكبريتيك SO 3 يكون مستقرًا عند درجات الحرارة المنخفضة، إلا أن معدل تكوينه في غياب المحفزات يكون ضئيلًا. عند درجات الحرارة المميزة للهب، يكون ثاني أكسيد الكبريت SO 2 أكثر استقرارًا.

أثناء الاحتراق، يتم أيضًا إطلاق أول أكسيد النيتروجين NO. مصدر تكوينه هو جزئيا النيتروجين الموجود في الوقود، أثناء الاحتراق الذي يتأكسد 18-80٪ من النيتروجين. ويتكون أول أكسيد النيتروجين أيضًا نتيجة التفاعل بين الأكسجين الجوي والنيتروجين في اللهب وفي الطبقات المجاورة. يمكن تمثيل التفاعل الذي يحدث على النحو التالي:

ن 2 + يا 2  2NO - س

بمجرد وجوده في الغلاف الجوي، يتحول أول أكسيد النيتروجين ببطء إلى ثاني أكسيد من خلال تفاعلات كيميائية ضوئية معقدة. في شكل مبسط ينزلون إلى رد الفعل

NO + 1 / 2 O 2  NO 2

وبالتالي، فإن غازات العادم في هندسة الطاقة الحرارية تشمل CO 2، CO، H 2 O (البخار)، SO 2 (في كثير من الأحيان SO 3)، NO، NO 2 وغيرها من المواد التي دخولها في الهواء يسبب ضررا كبيرا جميع مكونات المحيط الحيوي.

مصنع الغلايات . تركيب الغلايات - مجموعة من الأجهزة لإنتاج بخار الماء تحت الضغط. يتكون تركيب الغلاية من فرن يتم فيه حرق الوقود العضوي، وغرفة احتراق تمر من خلالها منتجات الاحتراق إلى المدخنة، وغلاية بخارية يغلي فيها الماء. يسمى جزء الغلاية الذي يتلامس مع اللهب أثناء التسخين بسطح التسخين. يتم قياس أداء الغلاية من خلال كمية الماء التي يمكن أن تتبخر خلال ساعة واحدة عند درجة حرارة وضغط معينين.

ينتج مصنع الغلايات بخارًا عالي الضغط، والذي يذهب إلى التوربينات البخارية - المحرك الرئيسي لمحطة الطاقة الحرارية. في التوربين، يتمدد البخار، وينخفض ​​ضغطه، وتتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية. تقوم التوربينة البخارية بتشغيل مولد ينتج تيارًا كهربائيًا.

مبدأ التشغيل. يظهر الرسم التخطيطي لمحطة الطاقة الحرارية في الشكل د.1.

الشكل د.1. - مخطط محطة الطاقة الحرارية

يتم توفير مياه التغذية تحت ضغط عالٍ والوقود والهواء الجوي للاحتراق إلى الغلاية باستخدام مضخة تغذية. تتم عملية الاحتراق في فرن الغلاية - حيث يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية وإشعاعية. تتدفق مياه التغذية من خلال نظام الأنابيب الموجود داخل المرجل. يعد الوقود المحترق مصدرًا قويًا للحرارة، حيث يتم نقله إلى مياه التغذية، والتي يتم تسخينها إلى درجة الغليان وتتبخر. يتم تسخين البخار الناتج في نفس الغلاية فوق نقطة الغليان، إلى حوالي 540 درجة مئوية مع ضغط يتراوح بين 13-24 ميجا باسكال، ويتم إمداده إلى التوربين البخاري من خلال خط أنابيب واحد أو أكثر.

تشكل التوربينات البخارية والمولد الكهربائي والمثير وحدة التوربين بأكملها. في التوربينات البخارية، يتمدد البخار إلى ضغط منخفض جدًا (حوالي 20 مرة أقل من الضغط الجوي)، وتتحول الطاقة الكامنة للبخار المضغوط والمسخن إلى طاقة حركية لدوران دوار التوربين. يقوم التوربين بتشغيل مولد كهربائي، والذي يحول الطاقة الحركية لدوران المولد إلى تيار كهربائي. يتكون المولد الكهربائي من الجزء الثابت، الذي يتم توليد تيار في لفاته الكهربائية، والدوار، وهو مغناطيس كهربائي دوار مدعوم من المثير.

يعمل المكثف على تكثيف البخار القادم من التوربين وخلق فراغ عميق، مما يؤدي إلى تمدد البخار في التوربين. إنه يخلق فراغًا عند مخرج التوربين، فينتقل البخار الداخل إلى التوربين تحت ضغط عالٍ إلى المكثف ويتمدد، مما يضمن تحويل طاقته الكامنة إلى عمل ميكانيكي.

تنتج وحدات الطاقة في محطة الطاقة الحرارية كمية كبيرة من الحرارة، ويتم استخدام سوائل مختلفة لتبريدها. في محطات الطاقة الحرارية، يتم تركيب مبادل حراري على طول مسار سائل التبريد، حيث ينقل سائل تبريد المحرك معظم حرارته إلى سائل آخر - سائل التبريد. عادة ما يستخدم الماء كمبرد، حيث يتم ضمان الحركة القسرية عبر نظام التدفئة بواسطة مضخات الدوران. يؤدي تركيب المبادلات الحرارية إلى مضاعفة الكفاءة الإجمالية لمحطة الطاقة الحرارية مقارنة بمحطة توليد كهرباء تقليدية بنفس السعة - حيث يصل معدل استخدام الطاقة إلى 90%. في محطة توليد كهرباء بسيطة، بدون استخدام الحرارة، يتم استخدام 22-43٪ فقط من الطاقة لإنتاج الكهرباء، والباقي عبارة عن خسائر.

يضيع . يعد إطلاق غازات المداخن في الغلاف الجوي من أخطر آثار محطة الطاقة الحرارية على البيئة.

تعليم الجسيمات (الدخان)أثناء الاحتراق يعتمد على محتوى المواد الصلبة غير القابلة للاحتراق في الوقود وعلى اكتمال احتراق الكربون. في دخان غرف الغلايات التي تعمل تحت الحمل الزائد (مع احتراق غير كامل للوقود فيها) توجد جزيئات الكربون غير المحترقة والمواد غير العضوية. بل على العكس من ذلك، فإن المواقد التي تعمل بالفحم، وخاصة عندما يتم ذريتها، تنتج كمية كبيرة من الدخان. تسمى الجزيئات المنبعثة في الغلاف الجوي عند حرق الفحم في محطات الطاقة الحرارية الرماد المتطاير.

لجمع الرماد من غازات المداخن، يتم تركيب مرشحات من أنواع مختلفة بعد مراوح المنفاخ (الأعاصير، أجهزة غسل الغاز، المرسبات الكهربائية، مرشحات النسيج الأكياس)، والتي تحتفظ بنسبة 90-99٪ من الجزيئات الصلبة. ومع ذلك، فهي ليست مناسبة لتنظيف الدخان من الغازات الضارة. وفي الخارج، ومؤخراً في محطات الطاقة المحلية (بما في ذلك محطات توليد الطاقة من الغاز والنفط)، يجري تركيب أنظمة لإزالة الكبريت من الغاز باستخدام الجير أو الحجر الجيري (ما يسمى deSOx) والاختزال الحفزي لأكاسيد النيتروجين باستخدام الأمونيا (deNOx). ينبعث غاز المداخن المنقى من عادم الدخان إلى المدخنة، ويتم تحديد ارتفاعها من خلال ظروف التشتت

يمكن الحصول على حرارة إضافية أثناء تشغيل محطة الطاقة الحرارية من خلال الاستفادة من حرارة غازات العادم، لأن درجة حرارتها عند مخرج المحرك تصل إلى 500 - 600 درجة مئوية. لاستخدام هذه الحرارة، يتم تثبيت مبادل حراري إضافي على أنبوب العادم، حيث يتم توفير المياه من المبادل الحراري الأول. في هذه الحالة، من الممكن ليس فقط استخدام المزيد من الحرارة - تنخفض درجة حرارة غازات العادم إلى ~ 120 درجة مئوية، ولكن أيضًا زيادة درجة حرارة سائل التبريد بشكل ملحوظ.

بالإضافة إلى الانبعاثات في الغلاف الجوي، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أنه في الأماكن التي تتركز فيها النفايات الناتجة عن محطات الفحم، هناك زيادة كبيرة في الإشعاع الخلفي، مما قد يؤدي إلى جرعات تتجاوز الحد الأقصى المسموح به. ويتركز جزء من النشاط الطبيعي للفحم في الرماد الذي يتراكم بكميات هائلة في محطات توليد الطاقة. توجد العناصر المشعة ومنتجات اضمحلالها في الرماد المتطاير لمحطات الطاقة الحرارية. والسبب هو أن الفحم العادي يحتوي على نظير الكربون المشع C-14، وشوائب البوتاسيوم-40، واليورانيوم-238، والثوريوم-232 ومنتجات اضمحلالها، والتي يتراوح النشاط النوعي لكل منها من عدة وحدات إلى عدة مئات من بيكريل/كجم. . أثناء تشغيل محطات الطاقة الحرارية، تدخل هذه النويدات المشعة مع الرماد المتطاير ومنتجات الاحتراق الأخرى إلى الطبقة الأرضية من الغلاف الجوي والتربة والمسطحات المائية. تعتمد كمية النويدات المشعة المنبعثة في الغلاف الجوي على محتوى رماد الفحم وكفاءة تنظيف مرشحات أجهزة الاحتراق. تنبعث من مصانع CHP بمختلف أنواعها ما بين 1 إلى 20% من إجمالي كمية الرماد المنتجة في الغلاف الجوي.

النفايات الصلبة الناتجة عن محطات الطاقة الحرارية - الرماد والخبث - قريبة من الخبث المعدني في التركيب. ويبلغ إنتاجها حاليا نحو 70 مليون طن سنويا، ونصف هذه النفايات تقريبا عبارة عن رماد ناتج عن حرق الفحم. لا تتجاوز درجة استخدام نفايات الرماد والخبث 1.5-2٪. من حيث التركيب الكيميائي، تتكون هذه النفايات من 80 - 90٪ SiO 2، A1 2 O 3، FeO، Fe 2 O 3، CaO، MgO مع تقلبات كبيرة في محتواها. بالإضافة إلى ذلك، تشمل هذه النفايات بقايا جزيئات الوقود غير المحترقة (0.5-20%)، ومركبات التيتانيوم والفاناديوم والجرمانيوم والجاليوم والكبريت واليورانيوم. يحدد التركيب الكيميائي وخصائص نفايات الرماد والخبث الاتجاهات الرئيسية لاستخدامه.

الجزء الأكبر من الجزء المستخدم من الخبث والرماد يستخدم كمواد خام لإنتاج مواد البناء. وبالتالي، يتم استخدام رماد محطة الطاقة الحرارية لإنتاج الحشوات المسامية الاصطناعية - الرماد والحصى agloporite. في الوقت نفسه، لإنتاج حصى agloporite، يتم استخدام الرماد الذي يحتوي على ما لا يزيد عن 5-10٪ من المواد القابلة للاحتراق، ولإنتاج حصى الرماد، يجب ألا يتجاوز محتوى المواد القابلة للاحتراق في الرماد 3٪. يتم حرق الحبيبات الخام في إنتاج حصى agloporite على شبكات آلات التلبيد وفي إنتاج حصى الرماد - في الأفران الدوارة. ومن الممكن أيضًا استخدام رماد محطات الطاقة الحرارية لإنتاج الحصى الطيني الممتد.

يمكن استخدام الرماد والخبث الناتج عن احتراق الفحم البني والصلب، والجفت والصخر الزيتي، الذي يحتوي على ما لا يزيد عن 5% من جزيئات الوقود غير المحترقة، على نطاق واسع لإنتاج الطوب الجيري الرملي كمواد رابطة إذا كانت تحتوي على 20% على الأقل من CaO. أو كحشوة سيليسية إذا كانت لا تحتوي على أكثر من 5% CaO. يتم استخدام الرماد الذي يحتوي على نسبة عالية من جزيئات الفحم بنجاح في إنتاج الطوب الطيني (الأحمر). يلعب الرماد في هذه الحالة دور مادة مضافة للنفايات والوقود. يعتمد محتوى الرماد المدخل على نوع الطين المستخدم وهو 15-50%، وفي بعض الحالات يمكن أن يصل إلى 80%.

يتم استخدام الرماد الحمضي ونفايات الخبث، وكذلك النفايات الأساسية التي تحتوي على نسبة جيرية حرة أقل من 10%، كمضافات معدنية نشطة في إنتاج الأسمنت. يجب ألا يتجاوز محتوى المواد القابلة للاشتعال في هذه المواد المضافة 5٪. ويمكن استخدام نفس النفايات كمادة مضافة هيدروليكية (10-15٪) للأسمنت. يتم استخدام الرماد الذي يحتوي على نسبة CaO حرة لا تزيد عن 2-3٪ لاستبدال جزء من الأسمنت في عملية تحضير الخرسانة المختلفة. في إنتاج الخرسانة الخلوية المعقمة، يتم استخدام الرماد الصخري المحتوي على ^14% CaO كمكون رابطة، ويستخدم الرماد الناتج عن احتراق الفحم بمحتوى قابل للاحتراق بنسبة 3-5% كمكون سيليسي. إن استخدام نفايات الرماد والخبث في هذه المناطق ليس مربحًا اقتصاديًا فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين جودة المنتجات المقابلة.

يتم استخدام نفايات الرماد والخبث في بناء الطرق. إنها بمثابة مواد خام جيدة لإنتاج منتجات الصوف المعدني. يسمح المحتوى العالي من CaO في رماد الصخر الزيتي والجفت باستخدامه لتقليل حموضة التربة. يستخدم رماد النبات على نطاق واسع في الزراعة كسماد بسبب محتواه الكبير من البوتاسيوم والفوسفور، بالإضافة إلى العناصر الكبيرة والصغرى الأخرى الضرورية للنباتات. يتم استخدام أنواع معينة من نفايات الرماد والخبث كعوامل لمعالجة مياه الصرف الصحي.

وفي بعض الحالات، تصل تركيزات المعادن في الرماد إلى درجة تجعل استخراجها مربحًا اقتصاديًا. يصل تركيز Sr، V، Zn، Ge إلى 10 كجم لكل 1 طن من الرماد. يمكن أن يصل محتوى اليورانيوم في رماد الفحم البني في بعض الرواسب إلى 1 كجم/طن. وفي الرماد الزيتي يصل محتوى U2O5 في بعض الحالات إلى 65%، بالإضافة إلى وجود Mo وNi بكميات كبيرة. وفي هذا الصدد، يعد استخراج المعادن اتجاهًا آخر لمعالجة هذه النفايات. يتم حاليًا استخراج العناصر النادرة والنادرة (على سبيل المثال، Ge وGa) من رماد بعض أنواع الفحم.

ومع ذلك، على الرغم من توفر العمليات المتطورة لإعادة تدوير رماد الوقود ونفايات الخبث، إلا أن مستوى استخدامها لا يزال منخفضا. ومن ناحية أخرى، فإن الاستخدام التكنولوجي الحديث لطاقة الوقود (مقارنة، على سبيل المثال، باستخدامها في محطات الطاقة الحرارية القوية) غير فعال. عند معالجة قضايا حماية البيئة، وخاصة من الآثار الضارة للنفايات الصلبة والغازية، تتبع محطات الطاقة الحرارية مسار استخدام تكنولوجيا الطاقة المتكاملة للوقود. إن الجمع بين المنشآت الصناعية الكبيرة لإنتاج المعادن والمنتجات التقنية الأخرى (خاصة المواد الكيميائية)، وكذلك الغازات المعالجة مع أفران محطات الطاقة الحرارية القوية، سيجعل من الممكن الاستفادة الكاملة من الأجزاء العضوية والمعدنية للوقود، وزيادة درجة من الاستفادة من الحرارة، والحد بشكل حاد من استهلاك الوقود.

وقد تم بالفعل تحقيق بعض التقدم نحو الاستخدام المتكامل للوقود. وهكذا، في بلدنا، تم تطوير وتنفيذ التكنولوجيا الأصلية للاحتراق متعدد المراحل لزيوت الوقود عالية الكبريت، والتي بموجبها يتم تنفيذ الاحتراق غير الكامل أولاً - تغويز الوقود. يتم تبريد الغاز الناتج وتنقيته من مركبات الكبريت والرماد وإدخاله في غرفة الاحتراق في محطة توليد الكهرباء أو في فرن الغلاية البخارية. تعمل الحرارة المنبعثة عند تبريد الغاز على إنتاج بخار عالي الحرارة. يتم إرسال مركبات الكبريت لإنتاج حامض الكبريتيك أو الكبريت العنصري. يتم عزل الفاناديوم والنيكل والمعادن الأخرى من الرماد.

تأثير محطات الطاقة الحرارية على البيئة.

أَجواء . عند حرق الوقود، يتم استهلاك كمية كبيرة من الأكسجين، كما يتم إطلاق كمية كبيرة من منتجات الاحتراق، مثل الرماد المتطاير، وأكاسيد الكربون الغازية، والكبريت والنيتروجين، وبعضها له نشاط كيميائي عالي، والعناصر المشعة الموجودة في الوقود الأصلي. كما يتم إطلاق كميات كبيرة من المعادن الثقيلة، بما في ذلك الزئبق والرصاص.

ومع ذلك، في الوقت الحاضر، بفضل الوضع الأمثل لتحويل الطاقة واستخدام المعدات المحفزة، تتميز محطات الطاقة الحرارية الحديثة بانخفاض انبعاثات المواد الضارة في الغلاف الجوي.

التربة . يتطلب التخلص من كميات كبيرة من الرماد مساحة كبيرة. يتم تقليل هذا التلوث عن طريق استخدام الرماد والخبث كمواد بناء.

يمكن أن تؤدي انبعاثات الرماد المتطاير إلى تلويث التربة داخل دائرة نصف قطرها عدة عشرات من الكيلومترات من محطات الطاقة الحرارية. حول محطة توليد الطاقة الحرارية الحديثة المزودة بنظام جيد لتنقية الغاز، يكون التلوث الإشعاعي للتربة ضئيلًا.

المحيط المائي. يوفر نظام إمداد المياه الفني كمية كبيرة من الماء البارد لتبريد مكثفات التوربينات. وتنقسم الأنظمة إلى التدفق المباشر والمتداول والمختلط. في أنظمة المرور لمرة واحدة، يتم ضخ المياه من مصدر طبيعي (عادةً نهر) ويتم تصريفها مرة أخرى بعد مرورها عبر مكثف. وفي الوقت نفسه، تسخن المياه بحوالي 8-12 درجة مئوية، مما يؤدي في بعض الحالات إلى تغيير الحالة البيولوجية للخزانات. في أنظمة إعادة التدوير، يدور الماء تحت تأثير مضخات التدوير ويتم تبريده بالهواء. يمكن إجراء التبريد على سطح خزانات التبريد أو في الهياكل الاصطناعية: حمامات الرش أو أبراج التبريد.

يوفر نظام معالجة المياه الكيميائية تنقية كيميائية وتحلية عميقة للمياه الداخلة إلى الغلايات البخارية والتوربينات البخارية لتجنب الترسبات على الأسطح الداخلية للمعدات. بالإضافة إلى ذلك، في محطات الطاقة الحرارية، يتم إنشاء أنظمة متعددة المراحل لمعالجة مياه الصرف الصحي الملوثة بالمنتجات البترولية والزيوت ومياه الغسيل والشطف والعواصف والجريان السطحي.

يحدث التلوث الحراري للمياه عند استخدام التبريد المفتوح. ما هي العواقب البيئية للتلوث الحراري على الكائنات المائية؟ أولاً، كانت هناك حالات نفوق للأسماك، على الرغم من أن هذا أمر نادر الحدوث نسبياً. ثانيا، يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على الوظائف الإنجابية للكائنات المائية. على سبيل المثال، يمكن للتراوت البالغ أن يعيش في الماء الدافئ، لكنه لن يتكاثر. تحت تأثير ارتفاع درجات الحرارة تظهر بعض الحشرات في وقت مبكر، والتي تموت بعد ذلك بسبب نقص الغذاء في هذا الوقت من العام. وهذا يعني أنه في وقت لاحق لن يكون هناك ما يكفي من الغذاء لأولئك الذين يتغذون على هذه الحشرات، وما إلى ذلك. قد تحدث تغييرات في سلوك الأسماك تحت تأثير الصدمة الحرارية، مما يسمح للحيوانات المفترسة بالاستيلاء عليها بسهولة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الأسماك التي تتعرض لصدمة حرارية ستكون أكثر عرضة للإصابة بالأمراض. على المدى الطويل، يمكن أن تكون بعض التأثيرات المذكورة مدمرة للسكان مثل الوفاة المباشرة الناجمة عن ارتفاع درجة حرارة المياه.

يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على بنية المجتمع المائي بأكمله. يؤدي تدفق الحرارة الزائدة إلى تبسيط النظم البيئية المائية، ويتناقص عدد الأنواع المختلفة. تأتي التأثيرات الحرارية الأكثر خطورة على النظم البيئية من محطات الطاقة الموجودة في مناخات أكثر دفئًا، حيث تتعرض الكائنات الحية لظروف درجات حرارة قريبة من الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة.

مزايا وعيوب محطات الطاقة الحرارية.

مزايا	عيوب
1. يمكن استخدامها ليس فقط لإمدادات الطاقة، ولكن أيضًا لإمدادات الحرارة للمباني السكنية والعامة والمؤسسات الصناعية	1. يؤدي إنشاء ونقل واستخدام الطاقة الكهربائية إلى التلوث الكهرومغناطيسي للبيئة.
2. نظرًا للتوليد المتزامن للكهرباء وإمدادات الحرارة، تعد محطات الطاقة الحرارية هي الأكثر كفاءة واقتصادية أثناء التشغيل على المدى الطويل. الحد الأقصى للإنتاج الحراري لنظام التدفئة مطلوب لعدة أشهر في السنة، ولتلبية ما يقرب من 60% من استهلاك الحرارة، مطلوب 20% فقط من الناتج الحراري المثبت.	2. يحتوي الفحم والرماد المتطاير على كميات كبيرة من الشوائب المشعة (226 رع، 228 رع، وما إلى ذلك). يؤدي الإطلاق السنوي في الغلاف الجوي في المنطقة التي توجد بها محطة للطاقة الحرارية بقدرة 1 جيجاوات إلى تراكم نشاط إشعاعي في التربة يزيد بمقدار 10 إلى 20 مرة عن النشاط الإشعاعي للانبعاثات السنوية لمحطة للطاقة النووية من نفس القوة.
3. بالتزامن مع توليد الكهرباء عن طريق محطة الطاقة الحرارية، يتم أيضًا تنشيط أنظمة التدفئة. توفر محطات الطاقة الحرارية وسيلة لتغطية الطلب الذروة على الكهرباء مع توليد الحرارة في نفس الوقت.	3. تستهلك محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم وتولد الكهرباء بقدرة 1 جيجاوات سنويا 3 ملايين طن من الفحم، وينبعث منها في البيئة 7 ملايين طن من ثاني أكسيد الكربون، و120 ألف طن من ثاني أكسيد الكبريت، و20 ألف طن من أكاسيد النيتروجين و 750 ألف طن رماد .
4. أكبر مساهمة، أي 80٪ من إجمالي الكهرباء المنتجة في بلادنا، تأتي من محطات الطاقة الحرارية.	4. يؤدي احتراق الوقود المحتوي على الكربون إلى ظهور ثاني أكسيد الكربون CO 2، الذي ينبعث في الغلاف الجوي ويساهم في خلق ظاهرة الاحتباس الحراري.
5. على عكس محطات الطاقة الكهرومائية، يمكن بناء محطات الطاقة الحرارية في أي مكان، وبالتالي تقريب مصادر الكهرباء من المستهلك وتوزيع محطات الطاقة الحرارية بالتساوي على أراضي الدولة أو المنطقة الاقتصادية.	5. يؤدي احتراق الوقود المحتوي على الكربون إلى ظهور أكاسيد الكبريت والنيتروجين. تدخل الغلاف الجوي، وبعد تفاعلها مع بخار الماء في السحب، تشكل أحماض الكبريتيك والنيتريك، التي تسقط على الأرض مع المطر. هكذا يحدث المطر الحمضي.
6. تعمل محطات الطاقة الحرارية على جميع أنواع الوقود العضوي تقريبًا - الفحم المتنوع والصخر الزيتي والوقود السائل والغاز الطبيعي.	6. الطاقة الحرارية تتطلب الاستيلاء على مناطق استخراج الوقود ونقله ومواقع محطات توليد الكهرباء وخطوط الكهرباء ومقالب الخبث

قبل أسبوعين، اختفى الماء الساخن من جميع صنابير نوفودفينسك - ليست هناك حاجة للبحث عن نوع من مكائد الأعداء، فقط جاءت الاختبارات الهيدروليكية إلى نوفودفينسك، وهو الإجراء اللازم لإعداد الطاقة والمرافق في المدينة للجديد موسم الشرب. بدون ماء ساخن، شعرت على الفور وكأنني قروي - وعاء به ماء مغلي على الموقد - للغسيل والحلاقة وغسل الأطباق بالماء البارد، وما إلى ذلك.

وفي الوقت نفسه، نشأ سؤال في رأسي: كيف يتم "صنع" الماء الساخن، وكيف يصل إلى الصنابير في شققنا؟

بالطبع، يتم "تغذية" كل طاقة المدينة بواسطة مصنع أرخانجيلسك لللب والورق، وبشكل أكثر دقة في TPP-1، حيث ذهبت لمعرفة مصدر الماء الساخن والحرارة في شققنا. وافق أندريه بوريسوفيتش زوبوك، كبير مهندسي الطاقة في مصنع أرخانجيلسك لللب والورق، على مساعدتي في بحثي وأجاب على العديد من أسئلتي.

هنا، بالمناسبة، سطح المكتب لكبير مهندسي الطاقة في مصنع اللب والورق في أرخانجيلسك - شاشة يتم فيها عرض مجموعة متنوعة من البيانات، وهاتف متعدد القنوات رن مرارًا وتكرارًا أثناء محادثتنا، ومجموعة من المستندات. ..

أخبرني أندريه بوريسوفيتش كيف تعمل "نظريًا" TPP-1، محطة الطاقة الرئيسية للمحطة والمدينة. إن اختصار TPP - محطة الطاقة الحرارية - يعني أن المحطة لا تولد الكهرباء فحسب، بل تولد أيضًا الحرارة (الماء الساخن والتدفئة)، وقد يكون توليد الحرارة أولوية أعلى في مناخنا البارد.

مخطط تشغيل TPP-1:


تبدأ أي محطة للطاقة الحرارية بلوحة التحكم الرئيسية، حيث تتدفق جميع المعلومات حول العمليات التي تحدث في الغلايات، وتشغيل التوربينات، وما إلى ذلك.

هنا، يمكن رؤية تشغيل التوربينات والمولدات والغلايات على العديد من المؤشرات والأقراص. ومن هنا يتم التحكم في عملية إنتاج المحطة. وهذه العملية معقدة للغاية، لفهم كل شيء، تحتاج إلى دراسة الكثير.

حسنًا، يوجد بالقرب قلب TPP-1 - الغلايات البخارية. هناك ثمانية منهم في TPP-1. وهي هياكل ضخمة يصل ارتفاعها إلى 32 مترا. وفيها تحدث عملية تحويل الطاقة الرئيسية، والتي بفضلها تظهر الكهرباء والماء الساخن في منازلنا - إنتاج البخار.

لكن كل شيء يبدأ بالوقود. يمكن أن يعمل الفحم والغاز والخث كوقود في محطات الطاقة المختلفة. في TPP-1، الوقود الرئيسي هو الفحم، الذي يتم نقله هنا من فوركوتا بالسكك الحديدية.

يتم تخزين جزء منه، والجزء الآخر يذهب عبر الناقلات إلى المحطة، حيث يتم سحق الفحم نفسه أولاً إلى الغبار ثم يتم تغذيته من خلال "أنابيب غبار" خاصة في فرن الغلاية البخارية. لإشعال الغلاية، يتم استخدام زيت الوقود، وبعد ذلك، مع زيادة الضغط ودرجة الحرارة، يتم نقله إلى غبار الفحم.

غلاية البخار هي وحدة لإنتاج البخار عالي الضغط من مياه التغذية التي يتم تزويدها بها بشكل مستمر. يحدث هذا بسبب الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود. تبدو الغلاية نفسها مثيرة للإعجاب للغاية. يزن هذا الهيكل أكثر من 1000 طن! قدرة الغلاية 200 طن بخار في الساعة.

خارجيا، يشبه المرجل مجموعة متشابكة من الأنابيب والصمامات وبعض الآليات. الجو حار بجوار الغلاية، لأن درجة حرارة البخار الخارج من الغلاية تبلغ 540 درجة.

يوجد أيضًا غلاية أخرى في TPP-1 - وهي غلاية Metso حديثة تم تركيبها منذ عدة سنوات مع شبكة Hybex. يتم التحكم في وحدة الطاقة هذه بواسطة جهاز تحكم عن بعد منفصل.

تعمل الوحدة باستخدام تقنية مبتكرة - احتراق الوقود في طبقة مميعة فقاعية (Hybex). لإنتاج البخار، يتم هنا حرق وقود اللحاء (270 ألف طن سنويا) وحمأة الصرف الصحي (80 ألف طن سنويا)، ويتم جلبها هنا من محطات معالجة مياه الصرف الصحي.

تعتبر الغلاية الحديثة أيضًا هيكلًا ضخمًا يزيد ارتفاعه عن 30 مترًا.

يدخل وقود الحمأة واللحاء إلى المرجل من خلال هذه الناقلات.

ومن هنا، بعد التحضير، يذهب خليط الوقود مباشرة إلى فرن الغلاية.

يوجد مصعد في مبنى المرجل الجديد في TPP-1. الأمر فقط أنه لا توجد أرضيات بالشكل المألوف لسكان المدينة العاديين - هناك ارتفاع لعلامة الخدمة - لذلك ينتقل المصعد من علامة إلى أخرى.

ويعمل في المحطة أكثر من 700 شخص. هناك ما يكفي من العمل للجميع - المعدات تتطلب الصيانة والمراقبة المستمرة من قبل الموظفين. ظروف العمل في المحطة صعبة - درجات الحرارة المرتفعة والرطوبة والضوضاء وغبار الفحم.

وهنا يقوم العمال بإعداد الموقع لبناء غلاية جديدة - وسيبدأ بنائه العام المقبل.

هنا يتم تحضير الماء للغلاية. في الوضع التلقائي، يتم تخفيف الماء من أجل تقليل التأثير السلبي على شفرات الغلاية والتوربينات (بالفعل في الوقت الذي يتحول فيه الماء إلى بخار).

وهذه هي قاعة التوربينات - يأتي البخار من الغلايات هنا، وهنا يدور توربينات قوية (هناك خمسة في المجموع).

رؤية جانبية:

في هذه القاعة يعمل البخار: مروراً بمسخنات البخار، يتم تسخين البخار إلى درجة حرارة 545 درجة ويدخل إلى التوربين، حيث يدور دوار مولد التوربين تحت ضغطه، وبالتالي يتم توليد الكهرباء.

الكثير من أجهزة قياس الضغط.

ولكن ها هو - توربين، حيث يعمل البخار و"يدير" المولد. هذا هو التوربين رقم 7 وبالتالي المولد رقم 7.

المولد الثامن والتوربين الثامن. وتختلف قوة المولدات، لكنها في المجمل قادرة على إنتاج حوالي 180 ميجاوات من الكهرباء - وهذه الكهرباء تكفي احتياجات المحطة نفسها (التي تبلغ حوالي 16%)، ولاحتياجات إنتاج المنطقة. مصنع أرخانجيلسك لللب والورق، ولتوفير "مستهلكي الطرف الثالث" (حوالي 5٪ من الطاقة المولدة).

تشابك الأنابيب رائع.

يتم الحصول على الماء الساخن للتدفئة (الشبكة) عن طريق تسخين الماء بالبخار في المبادلات الحرارية (الغلايات). يتم ضخها إلى الشبكة بواسطة هذه المضخات - يوجد ثمانية منها في TPP-1. بالمناسبة، يتم إعداد وتنقية المياه "للتدفئة" خصيصًا، وعند الخروج من المحطة تلبي متطلبات مياه الشرب. من الناحية النظرية يمكن شرب هذه المياه، لكن لا ينصح بشربها بسبب وجود كمية كبيرة من منتجات التآكل في أنابيب شبكات التدفئة.

وفي هذه الأبراج - قسم من الورشة الكيميائية TPP-1 - يتم تحضير المياه، والتي تضاف إلى نظام التدفئة، بسبب استهلاك جزء من الماء الساخن - يجب تجديده.

ثم يتدفق الماء الساخن (المبرد) عبر خطوط الأنابيب ذات المقاطع العرضية المختلفة، لأن TPP-1 لا يسخن المدينة فحسب، بل يسخن أيضًا المباني الصناعية للمصنع.

و"تخرج" الكهرباء من المحطة عبر أجهزة توزيع الكهرباء والمحولات وتنتقل إلى نظام الطاقة الخاص بالمحطة والمدينة.

بالطبع، يوجد أنبوب في المحطة - هذا "المصنع السحابي" ذاته. هناك ثلاثة أنابيب من هذا القبيل في TPP-1. الأعلى هو أكثر من 180 مترا. كما اتضح فيما بعد، فإن الأنبوب عبارة عن هيكل مجوف حيث تتلاقى قنوات الغاز من الغلايات المختلفة. قبل دخول المدخنة، تخضع غازات المداخن لنظام إزالة الرماد. يحدث هذا في الغلاية الجديدة في المرسب الكهربائي. الدرجة الفعالة لتنقية غاز المداخن هي 99.7%. في غلايات الفحم، يتم التنظيف بالماء - وهذا النظام أقل كفاءة، ولكن لا يزال يتم التقاط معظم "الانبعاثات".

اليوم، تجري أعمال التجديد على قدم وساق في TPP-1: وإذا كان من الممكن إصلاح المبنى في أي وقت...

...ثم لا يمكن إجراء الإصلاحات الرئيسية للغلايات أو التوربينات إلا في فصل الصيف خلال فترات انخفاض الأحمال. بالمناسبة، هذا هو بالضبط سبب إجراء "الاختبارات الهيدروليكية". تعد الزيادة المبرمجة في الحمل على أنظمة الإمداد الحراري ضرورية، أولاً، للتحقق من موثوقية اتصالات المرافق، وثانيًا، تتاح لمهندسي الطاقة الفرصة "لتصريف" سائل التبريد من النظام واستبدال، على سبيل المثال، قسم من يضخ. يعد إصلاح معدات الطاقة مهمة مكلفة تتطلب مؤهلات خاصة وإذنًا من المتخصصين.

خارج المصنع، يتدفق الماء الساخن (المعروف أيضًا باسم المبرد) عبر الأنابيب - ثلاثة "مخارج" للمدينة تضمن التشغيل المتواصل لنظام التدفئة في المدينة. النظام مغلق، الماء يدور فيه باستمرار. وفي أبرد أوقات السنة، تصل درجة حرارة الماء الخارج من المحطة إلى 110 درجة مئوية، ويعود المبرد بعد أن برد بمقدار 20-30 درجة. في الصيف تنخفض درجة حرارة الماء - المعيار عند الخروج من المحطة هو 65 درجة مئوية.

بالمناسبة، لا يتم إيقاف تشغيل الماء الساخن والتدفئة في محطات الطاقة الحرارية، ولكن مباشرة في المنازل - ويتم ذلك من قبل شركات الإدارة. تقوم محطة الطاقة الحرارية "بإيقاف" المياه مرة واحدة فقط - بعد الاختبارات الهيدروليكية، من أجل إجراء الإصلاحات. بعد الإصلاحات، يقوم مهندسو الطاقة بملء النظام تدريجيًا بالماء - لدى المدينة آليات خاصة لتصريف الهواء من النظام - تمامًا كما هو الحال في البطاريات الموجودة في مبنى سكني عادي.

النقطة الأخيرة للمياه الساخنة هي نفس الصنبور في أي من شقق المدينة، ولكن الآن لا يوجد ماء فيها - الاختبارات الهيدروليكية.

هذا هو مدى صعوبة "القيام" بشيء يصعب بدونه تخيل حياة أحد سكان المدينة الحديثة - الماء الساخن.

1 – مولد كهربائي. 2 – التوربينات البخارية. 3 – لوحة التحكم . 4 - مزيل الهواء. 5 و 6 – المخابئ. 7 - فاصل. 8 – الإعصار. 9 - المرجل. 10 – سطح التسخين (مبادل حراري) ؛ 11 - مدخنة. 12 – غرفة التكسير 13 – مستودع الوقود الاحتياطي . 14 - النقل. 15 – جهاز التفريغ. 16 - الناقل. 17 - عادم الدخان. 18 – القناة 19 - الماسك الرماد. 20 - مروحة. 21 – صندوق الاحتراق 22 - مطحنة. 23 – محطة الضخ. 24 - مصدر المياه. 25 - مضخة الدورة الدموية. 26 – السخان المتجدد ذو الضغط العالي . 27 – مضخة التغذية . 28 - مكثف. 29 – محطة معالجة المياه الكيميائية . 30 - محول تصاعدي؛ 31 – سخان متجدد الضغط المنخفض. 32- مضخة المكثفات.

يوضح الرسم البياني أدناه تكوين المعدات الرئيسية لمحطة الطاقة الحرارية والترابط بين أنظمتها. باستخدام هذا الرسم البياني، يمكنك تتبع التسلسل العام للعمليات التكنولوجية التي تحدث في محطات الطاقة الحرارية.

التسميات على مخطط TPP:

1. اقتصاد الوقود؛
2. تحضير الوقود
3. مسخن متوسط
4. جزء الضغط العالي (HPV أو CVP)؛
5. جزء الضغط المنخفض (LPP أو LPC)؛
6. مولد كهربائي؛
7. محول مساعد
8. محول الاتصالات
9. المفاتيح الكهربائية الرئيسية
10. مضخة المكثفات؛
11. مضخة الدورة الدموية؛
12. مصدر إمدادات المياه (على سبيل المثال، النهر)؛
13. (PND)؛
14. محطة معالجة المياه (WPU)؛
15. مستهلك الطاقة الحرارية
16. عودة مضخة المكثفات.
17. مزيل الهواء.
18. مضخة تغذية؛
19. (PVD)؛
20. إزالة الخبث
21. مكب الرماد.
22. عادم الدخان (DS) ؛
23. مدخنة؛
24. مروحة منفاخ (DV) ؛
25. الماسك الرماد

وصف المخطط التكنولوجي TPP:

بتلخيص كل ما سبق نحصل على تكوين محطة الطاقة الحرارية:

• إدارة الوقود ونظام إعداد الوقود؛
• تركيب الغلاية: مزيج من الغلاية نفسها والمعدات المساعدة؛
• تركيب التوربينات: التوربينات البخارية ومعداتها المساعدة؛
• تركيب معالجة المياه وتنقية المكثفات؛
• نظام إمدادات المياه الفني.
• نظام إزالة الرماد (لمحطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالوقود الصلب)؛
• المعدات الكهربائية ونظام التحكم في المعدات الكهربائية.

تشمل مرافق الوقود، حسب نوع الوقود المستخدم في المحطة، جهاز الاستقبال والتفريغ، وآليات النقل، ومرافق تخزين الوقود للوقود الصلب والسائل، وأجهزة الإعداد الأولي للوقود (محطات تكسير الفحم). تشتمل منشأة زيت الوقود أيضًا على مضخات لضخ زيت الوقود وسخانات زيت الوقود والمرشحات.

يتكون تحضير الوقود الصلب للاحتراق من طحنه وتجفيفه في معمل تحضير الغبار، ويتكون تحضير زيت الوقود من تسخينه وتنظيفه من الشوائب الميكانيكية، وفي بعض الأحيان معالجته بإضافات خاصة. مع وقود الغاز، كل شيء أسهل. يتم تحضير وقود الغاز بشكل أساسي لتنظيم ضغط الغاز أمام شعلات الغلايات.

يتم توفير الهواء اللازم لاحتراق الوقود إلى مساحة الاحتراق للغلاية بواسطة مراوح المنفاخ (AD). يتم امتصاص منتجات احتراق الوقود - غازات المداخن - بواسطة عوادم الدخان (DS) ويتم تفريغها عبر المداخن إلى الغلاف الجوي. مجموعة من القنوات (قنوات الهواء والمداخن) وعناصر مختلفة من المعدات التي يمر من خلالها غازات الهواء والمداخن تشكل مسار الهواء الغازي لمحطة الطاقة الحرارية (محطة التدفئة). تشكل عوادم الدخان والمداخن ومراوح المنفاخ المضمنة فيها تركيبًا مسودة. في منطقة احتراق الوقود، تخضع الشوائب غير القابلة للاحتراق (المعدنية) المتضمنة في تركيبها لتحولات كيميائية وفيزيائية ويتم إزالتها جزئيًا من المرجل على شكل خبث، ويتم نقل جزء كبير منها بعيدًا عن طريق غازات المداخن في شكل جزيئات الرماد الصغيرة. لحماية الهواء الجوي من انبعاثات الرماد، يتم تركيب مجمعات الرماد أمام عادم الدخان (لمنع تآكل الرماد).

عادةً ما تتم إزالة الخبث والرماد الملتقط هيدروليكيًا إلى مقالب الرماد.

عند حرق زيت الوقود والغاز، لا يتم تركيب مجمعات الرماد.

عند حرق الوقود، يتم تحويل الطاقة المرتبطة كيميائيا إلى طاقة حرارية. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل منتجات الاحتراق، والتي في أسطح تسخين الغلاية تعطي الحرارة إلى الماء والبخار المتولد منه.

إن مجمل المعدات وعناصرها الفردية وخطوط الأنابيب التي يتحرك من خلالها الماء والبخار تشكل مسار الماء والبخار في المحطة.

في الغلاية، يتم تسخين الماء إلى درجة حرارة التشبع، ويتبخر، ويسخن البخار المشبع المتكون من ماء الغلاية المغلي. من المرجل، يتم إرسال البخار المسخن عبر خطوط الأنابيب إلى التوربين، حيث يتم تحويل طاقته الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، تنتقل إلى عمود التوربين. يدخل البخار المنبعث من التوربين إلى المكثف وينقل الحرارة إلى ماء التبريد ويتكثف.

في محطات الطاقة الحرارية الحديثة ومحطات الطاقة والحرارة المدمجة بوحدات بسعة وحدة تبلغ 200 ميجاوات وما فوق، يتم استخدام التسخين المتوسط ​​للبخار. في هذه الحالة يتكون التوربين من جزأين: جزء عالي الضغط وجزء منخفض الضغط. يتم إرسال البخار المنضب في الجزء عالي الضغط من التوربين إلى جهاز التسخين المتوسط، حيث يتم توفير حرارة إضافية له. بعد ذلك يعود البخار إلى التوربين (إلى جزء الضغط المنخفض) ومنه يدخل إلى المكثف. يزيد التسخين المتوسط ​​للبخار من كفاءة وحدة التوربينات ويزيد من موثوقية تشغيلها.

يتم ضخ المكثفات من المكثف بواسطة مضخة تكثيف، وبعد مرورها عبر سخانات الضغط المنخفض (LPH)، تدخل إلى جهاز نزع الهواء. هنا يتم تسخينه بالبخار إلى درجة حرارة التشبع، في حين يتم إطلاق الأكسجين وثاني أكسيد الكربون منه وإزالتهما في الغلاف الجوي لمنع تآكل المعدات. يتم ضخ الماء منزوع الهواء، والذي يسمى مياه التغذية، من خلال سخانات الضغط العالي (HPH) إلى المرجل.

يتم تسخين المكثفات الموجودة في HDPE وجهاز نزع الهواء، بالإضافة إلى مياه التغذية في HDPE، بواسطة البخار المأخوذ من التوربين. تعني طريقة التسخين هذه إعادة (تجديد) الحرارة إلى الدورة وتسمى بالتسخين المتجدد. فبفضله يتم تقليل تدفق البخار إلى المكثف، وبالتالي كمية الحرارة المنقولة إلى ماء التبريد، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة محطة التوربين البخاري.

تسمى مجموعة العناصر التي توفر مياه التبريد للمكثفات بالنظام الفني لإمداد المياه. ويشمل ذلك: مصدر إمداد المياه (نهر، خزان، برج تبريد)، مضخة دوران، أنابيب مياه مدخل ومخرج. في المكثف، يتم نقل ما يقرب من 55٪ من حرارة البخار الداخل إلى التوربين إلى الماء المبرد؛ ولا يستخدم هذا الجزء من الحرارة لتوليد الكهرباء ويضيع بلا فائدة.

يتم تقليل هذه الخسائر بشكل كبير إذا تم أخذ البخار المنضب جزئيًا من التوربين واستخدام حرارته لتلبية الاحتياجات التكنولوجية للمؤسسات الصناعية أو لتسخين المياه للتدفئة وإمدادات المياه الساخنة. وبالتالي، تصبح المحطة محطة مشتركة للحرارة والطاقة (CHP)، مما يوفر توليدًا مشتركًا للطاقة الكهربائية والحرارية. يتم تركيب توربينات خاصة مع استخلاص البخار في محطات الطاقة الحرارية - ما يسمى بتوربينات التوليد المشترك للطاقة. يتم إرجاع مكثفات البخار التي يتم تسليمها إلى مستهلك الحرارة إلى محطة الطاقة الحرارية بواسطة مضخة إرجاع المكثفات.

في محطات الطاقة الحرارية، هناك فقدان داخلي للبخار والمكثفات بسبب عدم إحكام مسار البخار والماء، بالإضافة إلى الاستهلاك غير القابل للاسترداد للبخار والمكثفات للاحتياجات الفنية للمحطة. وهي تشكل حوالي 1 - 1.5% من إجمالي استهلاك البخار للتوربينات.

في محطات الطاقة الحرارية قد يكون هناك أيضًا فقد خارجي للبخار والمكثفات المرتبطة بإمداد الحرارة للمستهلكين الصناعيين. في المتوسط ​​هم 35 - 50٪. ويتم تعويض الفاقد الداخلي والخارجي من البخار والمكثفات بمياه إضافية تمت معالجتها مسبقًا في محطة معالجة المياه.

وبالتالي، فإن مياه تغذية الغلايات عبارة عن خليط من مكثفات التوربينات ومياه المكياج.

تشتمل المعدات الكهربائية للمحطة على مولد كهربائي، ومحول اتصالات، ولوحة مفاتيح رئيسية، ونظام إمداد الطاقة للآليات الخاصة بالمحطة من خلال محول مساعد.

يقوم نظام التحكم بجمع ومعالجة المعلومات حول التقدم المحرز في العملية التكنولوجية وحالة المعدات، والتحكم الآلي وعن بعد في الآليات وتنظيم العمليات الأساسية، والحماية التلقائية للمعدات.