Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)"

Тепловая паротурбинная электростанция

Теплова'я паротурби'нная электроста'нция (ТПЭС), тепловая электростанция , на которой для привода электрического генератора используется паровая турбина (ПТ). Основное назначение ТПЭС, как и любой электростанции , – производство электрической энергии. Крупные ТПЭС (рис. 1 ), отпускающие потребителям только электрическую энергию, в СССР называются ГРЭС (Государственными районными электрическими станциями). Такие ТПЭС оборудуют ПТ с глубоким расширением и конденсацией пара в конденсаторах, охлаждаемых циркуляционной водой (см. Конденсационная электростанция ). ТПЭС, отпускающие потребителям, помимо электрической энергии, также и тепловую, получаемую от отработавшего в турбине пара, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Первые ТПЭС появились в начале 20 в., когда паровые машины и дизели , использовавшиеся для привода электрических генераторов на электростанциях, стали вытесняться ПТ, обладающими высокой равномерностью хода и обеспечивающими выработку тока постоянной частоты. Прогресс в турбостроении привёл к тому, что мощность ПТ на ТПЭС, характеризуемая электрической мощностью соединённого с турбиной генератора, возросла от нескольких Мвт (на первых ТПЭС) до сотен Мвт; разработаны и действуют ПТ мощностью свыше 1 Гвт.

  Обычно ПТ соединяют с генератором непосредственно, без промежуточной передачи, образуя паровой турбоагрегат, отличающийся компактностью, надёжностью и высоким кпд. Турбоагрегат можно практически полностью автоматизировать и в результате осуществлять управление им с центрального пульта управления.

  Необходимый для ПТ пар вырабатывается в парогенераторе (см. Котлоагрегат ). Использование пара с высокими параметрами (давлением и температурой) увеличивает удельную работу пара, уменьшает расход пара, тепла и топлива, то есть увеличивает кпд ТПЭС. Поэтому в СССР на крупных ТПЭС к ПТ подводят пар под давлением ~13—14 и ~24—25 Мн/м² (за рубежом, кроме того, ~ 16 Мн/м² ) и при температуре около 540– 560 °С. Производительность парогенераторов на ГРЭС достигает 1600—4600 т/ч (при мощности турбоагрегата 500– 1380 Мвт ), на ТЭЦ – 500—1000 т/ч (при мощности турбоагрегата 100– 250 Мвт ). Современные ТПЭС работают по термодинамическому циклу, основой которого служит цикл Ренкина водяного пара. Необходимое давление пара обеспечивается подачей в парогенератор соответствующего количества подлежащей превращению в пар воды (посредством питательного насоса). Нужная температура пара достигается его перегревом в пароперегревателе парогенератора; вместе с тем производится промежуточный перегрев пара: пар из промежуточной ступени турбины отводят в котельную для повторного перегрева, а затем направляют в следующую ступень турбины. Турбоагрегат и снабжающий его паром парогенератор с их вспомогательным оборудованием и трубопроводами пара и воды образуют энергоблок ТПЭС.

  В качестве питательной воды для парогенераторов используют конденсат отработавшего в турбине пара, подогреваемый паром регенеративных отборов турбины. Число ступеней регенеративного подогрева воды достигает 7—9 (по числу регенеративных отборов). Часто одна из ступеней подогрева служит для деаэрации (см. Деаэратор ) – удаления растворённых в воде газов (кислорода и др.).

  Питательные и конденсатные насосы, регенеративные подогреватели, деаэраторы относятся к вспомогательному оборудованию турбинной установки. Вспомогательное оборудование парогенераторной установки, работающей на твёрдом топливе, составляют пылеприготовительное оборудование и золоуловители, дутьевые вентиляторы, подающие воздух в топочную камеру парогенератора, и дымососы, отсасывающие продукты сгорания топлива (дымовые газы удаляются в атмосферу через дымовые трубы высотой 150—360 м ). В парогенераторах на газомазутном топливе, работающих с избыточным давлением в топочной камере и в газоходах, вместо дутьевых вентиляторов используют воздуходувки с повышенным напором; дымососы при этом не требуются. Общие вспомогательные производственные установки и сооружения ТПЭС – установки и сооружения технического водоснабжения , топливного и зольного хозяйства. Основное назначение технического водоснабжения – обеспечение турбоагрегатов водой, необходимой для охлаждения отработавшего пара (на конденсационных электростанциях расход воды составляет свыше 30 м³/сек в расчёте на турбину мощностью около 1 Гвт ). Источником водоснабжения могут быть река, озеро, море. Большей частью применяют оборотное водоснабжение, с сооружением охлаждающих прудов (на конденсационных электростанциях) или градирен (преимущественно на ТЭЦ), реже – прямоточное водоснабжение, с однократным пропусканием охлаждающей воды через конденсаторы турбин. Топливное хозяйство ТПЭС, использующей твёрдое топливо (преимущественно уголь), включает разгрузочные устройства, систему ленточных конвейеров, подающих топливо в бункеры парогенераторов, топливный склад с необходимыми механизмами и транспортными устройствами, дробильное оборудование. Шлак (в твёрдом или жидком виде) из топочных камер удаляют водой по смывным каналам; затем шлако-водяную смесь центробежными насосами перекачивают в золоотвалы. Летучую золу, уловленную в золоуловителях, удаляют с помощью воды или воздуха. При использовании в качестве топлива мазута в топливное хозяйство входят мазутные баки, насосы, подогреватели, трубопроводы.

  Главный корпус ТПЭС (в котором размещены энергоблоки), вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и пр. размещают на производственной территории ТПЭС (пл. 30—70 га ). Территорию для конденсационной электростанции выбирают вне городов, возможно ближе к источнику водоснабжения и топливной базе. ТЭЦ располагают вблизи потребителей тепла.

  Как и всякая электростанция, ТПЭС должна иметь высокую надёжность, обладать свойством манёвренности и быть экономичной. Надёжность оборудования ТПЭС должна быть достаточной для того, чтобы в каждый момент времени ТПЭС могла развивать мощность, равную мощности электрической нагрузки (изменяющейся во времени), и обеспечивать необходимое качество электроэнергии в энергосистеме . Надёжность оборудования и энергоблоков ТПЭС, зависящую, в частности, от обеспечения требуемого водного режима, чистоты пара, конденсата и воды в пароводяном тракте электростанции, оценивают готовности коэффициентом , т. е. относит. продолжительностью нахождения агрегата или энергоблока в работе и в состоянии готовности к работе (в резерве). Величина коэффициента готовности энергоблока определяется соответствующими показателями турбоагрегата и парогенератора и находится в пределах 0,85—0,90. Манёвренность обеспечивает быстрое изменение мощности электростанции в соответствии с изменением мощности нагрузки. Экономичность электростанции характеризуется величиной расчётных удельных затрат на производство 1 квтч электроэнергии. Расчётные удельные затраты определяются единовременными (за годы строительства станции) капиталовложениями, а также ежегодными издержками производства с момента ввода оборудования в эксплуатацию (затратами на топливо, выплатой заработной платы персоналу, амортизационными отчислениями) и на ТПЭС в СССР составляют около 1 копейки на квтч. Важными экономическими показателями являются также: удельная величина капиталовложений (стоимость 1 квт установленной мощности зависит от типа ТПЭС и других факторов и составляет 100– 200 рублей); удельная численность персонала (штатный коэффициент равен 0,5—1,0 человек на Мвт ), удельный расход условного топлива (~340 г/квт×ч ). Одно из существенных требований к ТПЭС – выработка электрической и тепловой энергии с сохранением чистоты окружающей среды (воздушного и водного бассейнов).

  Современная ТПЭС – высокоавтоматизированное предприятие, на котором осуществляется автоматическое регулирование всех основных процессов не только в режиме нормальной эксплуатации оборудования, но и в режиме пуска энергоблоков (рис. 2 ). Автоматизированные системы управления (АСУ) крупных ТПЭС включают ЭВМ. В СССР вычислительную технику и логические устройства применяют на энергоблоках мощностью 200—300 Мвт и выше.

  Лит.: Жилин В. Г., Проектирование тепловых электростанций большой мощности, М., 1964; Купцов И. П., Иоффе Ю. Р., Проектирование и строительство тепловых электростанций, М., 1972; Рыжкин В. Я., Тепловые электрические станции, М., 1976 (в печати).

  В. Я. Рыжкин.

Рис. 2. Щит управления энергоблоками тепловой паротурбинной электростанции.

Рис. 1. Общий вид тепловой паротурбинной электростанции (Конаковская ГРЭС).

Тепловая сеть

Теплова'я сеть, система трубопроводов (теплопроводов) для транспортирования и распределения теплоносителя (горячей воды или пара) при централизованном теплоснабжении . Различают магистральные и распределительные Т. с.; потребители подсоединяются к распределительным Т. с. через ответвления. По способу прокладки Т. с. подразделяют на подземные и надземные (воздушные). В городах и посёлках наиболее распространены подземная прокладка труб в каналах и коллекторах (совместно с другими коммуникациями) и так называемая бесканальная прокладка – непосредственно в грунте. Надземная прокладка (на эстакадах или специальных опорах) обычно осуществляется на территориях промышленных предприятий и вне черты города. Для сооружения Т. с. применяют главным образом стальные трубы диаметром от 50 мм (подводка к отдельным зданиям) до 1400 мм (магистральные Т. с.).

Температура теплоносителя в Т. с. изменяется в широких пределах; для компенсации температурных удлинений трубопроводов применяют компенсаторы – обычно гибкие (П-образные) для трубопроводов небольшого диаметра (до 300 мм ) и осевые (сальниковые и линзовые) для трубопроводов большого диаметра. Снижение тепловых потерь в трубопроводах Т. с. достигается их теплоизоляцией . В каналах и при надземной прокладке для тепловой изоляции используются преимущественно изделия из минеральной ваты; при бесканальной прокладке применяют изоляционные материалы, наносимые на трубопровод в заводских условиях (пенобетон, битумоперлит и др.), а также сыпучие, укладываемые в траншею в процессе монтажа Т. с. (например, асфальтоизол). Тепловая изоляция используется также для защиты наружной поверхности теплопровода от коррозии. С этой целью на теплоизоляционную оболочку наносят слой водонепроницаемого материала. Применяют и специальные покрытия (из изола, стеклоэмалевые, эпоксидные и др.), наносимые непосредственно на поверхность трубопровода. Для защиты от коррозии внутренней поверхности трубопровода и предотвращения образования на ней накипи вода, заполняющая Т. с., проходит водоподготовку .

  Схемы магистральных Т. с. могут быть радиальными (тупиковыми) или кольцевыми. Во избежание перерывов в снабжении теплом предусматривается соединение отд. магистральных сетей между собой, а также устройство перемычек между ответвлениями. При большой длине магистральных Т. с. на них устанавливают подкачивающие насосные подстанции. На трассе Т. с. и в местах ответвлений оборудуют подземные камеры, в которых размещают запорно-регулировочную арматуру, сальниковые компенсаторы и пр.

  Лит.: Лямин А. А., Скворцов А. А., Проектирование и расчет конструкций тепловых сетей, 2 изд., М., 1965; Громов Н. К., Абонентские установки водяных тепловых сетей, М., 1968; Витальев В. П., Бесканальные прокладки тепловых сетей, М., 1971; Соколов Е. Я., Теплофикация и тепловые сети, 4 изд., М., 1975.

  Н. М. Зингер.

«Тепловая смерть» Вселенной

«Теплова'я смерть» Вселе'нной, ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после чего в ней прекратятся все макроскопические процессы.

  Этот вывод был сформулирован Р. Клаузиусом (1865) на основе второго начала термодинамики . Согласно второму началу, любая физическая система, не обменивающаяся энергией с другими системами (для Вселенной в целом такой обмен, очевидно, исключен), стремится к наиболее вероятному равновесному состоянию – к так называемому состоянию с максимумом энтропии . Такое состояние соответствовало бы «Т. с.» В. Ещё до создания современной космологии были сделаны многочисленные попытки опровергнуть вывод о «Т. с.» В. Наиболее известна из них флуктуационная гипотеза Л. Больцмана (1872), согласно которой Вселенная извечно пребывает в равновесном изотермическом состоянии, но по закону случая то в одном, то в другом её месте иногда происходят отклонения от этого состояния; они происходят тем реже, чем большую область захватывают и чем значительнее степень отклонения. Современной космологией установлено, что ошибочен не только вывод о «Т. с.» В., но ошибочны и ранние попытки его опровержения. Связано это с тем, что не принимались во внимание существенные физические факторы и прежде всего тяготение . С учётом тяготения однородное изотермическое распределение вещества вовсе не является наиболее вероятным и не соответствует максимуму энтропии. Наблюдения показывают, что Вселенная резко нестационарна. Она расширяется, и почти однородное в начале расширения вещество в дальнейшем под действием сил тяготения распадается на отдельные объекты, образуются скопления галактик, галактики, звёзды, планеты. Все эти процессы естественны, идут с ростом энтропии и не требуют нарушения законов термодинамики. Они и в будущем с учётом тяготения не приведут к однородному изотермическому состоянию Вселенной – к «Т. с.» В. Вселенная всегда нестатична и непрерывно эволюционирует.

  Лит.: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М.,1975.

  И. Д. Новиков.

Тепловая труба

Теплова'я труба', теплопередающее устройство, способное передавать большие тепловые мощности при малых градиентах температуры. Т. т. представляет собой герметизированную конструкцию (трубу), частично заполненную жидким теплоносителем (рис. ). В нагреваемой части Т. т. (в зоне нагрева, или испарения) жидкий теплоноситель испаряется с поглощением теплоты, а в охлаждаемой части Т. т. (в зоне охлаждения, или конденсации) пар, перетекающий из зоны испарения, конденсируется с выделением теплоты. Движение пара от зоны испарения к зоне конденсации происходит за счёт разности давлений насыщенного пара, определяемой разностью температур в зонах испарения и конденсации. Возвращение жидкости в зону испарения осуществляется либо за счёт внешних воздействий (например, силы тяжести), либо под действием капиллярной разности давлений по капиллярной структуре (фитилю), расположенной внутри Т. т. (чаще всего на её стенках). В связи с тем, что Т. т. с капиллярной структурой для возврата жидкости могут работать независимо от ориентации в поле тяжести и в невесомости, наиболее распространён именно этот тип Т. т. Эффективная теплопроводность Т. т. (отношение плотности теплового потока через Т. т. к падению температуры на единицу длины трубы) в десятки тысяч раз больше, чем теплопроводность Cu, Ag или Al, и достигает ~ 10⁷вт/м К ). Малый вес, высокая надёжность и автономность работы Т. т., большая эффективная теплопроводность, возможность использования в качестве термостатирующего устройства обусловили применение Т. т. в энергетике, химической технологии, космической технике, электронике и ряде других областей техники.

  Лит.: Елисеев В. Б.. Сергеев Д. И.. Что такое тепловая труба?. М., 1971; Тепловые трубы. Сб., пер. с англ. и нем.. под ред. Э. Э. Шпильрайна. М.. 1972.

  С. П. Малышенко.

Схема действия тепловой трубы: q – идущий по трубе тепловой поток.

Тепловая функция

Теплова'я фу'нкция, то же, что энтальпия .

Тепловая электростанция

Теплова'я электроста'нция (ТЭС), электростанция , вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце 19 в. (в 1882 – в Нью-Йорке, 1883 – в Петербурге, 1884 – в Берлине) и получили преимущественное распространение. В середине 70-х гг. 20 в. ТЭС – основной вид электрических станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в СССР и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

  Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе (см. Котлоагрегат ) для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины , соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора ). В СССР на ТПЭС производится (1975) ~99% электроэнергии, вырабатываемой ТЭС. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Их кпд достигает 40%. мощность – 3 Гвт, в СССР создаются ТПЭС полной проектной мощностью до 5—6 Гвт.

  ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями (официальное название в СССР – Государственная районная электрическая станция, или ГРЭС ). На ГРЭС вырабатывается около  электроэнергии, производимой на ТЭС. ТПЭС, оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называемым теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около  электроэнергии, производимой на ТЭС.

  ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750—900 °С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26—28%, мощность – до нескольких сотен Мвт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки (см. Пиковая электростанция ).

  ТЭС с парогазотурбинной установкой , состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ПГЭС). кпд которой может достигать 42 – 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.

  Иногда к ТЭС условно относят атомные электростанции (АЭС), электростанции с магнитогидродинамическими генераторами (МГДЭС) и геотермические электростанции .

  Лит.: Энергетика СССР в 1971—1975 годах, М.. 1972; Рыжкин В. Я.. Тепловые электрические станции, М.. 1976 (в печати).

  В. Я. Рыжкин.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)"