Una central de condensación ( CPP ) es una central térmica que produce principalmente energía eléctrica , este tipo de central debe su nombre a las características del principio de funcionamiento [1] [2] .
Históricamente, en la URSS, las IES incluidas en el sistema de energía unificado de la URSS recibieron el nombre de "GRES": la central eléctrica estatal regional [3] [4] . El nombre proviene de la afiliación estatal y del uso de recursos energéticos locales ( turba , lignito , etc.) y el cálculo para el suministro eléctrico preferencial de una región energética específica . Las primeras 10 HPP y 20 GRES en el marco de GOELRO , por ejemplo , Shterovskaya , Kashirskaya , Kizelovskaya , Gorkovskaya , Shaturskaya , Chelyabinskaya , se construyeron para proporcionar grandes empresas construidas durante la industrialización [5] [6] [7] . Posteriormente, el término "GRES" perdió su significado original de "distrito" y en el sentido moderno significa, por regla general, una central térmica (TPP, no debe confundirse con CHP ) de alta potencia (miles de MW), operando en el sistema energético integrado junto con otras grandes centrales eléctricas. Además, algunas centrales eléctricas del distrito estatal también se convirtieron en centrales térmicas, por ejemplo, la central eléctrica del distrito estatal de Chelyabinsk en CHPP-4 . En el período postsoviético, el significado semántico de “Estado” a menudo se perdió. A veces se encuentra el término "central hidrorrecirculante" , que corresponde a la abreviatura .
Además de los CPP sobre combustible orgánico, las centrales eléctricas de condensación se basan en su principio de funcionamiento utilizando combustible nuclear - una central nuclear (NPP o AKES), energía geotérmica - una central eléctrica geotérmica (GeoCPP), energía térmica de la radiación solar para vapor generación - un CPS solar [1] [2] .
La primera planta de energía del distrito estatal en el Imperio Ruso es "Electrotransmisión", la actual estación de energía del distrito estatal-3 lleva el nombre. R. E. Klasson , construido cerca de Moscú en la ciudad de Elektrogorsk en 1912-1914 por iniciativa del ingeniero R. E. Klasson . El combustible principal es la turba , la potencia es de 15 MW. En la década de 1920, el plan GOELRO preveía la construcción de varias centrales térmicas, entre las cuales las más famosas son Kashirskaya GRES y Shaturskaya GRES .
Con la ayuda de una bomba de alimentación, se suministra a la caldera agua de alimentación a alta presión, combustible y aire atmosférico para la combustión . El proceso de combustión tiene lugar en el horno de la caldera: la energía química del combustible se convierte en energía térmica y radiante . El agua de alimentación fluye a través de un sistema de tuberías ubicado dentro de la caldera. El combustible que se quema es una poderosa fuente de calor que se transfiere al agua de alimentación, que se calienta hasta el punto de ebullición y se evapora . El vapor resultante en la misma caldera se sobrecalienta por encima del punto de ebullición, hasta unos 540 °C con una presión de 13-24 MPa , y se alimenta a través de una o más tuberías a una turbina de vapor .
La turbina de vapor, el generador eléctrico y la excitatriz conforman el conjunto de la turbina . En una turbina de vapor, el vapor se expande a una presión muy baja (alrededor de 20 veces menos que la atmosférica ), y la energía potencial del vapor comprimido y calentado a alta temperatura se convierte en la energía cinética de la rotación del rotor de la turbina . La turbina impulsa un generador eléctrico que convierte la energía cinética de la rotación del rotor del generador en corriente eléctrica . El generador consta de un estator , en cuyos devanados eléctricos se genera corriente, y un rotor, que es un electroimán giratorio , que es alimentado por un excitador .
El condensador sirve para condensar el vapor procedente de la turbina y crear un vacío profundo , por lo que el vapor se expande en la turbina. Crea un vacío a la salida de la turbina, por lo que el vapor, habiendo ingresado a la turbina con alta presión, se mueve hacia el condensador y se expande, lo que asegura la conversión de su energía potencial en trabajo mecánico [8] .
Gracias a esta característica del proceso tecnológico, las centrales eléctricas de condensación obtuvieron su nombre.
IES es un complejo energético complejo que consta de edificios, estructuras, energía y otros equipos, tuberías, accesorios, instrumentación y automatización. Los principales sistemas IES son:
Durante el diseño y construcción del IES, sus sistemas están ubicados en los edificios y estructuras del complejo, principalmente en el edificio principal. Durante la operación de IES, el personal que administra los sistemas, por regla general, se combina en talleres (caldera-turbina, electricidad, suministro de combustible, tratamiento químico de agua, automatización térmica, etc.).
La planta de calderas está ubicada en la sala de calderas del edificio principal. En las regiones del sur de Rusia, la planta de calderas puede estar abierta, es decir, sin paredes ni techo. La instalación consta de calderas de vapor ( generadores de vapor ) y tuberías de vapor . El vapor de las calderas se transfiere a las turbinas a través de las tuberías de vapor vivo. Las tuberías de vapor de diferentes calderas no suelen estar reticuladas. Tal esquema se llama "bloque".
La planta de turbinas de vapor está ubicada en la sala de máquinas y en la sección del desaireador (búnker-desaireador) del edificio principal. Incluye:
La economía de combustible tiene una composición diferente según el combustible principal para el que está diseñado el IES. Para IES a carbón , la economía de combustible incluye:
El sistema de pulverización, así como el búnker de carbón, están ubicados en el compartimento de búnker y desaireador del edificio principal, el resto de los dispositivos de suministro de combustible están fuera del edificio principal. Ocasionalmente, se organiza una planta de polvo central. El almacén de carbón está calculado para 7-30 días de funcionamiento continuo de la IES. Parte de los dispositivos de suministro de combustible está reservado.
La economía de combustible de los IES que funcionan con gas natural es la más simple: incluye un punto de distribución de gas y gasoductos. Sin embargo, en dichas centrales eléctricas, el fuel oil se utiliza como fuente de respaldo o estacional , por lo que también se organiza una economía de petróleo. También se están construyendo instalaciones petroleras en centrales eléctricas de carbón, donde se utiliza fuel oil para encender calderas. La industria petrolera incluye:
El sistema de eliminación de cenizas y escorias está dispuesto solo en centrales eléctricas de carbón. Tanto la ceniza como la escoria son residuos de carbón no combustibles, pero la escoria se forma directamente en el horno de la caldera y se elimina a través de un orificio de grifo (un orificio en la mina de escoria), y la ceniza se lleva con los gases de combustión y se captura ya a la salida de la caldera. Las partículas de ceniza son mucho más pequeñas (alrededor de 0,1 mm) que las piezas de escoria (hasta 60 mm). Los sistemas de eliminación de cenizas pueden ser hidráulicos, neumáticos o mecánicos. El sistema más común de eliminación hidráulica de cenizas y escorias por recirculación consiste en dispositivos de lavado, canales, bombas bager , tuberías de lodos, botaderos de cenizas y escorias, bombeo y conductos de agua clarificada.
La emisión de gases de combustión a la atmósfera es el impacto más peligroso de una central térmica en el medio ambiente. Para atrapar las cenizas de los gases de combustión , se instalan filtros de varios tipos ( ciclones , depuradores , precipitadores electrostáticos, filtros de bolsa de tela) después de los sopladores , reteniendo el 90-99% de las partículas sólidas. Sin embargo, no son adecuados para limpiar el humo de los gases nocivos. En el extranjero, y recientemente en centrales eléctricas nacionales (incluido el gas-oil), se instalan sistemas de desulfuración de gases con cal o caliza (los denominados deSO x ) y reducción catalítica de óxidos de nitrógeno con amoníaco (deNO x ). El gas de combustión limpio es expulsado por un extractor de humos a una chimenea, cuya altura se determina a partir de las condiciones de dispersión de las impurezas nocivas restantes en la atmósfera.
La parte eléctrica de las IES está destinada a la producción de energía eléctrica y su distribución a los consumidores. En los generadores IES, se crea una corriente eléctrica trifásica con un voltaje de generalmente 6-24 kV. Dado que con un aumento de voltaje , las pérdidas de energía en las redes se reducen significativamente, los transformadores se instalan inmediatamente después de los generadores , aumentando el voltaje a 35, 110, 220, 500 o más kV. Los transformadores se instalan al aire libre. Parte de la energía eléctrica se gasta en las propias necesidades de la central eléctrica. La conexión y desconexión de las líneas eléctricas que salen a las subestaciones y consumidores se realiza en cuadros abiertos o cerrados (OSG, ZRU) equipados con interruptores capaces de conectar y romper el circuito eléctrico de alta tensión a la corriente nominal o corrientes de cortocircuito con la formación y extinción de un arco eléctrico .
El sistema de suministro de agua de servicio suministra una gran cantidad de agua fría para enfriar los condensadores de la turbina. Los sistemas se dividen en flujo directo, inverso y mixto. En los sistemas de un solo paso, las bombas toman el agua de una fuente natural (generalmente de un río) y, después de pasar por el condensador, se descarga de nuevo. Al mismo tiempo, el agua se calienta unos 8-12 °C, lo que en algunos casos cambia el estado biológico de los embalses . En los sistemas de circulación, el agua circula bajo la influencia de bombas de circulación y se enfría con aire. El enfriamiento puede llevarse a cabo en la superficie de depósitos de enfriamiento o en estructuras artificiales: piscinas de aspersión o torres de enfriamiento .
En las zonas de aguas bajas, en lugar de un sistema técnico de abastecimiento de agua, se utilizan sistemas de condensación por aire (torres de refrigeración en seco), que son un radiador de aire con tiro natural o artificial. Esta decisión suele ser forzada, ya que este tipo de sistemas son más caros y menos eficientes en términos de refrigeración.
El sistema de tratamiento químico de agua proporciona purificación química y desalinización profunda del agua que ingresa a las calderas de vapor y turbinas de vapor para evitar depósitos en las superficies internas del equipo. Típicamente, las instalaciones de filtros, tanques y reactivos para el tratamiento del agua se ubican en el edificio auxiliar de la IES.
Además, en las centrales térmicas se están creando
sistemas de varias etapas para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con productos petrolíferos, aceites, lavado de equipos y aguas de lavado, escorrentías pluviales y de deshielo.
Durante la combustión del combustible, se consume una gran cantidad de oxígeno y se libera una cantidad significativa de productos de la combustión, como cenizas volantes , óxidos gaseosos de carbono , azufre y nitrógeno , algunos de los cuales tienen una alta actividad química, y elementos radiactivos . contenidos en el combustible original. También se liberan grandes cantidades de metales pesados, incluidos mercurio y plomo .
En primer lugar, la descarga de agua de los condensadores de las turbinas, así como los efluentes industriales.
Se requiere mucho espacio para enterrar grandes masas de ceniza. Estas contaminaciones se reducen mediante el uso de cenizas y escorias como materiales de construcción.
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