ГРЭС

Государственная районная электростанция (ГРЭС) — тепловая (конденсационная) электростанция, производящая только электрическую энергию.

История

Первая ГРЭС «Электропередача», сегодняшняя «ГРЭС-3», сооружена под Москвой в г. Электрогорске в 1912—1914 гг. по инициативе инженера Р. Э. Классона. Основное топливо — торф, мощность — 15 МВт. В 1920-х планом ГОЭЛРО предусматривалось строительство нескольких тепловых электростанций, среди которых наиболее известна Шатурская ГРЭС. С течением времени термин «ГРЭС» потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединённой энергосистеме наряду с другими крупными электростанциями.

Принцип работы

Схема ГРЭС на угле: 1 — градирня; 2 — циркуляционный насос; 3 — линия электропередачи; 4 — повышающий трансформатор; 5 — турбогенератор; 6 — цилиндр низкого давления паровой турбины; 7 — конденсатный насос; 8 — поверхностный конденсатор; 9 — цилиндр среднего давления паровой турбины; 10 — стопорный клапан; 11 — цилиндр высокого давления паровой турбины; 12 — деаэратор; 13 — регенеративный подогреватель; 14 — транспортёр топливоподачи; 15 — бункер угля; 16 — мельница угля; 17 — барабан котла; 18 — система шлакоудаления; 19 — пароперегреватель; 20 — дутьевой вентилятор; 21 — промежуточный пароперегреватель; 22 — воздухозаборник; 23 — экономайзер; 24 — регенеративный воздухоподогреватель; 25 — фильтр; 26 — дымосос; 27 — дымовая труба.

Вода, нагреваемая в паровом котле до состояния перегретого пара (520—565 градусов Цельсия), вращает паровую турбину, приводящую в движение индукционный генератор.

Избыточное тепло (см. Коэффициент полезного действия) выбрасывается в атмосферу (близлежащие водоёмы) через конденсационные установки в отличие от теплофикационных электростанций, отдающих избыточное тепло на нужды близлежащих объектов (например, отопление домов).

Конденсационная электростанция как правило работает по циклу Ренкина.

Основные системы

ГРЭС является сложным энергетическим комплексом, состоящим из зданий, сооружений, энергетического и иного оборудования, трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и автоматики. Основными системами ГРЭС являются:

• котельная установка;
• паротурбинная установка;
• топливное хозяйство;
• система золо- и шлакоудаления, очистки дымовых газов;
• электрическая часть;
• техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла);
• система химической очистки и подготовки воды.

При проектировании и строительстве ГРЭС ее системы размещаются в зданиях и сооружениях комплекса, в первую очередь в главном корпусе. При эксплуатации ГРЭС персонал, управляющий системами, как правило, объединяется в цеха (котлотурбинный, электрический, топливоподачи, химводоподготовки, тепловой автоматики и т. п.).

Котельная установка располагается в котельном отделении главного корпуса. В южных районах России котельная установка может быть открытой, то есть не иметь стен и крыши. Установка состоит из паровых котлов (парогенераторов) и паропроводов. Пар от котлов передается турбинам по паропроводам «острого» пара. Паропроводы различных котлов, как правило, не соединяются поперечными связями. Такая схема называется «блочной».

Паротурбинная установка располагается в машинном зале и в деаэраторном (бункерно-деаэраторном) отделении главного корпуса. В нее входят:

• паровые турбины с электрическим генератором на одном валу;
• конденсатор, в котором пар, прошедший турбину, конденсируется с образованием воды (конденсата);
• конденсатные и питательные насосы, обеспечивающие возврат конденсата (питательной воды) к паровым котлам;
• регенеративные подогреватели низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) — теплообменники, в которых питательная вода подогревается отборами пара от турбины;
• деаэратор (служащий также ПНД), в котором вода очищается от газообразных примесей;
• трубопроводы и вспомогательные системы.

Топливное хозяйство имеет различный состав в зависимости от основного топлива, на которое рассчитана ГРЭС. Для угольных ГРЭС в топливное хозяйство входят:

• размораживающее устройство (т. н. «тепляк», или «сарай») для оттаивания угля в открытых полувагонах;
• разгрузочное устройство (как правило, вагоноопрокидыватель);
• угольный склад, обслуживаемый краном-грейфером или специальной перегрузочной машиной;
• дробильная установка для предварительного измельчения угля;
• конвейеры для перемещения угля;
• системы аспирации, блокировки и другие вспомогательные системы;
• система пылеприготовления, включая шаровые, валковые, или молотковые углеразмольные мельницы.

Система пылеприготовления, а также бункера угля располагаются в бункерно-деаэраторном отделении главного корпуса, остальные устройства топливоподачи — вне главного корпуса. Изредка устраивается центральный пылезавод. Угольный склад рассчитывается на 7-30 дней непрерывной работы ГРЭС. Часть устройств топливоподачи резервируется.

Топливное хозяйство ГРЭС на природном газе наиболее просто: в него входит газораспределительный пункт и газопроводы. Однако на таких электростанциях в качестве резервного или сезонного источника используется мазут, поэтому устраивается и мазутное хозяйство. Мазутное хозяйство сооружается и на угольных электростанциях, где мазут применяется для растопки котлов. В мазутное хозяйство входят:

• приемно-сливное устройство;
• мазутохранилище со стальными или железобетонными резервуарами;
• мазутная насосная станция с подогревателями и фильтрами мазута;
• трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой;
• противопожарная и другие вспомогательные системы.

Система золошлакоудаления устраивается только на угольных электростанциях. И зола, и шлак — негорючие остатки угля, но шлак образуется непосредственно в топке котла и удаляется через лётку (отверстие в шлаковой шахте), а зола уносится с дымовыми газами и улавливается уже на выходе из котла. Частицы золы имеют значительно меньшие размеры (порядка 0,1 мм), чем куски шлака (до 60 мм). Системы золошлакоудаления могут быть гидравлические, пневматические или механические. Наиболее распространённая система оборотного гидравлического золошлакоудаления состоит из смывных аппаратов, каналов, багерных насосов, пульпопроводов, золошлакоотвалов, насосных и водоводов осветлённой воды.

Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры), задерживающие 90—99 % твердых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газо-мазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т. н. deSO_x) и каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNO_x). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания оставшихся вредных примесей в атмосфере.

Электрическая часть ГРЭС предназначена для распределения электрической энергии потребителям. В генераторах ГРЭС создается трехфазный электрический ток напряжением обычно 6—24 кВ. Так как с повышением напряжения потери энергии в сетях существенно уменьшаются, то сразу после генераторов устанавливаются трансформаторы, повышающие напряжение до 35, 110, 220, 500 и более кВ. Трансформаторы устанавливаются на открытом воздухе. От них же осуществляется подключение для собственных нужд электростанции. Подключение и отключение отходящих к подстанциям и потребителям линий (фидеров) производится на открытых или закрытых распределительных устройствах (ОРУ, ЗРУ). Основу этих устройств составляют выключатели, способные соединять и разрывать электрическую цепь высокого напряжения без образования электрической дуги.

Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно. При этом вода нагревается примерно на 8—12 °С, что в ряде случаев изменяет биологическое состояние водоёмов. В оборотных системах вода циркулирует под воздействием циркуляционных насосов и охлаждается воздухом. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях: брызгальных бассейнах или градирнях.

В маловодных районах вместо системы технического водоснабжения применяются воздушно-конденсационные системы (сухие градирни), представляющие собой воздушный радиатор с естественной или искусственной тягой. Это решение обычно вынужденное, так как они дороже и менее эффективны с точки зрения охлаждения.

Система химводоподготовки обеспечивает химическую очистку и глубокое обессоливание воды, поступающей в паровые котлы и паровые турбины, во избежание отложений на внутренних поверхностях оборудования. Обычно фильтры, ёмкости и реагентное хозяйство водоподготовки размещается во вспомогательном корпусе ГРЭС. Кроме того, на тепловых электростанциях создаются многоступенчатые системы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, маслами, водами обмывки и промывки оборудования, ливневыми и талыми стоками.

Современное состояние

В настоящее время в России работают типовые ГРЭС мощностью 1000—1200, 2400, 3600 МВт и несколько уникальных, используются агрегаты по 150, 200, 300, 500 и 800 МВт. Среди них следующие ГРЭС (входящие в состав ОГК)^[1]:

ОГК-1

• Верхнетагильская ГРЭС — 1500 МВт;
• Ириклинская ГРЭС — 2430 МВт;
• Каширская ГРЭС — 1580 МВт;
• Нижневартовская ГРЭС — 1600 МВт;
• Пермская ГРЭС — 2400 МВт;
• Уренгойская ГРЭС — 24 МВт.

ОГК-2

• Псковская ГРЭС — 645 МВт;
• Серовская ГРЭС — 600 МВт;
• Ставропольская ГРЭС — 2400 МВт;
• Сургутская ГРЭС-1 — 3280 МВт;
• Троицкая ГРЭС — 2060 МВт.

ОГК-3

• Гусиноозёрская ГРЭС — 1100 МВт;
• Костромская ГРЭС — 3600 МВт;
• Печорская ГРЭС — 1060 МВт;
• Харанорская ГРЭС — 430 МВт;
• Черепетская ГРЭС — 1285 МВт;
• Южноуральская ГРЭС — 882 МВт.

ОГК-4

• Березовская ГРЭС — 1500 МВт;
• Смоленская ГРЭС — 630 МВт;
• Сургутская ГРЭС-2 — 4800 МВт;
• Шатурская ГРЭС — 1100 МВт;
• Яйвинская ГРЭС — 600 МВт.

ОГК-5

• Конаковская ГРЭС — 2400 МВт;
• Невинномысская ГРЭС — 1270 МВт;
• Рефтинская ГРЭС — 3800 МВт;
• Среднеуральская ГРЭС — 1180 МВт.

ОГК-6

• Киришская ГРЭС — 2100 МВт;
• Красноярская ГРЭС-2 — 1250 МВт;
• Новочеркасская ГРЭС — 2400 МВт;
• Рязанская ГРЭС (бл.№№1-6 — 2650 МВт + бл.№ 7(вошедшая в состав Рязанской ГРЭС бывшая ГРЭС-24) — 2650+310 = 2960 МВт;
• Череповецкая ГРЭС — 630 МВт.

Влияние на окружающую среду

Воздействие на атмосферу

При горении топлив потребляется большое количество кислорода, а также происходит выброс значительного количества продуктов сгорания таких как: летучая зола, газообразные окислы серы азота, часть которых имеет большую химическую активность.

Воздействие на гидросферу

Прежде всего сброс воды из конденсаторов турбин, а также промышленные стоки.

Воздействие на литосферу

Для захоронения больших масс золы требуется много места. Данные загрязнения снижают использованием золы и шлаков в качестве строительных материалов.

Примечания

1. ↑ По официальным данным ОГК на 2007 год: ОГК-1, ОГК-2, ОГК-3, ОГК-4, ОГК-5, ОГК-6.

См. также

• Список тепловых электростанций России

Литература

• ГРЭС — статья из Большой советской энциклопедии.
• Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. Под ред. В. Я. Гиршфельда. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 328 с.
• В. Д. Буров, Е. В. Дорохов, Д. П. Елизаров и др. Тепловые электрические станции. Под ред. В. М. Лавыгина, А. С. Седлова, С. В. Цанева. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: «Издательский дом МЭИ», 2007. — 466 с.
• Тепловые и атомные электрические станции. Справочник. Под общ. Ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. 2-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 608 с.
• Г. Ф. Быстрицкий «Основы Энергетики» М.: Инфра-М 2007 ISBN 978-5-16-002223-9