Угольная энергетика

Производство электроэнергии

Суммарная установленная мощность всех электростанций Казахстана составляет 20 тысяч МВт, а фактическая мощность — 15 тысяч МВт. Казахстан вырабатывает 91, 9 млрд. КВтчас электроэнергии в год (данные 2013 г., против 1045 млрд. КВтчас Россией, и 4058 млрд. КВтчас - США, 5320 млрд. КВтчас - Китаем), то есть электровооруженность Казахстана 4, 0 МВтчас/чел в год против 6, 7 - в России, 14 - США, 3, 5 - в КНР. К сожалению, выработка большинства электростанций не достигает установленной мощности. Только 2012 году Казахстан достиг уровня выработки электроэнергии 1991 года (87, 4 млрд. КВтчас). Выработка по типу электростанций распределяется следующим образом:

ТЭС (тепловые электростанции) — 87, 7 %, в том числе:

- КЭС (конденсационные электростанции) — 48, 9 %;

- ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) — 36, 6 %;

- ГТЭС (газотурбинные электростанции) — 2, 3 %;

ГЭС (гидроэлектростанции) — 12, 3 %.

Около 72 % электроэнергии в Казахстане вырабатывается из угля, 12, 3 % — из гидроресурсов, 10, 6 % — из газа и 4, 9 % — из нефти. Таким образом, четырьмя основными видами электростанций вырабатывается 99, 8% электроэнергии, а на альтернативные источники приходится менее 0, 2%

Электрические станции разделяются на электростанции национального значения, электростанции промышленного назначения и электростанции регионального назначения.

Производство и потребление электроэнергии

В 2011 году в Казахстане было произведено 85, 9 млрд кВт ч электроэнергии (+5, 4% к 2010 году). В структуре производства электроэнергии доля ТЭС составила 91%, ГЭС – 9%, ВИЭ – менее 0, 5%.

Производство электроэнергии в Казахстане по годам, (млрд кВт ч)

Угольная энергетика

72% электроэнергии в Казахстане вырабатывают 37 тепловых электростанций, работающих на углях Экибастузского, Майкубинского, Тургайского и Карагандинского бассейнов. Крупнейшая из построенных в Казахстане — ГРЭС-1 Экибастуза — 8 энергоблоков с установочной мощностью 500 МВт каждый, работающих на бурых углях местных угольных разрезов, однако, в настоящее время располагаемая мощность станции составляет 2250 МВт. Наибольшую выработку электроэнергии осуществляет Аксусская (Ермаковская) ГРЭС. В 2006 году эта станция выработала 16 % всей электроэнергии, произведённой в Казахстане. Таким образом ресурс имеющейся мощности используется только на 55%. Мешает полному использованию два основных фактора: низкий уровень добычи углей и неразвитость казахстанской инфраструктуры ЛЭП, когда электрическая энергия не может быть эффективно доставлена на всю территорию страны. Это привело к такой ситуации, когда значительная часть электрической энергии экспортируется в Россию по ЛЭП, построенным еще в советское время.

Угольная энергетика, к сожалению, дает и основное загрязнение природной среды. Так как в Экибастузе используется бурый уголь с высоким, более 30% содержанием минеральных веществ, то шлейф выбросов угольных тепловых электростанций распространяется на весь северо-восток Казахстана, Сибирь и Монголию. Среди этих минеральных веществ много экологически очень вредных, ядовитых.

Альтернативной технологией является подземная газификация угля, которая позволяет:
- исключить подземные (шахтные и карьерные) работы, а значит исключить травматизм и жертвы среди шахтеров;
- более полно вырабатывать месторождения угля;
- существенно меньше затрачивать средств на разработку месторождений угля;
- сохранять нетронутым природный ландшафт в местности разработки;
- сохранить природную среду от загрязнения продуктами сгорания угля;
- получать ценное сырье для химической промышленности.

Комплексная технология газификации угля заключается в поджиге угольного пласта через скважины, извлечение горючего газа, образующегося при нагреве угольного пласта, выделения из него от него конденсированием ценных органических веществ и использование газа для получения электроэнергии на тепловой газовой электростанции.

3.Теплоэнергетические установки. Паровые котлы и их классификация. Технологическая схема производства пара на электростанциях.

Энергоиспользование в промышленном и теплотехнологическом производстве.

Разделение котлов по теплоносителю (" выходному продукту"):

    - котлы водогрейные.
    - котлы паровые.

  Паровые котлы.
  Паровые котлы предназначены для производства пара и по своему назначению делятся на:
    - энергетические котлы, вырабатывающие пар, используемый в паровых турбинах для выработки электрической энергии. Подобные котлы используются на ТЭС и ТЭЦ в связке с турбогенераторами. Такая связка называется турбоагрегатом.
    - промышленные котлы — вырабатывают пар для технологических нужд. Паровые котлы часто применяются в деревообрабатывающей отрасли для сохранения необходимой влажности в камерах, где проходит сушка ценных пород дерева, в медицине для стерилизации инструментов и спецодежды, в сельском хозяйстве при изготовлении комбикормов и т.д.
  Промышленные котлы вырабатывают насыщенный пар, а энергетические перегретый.

  Насыщенным паром называют пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью, т.е пар имеет температуру кипения воды.
  Насышенный пар применяют, в частности, для подогрева " темных" нефтепродуктов (мазута, смазочных масел) при транспортировки их по трубам.
  Водогрейные котлы.
  Водогрейный котёл предназначен для нагрева воды под давлением
  «Под давлением» обозначает, что кипение воды в котле не допускается: её давление во всех точках выше давления насыщения при достигаемой там температуре (практически всегда оно выше и атмосферного давления).
  Водогрейные котлы применяются в основном для теплоснабжения на районных котельных и ТЭЦ. В последнем случае они обычно используются как пиковое оборудование в дни максимальных тепловых нагрузок, а также для резервирования тепла от отборов турбины.
  Пиковый водогрейный котел устанавливается на ТЭЦ для дополнительного нагрева прямой сетевой воды сверх нагрева в сетевых подогревателях паровой турбины в холодное время года. Обычно этот нагрев осуществляется в пределах 100-150°С. Наиболее распространены в России, мощные пиковые водогрейные котлы марок ПТВМ и КВГМ различных модификаций.

  По конструктивным особенностям паровые и водогрейные котлы делятся на:
    - газотрубные,
    - водотрубные.

  Котёл газотрубный (жаротрубный, дымогарный и дымогарно-жаротрубный) — паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (воды), который находится снаружи трубок.
  По конструкции является противоположностью водотрубному котлу.
  Газотрубные котлы вытеснены водотрубными котлами.

  Котёл водотрубный — паровой или водогрейный котел, у которого поверхность нагрева (экран) состоит из кипятильных трубок, внутри которых движется теплоноситель (вода). Теплообмен происходит посредством нагрева кипятильных трубок горячими продуктами сгорающего топлива. Различают прямоточные и барабанные водотрубные котлы.
  Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке и допускают значительную перегрузку.
  Недостатком водотрубных котлов является то, что в их конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам таких котлов, работающих под давлением, затруднен доступ при ремонте.

  Для лучшего запоминания конструктивной разницы между газотрубным и водотрубным котлами, полезно знать что самый известный газотрубный котел - самовар.

  Все водогрейные котлы большой мощности — водотрубные, с наддувом воздуха вентиляторами
  Пример: ПТВМ ТВГМ

  Водогрейные котлы разделяются по температурному уровню теплоносителя (температура воды на выходе):
  - низкотемпературные котлы (температура до 115 °С);
  Низкотемпературный режим работы является экономичным, но выставляет высокие требования к материалу, из которого изготовлен котел. При низких температурах в котле на его поверхностях кратковременно может образовываться конденсат, который может негативно воздействовать на поверхности, находящиеся в контакте с продуктами сгорания.
  - котлы на перегретой воде (температура до 150 °С и выше).
  Отопительные котлы, производящие перегретую воду, характеризует высокая эксплуатационная надежность, долгий срок службы, работа с пониженным уровнем шума и низкими выбросами вредных веществ, простое и удобное управление, быстрый монтаж, удобное техническое обслуживание.
  Большинство промышленных водогрейных котлов производят перегретую воду. В качестве исключения можно привести серию твердотопливных котлов где температура воды на выходе из котла равна 95 °С.

Разделение котлов по типу применяемого топлива:

  - газовые котлы;
  - жидкотопливные (дизельные) котлы;
  - двухтопливные (газомазутные) котлы
  - котлы на твердом топливе, для промышленных котлов это, в основном, уголь.
  Газовые котлы.
  Наиболее экономичные котлы на настоящее время. Имеют малый выброс вредных веществ в атмосферу и наиболее полное сгорание топлива.
  Промышленные газовые котлы получили в России особое распространение. Это связано с тем стоимость газа намного меньше любого другого источника топлива. Кроме того, в нашей стране подача газа является постоянной, а это позволяет обходиться без построения отдельных хранилищ. Промышленные котлы, работающие на газе просты в обслуживании и эксплуатации, а уровень КПД у них самый высокий. Полностью автоматизированные, безопасные (уровень безопасности промышленного газового котла является сто процентным).
  Таким образом газовые котлы относятся к самым безопасным и надёжным. Котлы на других видах топлива обычно применяются, в случаях когда доставка газа затруднительа или его использование является слишком дорогим.
  Жидкотопливные (дизельные) котлы.
  Жидкотопливные котлы очень близки (по производительности) к газовым. Разница только в том, что жидкотопливный котел работает на солярке (которая бывает «летней» и «зимней»).
  Дизельное топливо широко используются по всему миру в качестве либо основного, либо резервного. В Московском энергетическом комплексе дизельное топливо используется как резервное.
  Двухтопливные (газомазутные) котлы, которые работают на твердом топливе, и со сменными горелками, могут работать на газе или на дизельном топливе.
  Котлы на твердом топливе.
  Промышленные котлы на твёрдом топливе в ряде случаев являются единственным видом отопительного оборудования, которое может быть применено на том или ином производстве. Особенно это касается отдалённых регионов, где газ или электроэнергия являются дорогостоящими.
  Уголь является наиболее дешевым и легкодоступным топливом.Тем не менее, он никогда не был оптимальным топливом для тепловых и электростанций. Удельное содержание энергии на единицу веса (т. е. теплотворная способность) у угля ниже, чем у нефти или природного газа. Его труднее транспортировать, и, кроме того, сжигание угля вызывает целый ряд нежелательных экологических последствий, в частности выпадение кислотных дождей.
  Поэтому во всем мире давно сушествует тенденция заменять уголь на природный газ.