Современные Тепловые электрические станции (ТЭС) – это сложные технические комплексы разнородных элементов оборудования, зданий и сооружений. Назначением ТЭС является преобразование энергии природного источника (топлива – угля, торфа, газа и т.д.) в тепловую, механическую и электрическую энергии.

На тепловой станции одномоментно протекает множество физико-химических, тепловых и гидравлических процессов. Взаимосвязи этих процессов и оборудования определяется тепловой схемой ТЭС.

Тепловая схема отображает производственный процесс тепловой станции. Различают принципиальную и развернутую (полную) схемы ТЭС.

Принципиальная схема наглядно показывает взаимную связь основных элементов электростанции, направление, параметры и расходы потоков рабочего тела в узловых точках тепловой схемы. На принципиальной схеме не показывается однотипное оборудование, расходы и параметры которого идентичны ранее рассмотренному, не показывается резервное оборудование, резервные магистрали, а также оборудование, не влияющее на тепловой баланс, например, фильтры водоочистки, сборные баки и пр.

Приведем пример принципиальной тепловой схемы ТЭС с турбиной Т-25-90.

Принципиальная тепловая схема ТЭС с турбиной Т-25-90.

Развернутые тепловые схемы (в настоящем пособии не рассматриваются) отображают полный состав всего оборудования, арматуры, устройств управления и контрольно-измерительной аппаратуры. Развернутые схемы составляются относительно функционального назначения отображаемой системы или узла (схема химической подготовки воды, насосно-бойлерной установки, главных паровых коллекторов, дренажей, трубопровода тепловых сетей и т.д.).

Разработка и расчет тепловой схемы ТЭС занимает во всех отношениях особое место, так как, во-первых, это - начальная стадия предварительных исследований и проектирования, а во-вторых, результаты расчета являются исходными данными для детального проектирования и подбора всего теплоэнергетического оборудования. Поэтому от точности расчетов тепловой схемы и рациональности принятых на их основе решений зависят степень оптимальности конструкций оборудования и показатели тепловой экономичности ТЭС.

Задачей расчета тепловой схемы является определение параметров, расходов и направлений потоков рабочего тела в агрегатах и узлах, а также общего расхода пара, электрической мощности и показателей тепловой экономичности станции.

С использованием Государственного стандарта (ГОСТ 21.403-80 «Обозначения условные графические в схемах. Оборудование энергетическое») автором разработана библиотека элементов тепловых схем ТЭС, ЖКХ для использования в редакторе Microsoft Visio. Описание элементов библиотеки представлено в таблице.

Библиотека элементов (оборудования) тепловых схем

Графическое обозначение	Обозначение элемента	Описание и назначение элемента
	Тсм, Трзв	Точки смешения и разветвления. Являются элементами тепловой схемы и предназначены для смешения или разветвления различных материальных потоков теплоносителей: воды, пара, конденсата и т.д.
	ПВД, ПНД, ПСВ, ПСГ	Подогреватель поверхностного типа (Собственно подогреватель). Предназначен для подогрева основного конденсата или питательной воды за счет тепла пара отбираемого, из проточной части паровой турбины. Как правило, нагреваемая вода течет внутри трубной системы, греющий пар – в межтрубном пространстве
	ОП, ОД, ВВТа	Охладитель пара, охладитель дренажа. В охладителе пара происходит охлаждение пара до температуры на `(10-:15)^oС` больше температуры насыщения греющего пара: `t_п^'=t_s(P_п)+(10-:15)^oC`. В охладителе дренажа нагреваемая среда подогревается за счет тепла, выделяющегося при переохлаждении дренажа греющего пара с температуры насыщения до температуры на `(6-:10)^oС` больше температуры нагреваемой воды на входе в теплообменник `t_д^'=t_в+(6-:10)^oC`.
	ПСТ	Подогреватель смешивающего типа. Предназначен для подогрева воды за счет теплоты пара, отбираемого из проточной части турбины. Нагрев осуществляется путем непосредственного контакта и смешения греющей и нагреваемой сред.
	Д	Деаэрационная установка (Деаэратор). Предназначена для дегазации технологической воды от растворенных в ней агрессивных газов `(co_2, o_2)`, приводящих к химической коррозии металла станционного оборудования. Одновременно деаэрационная установка служит подогревателем смешивающего типа, состоящая из бака аккумулятора и деаэрационной колонки, в которой собственно и происходит деаэрация (дегазация) воды.
	ИУ	Испарительная установка. Используется в тепловых схемах ТЭС для генерации вторичного, влажного насыщенного пара из добавочной воды за счет тепла пара, отбираемого из проточной части турбины или коллектора собственных нужд.
	РОУ	Редукционно-охладительная установка. Применяется в тепловых схемах для снижения давления и температуры пара до заданных параметров.
	РУ	Редукционная установка. Применятся в схемах для снижения давления пара без изменения температуры.
	Нс	Насосная установка с электроприводом. Применяется для перекачивания воды (питательной, сетевой, технической, химичесчки очищенной) и конденсата.
	НсТп	Насосная установка с паровым приводом. Применяется для подачи питательной воды в котлоагрегат на ТЭС большой мощности.
	ПГ	Парогенератор (котлоагрегат, котел паровой). Устройство, в топке которого сжигается топливо, а теплота сгорания используется для производства водяного пара с давлением выше атмосферного, используемого вне этого устройства (общее описание для всех паровых котлов). Котел паровой барабанный без промежуточного перегрева пара.
	ПГ	Парогенератор (котлоагрегат, котел паровой). Котел барабанный с промежуточным перегревом пара
	ПГ	Парогенератор (котлоагрегат, котел паровой). Котел паровой прямоточный без промежуточного перегрева пара
	ПГ	Парогенератор (котлоагрегат, котел паровой). Котел паровой прямоточный с промежуточным перегревом пара
	РНП	Расширитель непрерывной продувки. Используется в тепловой схеме ТЭС для утилизации тепла потока продувочной воды, поступающей из соленых отсеков барабанов паровых котлов.
	Кв	Котел водогрейный. Устройство, в топке которого сжигается топливо, а теплота сгорания используется для нагрева воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне этого устройства.
	Ппр, Пт	Потребитель тепловой. Отображает на схеме потребителя тепловой энергии и (или) теплоносителя.
	ЦВД, ЦСД, ЦНД	Цилиндр (отсек, часть) турбины. Преобразовывает энергию пара (тепловую, кинетическую) в механическую энергию вращения вала турбины. Также обеспечивает отбор части отработавшего пара на нужды регенеративного подогрева, подогрева сетевой воды для целей теплоснабжения.
	ТГ, ЦНД	Турбогенератор (или цилиндр низкого давления). Совместно с электрогенератором преобразовывает механическую энергию вращения вала турбины в электрическую энергию.
	Кн	Конденсатор. Предназначен для конденсации отработавшего в турбине пара за счет охлаждающей технической (циркуляционной) воды. При этом также полагают, что все процессы происходят на линии насыщения, а давление в конденсаторе `p_k` является известной величиной.
	тр, тс, пп	Трубопроводы. Трубопроводы: пара, конденсата греющего пара, основного конденсата (сетевой воды). Является элементом передающим теплоноситель от одного элемента к другому.
	Ис, Прм	Источник, приемник энергии. Источник теплоносителя, приемник теплоносителя (воды, пара, кондесата). Предназначен для обеспечения целостности схемы, замкнутости цикла.

Библиотека элементов тепловой схемы ТЭС позволяет с использованием редактора Microsoft Visio и механизма Drag & Drop (потяни и брось) создавать тепловые схемы ТЭС, котельных и систем теплоснабжения населенных пунктов практически любой сложности.

Рассмотрим экранный снимок `("screenshot")` процесса разработки тепловой схемы ТЭС в редакторе Microsoft Visio с использованием авторской библиотеки элементов.

Разработка тепловой схемы в редакторе MS Visio.

Процесс составления схемы достаточно прост и представляет собой перенос `("drag&drop")` необходимых элементов (оборудования) на рабочий лист, соединение элементов трубопроводами и задание рабочих параметров элементов.

Соединение элементов трубопроводами осуществляется с соблюдением направления движения теплоносителя (стрелка трубопровода).
Также в ходе разработки схемы должны быть соблюдены требования:
  – принимающий торец трубопровода (без стрелки) должен быть присоединен (приклеен) к отдающей точке (выходу) элемента – обозначена треугольником, направленным от элемента;
  – отдающий торец трубопровода (со стрелкой) должен быть присоединен к принимающей (вход) точке элемента – обозначена треугольником, направленным во внутрь элемента;
  – трубопровод не может находится в состоянии, не присоединенном к элементу;
  – схема не может содержать оборудование, не соединенное трубопроводом или имеющее незадействованный выход (исходящую точку) теплоносителя.

На рисунке представлено обозначение на схеме отдающих и принимающих точек элементов

Обозначение точек входа, выхода теплоносителей.

На рисунке представлены типовые ошибки, допускаемые при построении тепловых схем.

Правила подключения элементов. Типовые ошибки.

Каждый элемент библиотеки представлен математической моделью (системой балансовых уравнений) реализованных на языке программирования высокого уровня C# и платформы NET.Framework.

В совокупности это позволяет разрабатывать различные варианты компоновки оборудования схем и проводить сопоставительный анализ технико-экономических показателей схем.

На рисунке ниже приведена принципиальная тепловая схема ТЭС с турбиной Т-25-90 разработанная с использованием авторской библиотеки и редактора Microsoft Visio. Представленная схема является полностью законченной и может быть принята к расчету в автоматизированном режиме.

Принципиальная тепловая схема, разработанная с использованием авторской библиотеки.

Приобретение навыков разработки принципиальных тепловых схем тепловых электрических станций и котельных.

Обучение навыкам чтения тепловых схем, обозначения оборудования, направления движения теплоносителя и понимания тепловых процессов, протекающих на станции.

Знакомство с технологическим процессом тепловой электрической станции.

Задание к работе и порядок выполнения

По заданию, согласно таблице разработать в редакторе Microsoft Visio с использованием библиотеки элементов тепловых схем принципиальную тепловую схему ТЭС. Схемы представлены в справочном пособии "Тепловые электрические станции (паротурбинные энергетические установки ТЭС)" . (Предоставлено автором исключительно в образовательных целях.)

Содержание отчета

1) Задание к лабораторной работе и исходные данные.

2) Принципиальная тепловая схема ТЭС, разработанная в векторном редакторе Microsoft Visio с использованием авторской библиотеки и представленная в виде файла с расширением .vsdx и .jpeg.

3) Устные пояснения: