Тепловые электростанции предназначены для энергоснабжения предприятий и бытового сектора, а также их отопления и горячего водоснабжения, используя энергию ископаемого топлива, при его сжигании.

В цепочке от добычи угля, нефти или газа до промышленных установок и бытовых приборов, наиболее технологически сложными являются тепловые электрические станции. Использование топлива на Экибастузской ГРЭС достигает 50 тыс. тонн в сутки с выдачей потребителям до 3,5 миллионов киловатт/часов электроэнергии.

Поступающий уголь дробится и размалывается до фракции 90 мкм, после чего подогретым воздухом, вдувается в топку энергетического котлоагрегата; такая подготовка топлива обеспечивает устойчивое горение низкосортного, но дешёвого, угля. Конструкция котлоагрегата , предусматривает предварительный подогрев воздуха; подаваемой в котёл питательной воды в экономайзере; систему парообразования в экранных трубах, охватывающих топку; систему пароперегревателей, обеспечивающих достижение сверхвысоких параметров температуры и давления пара и систему очистки уходящих газов.

Рисунок 1 – Пример дробленной угольной руды.

Острый пар из котлоагрегата поступает, через систему регулирования, на лопатки турбины, которые установлены по периметру рабочих колёс ротора. В зависимости от мощности турбины может быть несколько отдельных цилиндров (высокого давления, среднего давления, низкого давления) и соответственно несколько роторов в них. На каждом роторе расположено расчётное количество рабочих колёс – ступеней, общее количество которых достигает более 50 шт., каждая из которых преобразует энергию пара (энтальпию) во вращательную энергию ротора; между ступенями расположены сопловые лопатки. При исходных параметрах пара на высокомощных турбинах 800 – 1200 МВт: давление 22,33 Мпа, температура 580 ^оС, отработанный пар имеет вакуум и температуру 30 ^оС. Теоретически, приведённый термодинамический процесс характеризуется энтропией. Вращательная энергия преобразуется в генераторе, ротор которого жестко соеденён с ротором турбины, в электрическую энергию, которая по линиям электропередач, передаётся потребителям.

Рисунок 2 – Отработанный пар.

Отработанный пар конденсируется в системе циркуляционного охлаждения, отдавая скрытую теплоту парообразования (конденсации), через градирни, в атмосферу; потеря этого тепла значительно снижает коэффициент полезного действия (КПД) электростанции. На отопительных электростанциях это тепло, частично или полностью, используется для подогрева воды в систему теплоснабжения – «выработка электроэнергии на базе теплопотребления».

Рисунок 3 – Турбина.

Конденсат пара, из нижней камеры конденсатора турбины, направляется насосом в систему регенеративного подогрева питательной воды котла, которая состоит из подогревателей низкого давления (ПНД), деаэратора, питательного насоса, подогревателей высокого давления (ПВД). Указанная система повышает КПД термодинамического цикла электростанции за счёт использования энергии пара из регенеративных отборов турбины, минуя конденсатор; предусматривает удаление коррозийных газов из воды в деаэраторе; позволяет улучшить манёвренность пароводяного цикла (изменение нагрузки котла или турбины) за счёт ёмкости воды в баке после деаэратора.

Рисунок 4 – Принцип работы ТЭЦ.

Обслуживание приведённого технологического процесса осуществляется эксплуатационным персоналом, который структурно разделён на:

- топливно-транспортный цех;

- котельный цех;

- турбинный цех;

- электрический цех;

- цех тепловой автоматики и измерений;

- химический цех (водоподготовка);

- ремонтно-строительный цех и мастерские;

- отделы финансовый, производственно-технический, экономический, логистики.

Энергетические предприятия: тепловые электрические станции, гидро-электрические станции, отопительные котельные, распределительные электрические сети, тепловые сети, как правило, объединяются в системы, это позволяет, через диспетчерские управления, отключать аварийные участки и подключать или подгружать резервы для стабильного обеспечения потребителей, оптимизировать нагрузки предприятий для экономичной и надёжной работы оборудования, поддерживать благоприятное экологическое состояние регионов.