Компоновкой главного здания электростанции называется взаимное размещение входящих в него помещений и расположенного в них оборудования.
B состав главного здания паротурбинной электростанции входят:
котельная, в которой располагаются котельные агрегаты и их вспомогательное оборудование;
машинный зал, в котором устанавливаются турбогенераторы со вспомогательным оборудованием, теплофикационная установка и иногда питательные насосы, а также турбовоздуходувки и турбокомпрессоры;
бункерное отделение, в котором размещаются бункера топлива, оборудование систем пылеприготовления. На электростанциях, работающих на газе и жидком топливе бункерного помещения нет;
деаэраторное отделение, в котором размещаются питательная установка и обычно распределительное устройство собственных нужд электростанции;
помещения главного распределительного устройства и главного. электрического щита управления электростанции, на электростанциях средней и большой мощности эти помещения обычно вынесены в отдельное здание;
служебные помещения, в которых находятся: управление электростанции; дежурный персонал, лаборатории, мастерские, бытовые и санитарные помещения.
На электростанциях малой мощности к служебным помещениям примыкает помещение, в котором установлено оборудование химводоочистки,
Здание газотурбинной электростанции значительно проще и состоит из машинного зала, в котором устанавливаются газовые турбины со вспомогательным оборудованием, помещения электрической части станции, в котором размещаются главное распределительное устройство и распределительное устройство собственных нужд, а также щит управления электростанции, и служебных помещений.
Надежная и экономичная работа электростанции зависит от правильной, рациональной компоновки главного здания и расположенного в нем оборудования. Компоновка главного здания непосредственно влияет и на стоимость электростанции.
При компоновке главного здания необходимо руководствоваться следующими основными положениями:
Компоновка главного здания и размещенного в нем оборудования должна обеспечивать бесперебойную и экономичную работу электростанции, высокую производительность труда, а также безопасные условия работы эксплуатационного и ремонтного персонала. Для этого должны быть соблюдены действующие нормы и правила строительства электростанций, нормы техники безопасности, санитарные и противопожарные нормы (см. литературу).
Основное и вспомогательное оборудование должно быть размещено в соответствии с последовательностью технологического процесса при условии всемерного сокращения длин коммуникаций между оборудованием так, чтобы потери энергии в цикле станции и стоимость коммуникаций были наименьшими.
Расположение оборудования должно обеспечивать возможность комплексной автоматизации электростанции в целях обслуживания ее минимальным количеством персонала.
Компоновка главного здания должна обеспечивать возможность скоростного проведения качественного ремонта основного и вспомогательного оборудования. Для этого необходимо предусмотреть установку в производственных помещениях подъемно-транспортного оборудования, соответствующих устройств и механизмов, а также монтажно-ремонтных проемов и площадок.
3. Компоновка главного здания должна обеспечивать минимально возможные затраты на его сооружение, а применяемые конструкции — обеспечивать современные методы строительства здания и монтажа оборудования. Для этого необходимо: наиболее компактно размещать оборудование, не допуская излишних площадей и объемов здания; устанавливать, если это возможно, оборудование на уровне земли, разгружая строительные конструкции здания от больших и в особенности динамических нагрузок; выполнять строительные конструкции из сборного железобетона. В районах III и IV климатических поясов следует применять полуоткрытые и открытые компоновки электростанции, устанавливая котельные агрегаты и в некоторых случаях турбогенераторы, газовые турбины и турбовоздуходувки вне здания, защищая их от атмосферных осадков легкими шатрами и навесами. Во всех случаях оборудование систем золоулавливания должно размещаться на открытом воздухе.
Компоновка главного здания должна обеспечивать удобную связь электростанции с соответствующими установками предприятия и должна быть выполнена таким образом, чтобы было возможно расширение электростанции без реконструкции действующей ее части.
Многообразие факторов, влияющих на рациональную компоновку главного здания: тип электростанции, количество, единичная мощность и конструкция основных агрегатов, вид топлива, характер связей электростанции с системой и предприятием; расположение электростанции на генеральном плане предприятия и пр., определяет необходимость различных решений по компоновке главного здания. В настоящее время применяются преимущественно компоновки промышленных электростанций, схематически показанные на рис. 14-2.
Соответствие этих компоновок указанным выше требованиям подтверждено опытом проектирования, строительства и эксплуатации электростанций. Характерным для современных компоновок главного здания паротурбинных электростанций является следующее:
1. Главное здание электростанций средней мощности выполняется с параллельным расположением его основных помещений — машинного зала, котельной, бункерной и деаэраторной этажерок. На электростанциях с котлами, оборудованными шахтно-мельничными топками, сомкнутые бункерная и деаэраторная этажерки размещаются между машинным залом и котельной. На электростанциях с котлами, оборудованными шаровыми барабанными мельницами, деаэраторная этажерка располагается между машинным залом и. котельной, бункерная этажерка примыкает к котельной со стороны, противоположной машинному залу.
Служебные помещения располагаются в постоянном торце главного здания, расширение которого предусматривается в противоположную сторону.
Распределительное устройство собственных нужд и центральный тепловой щит размещаются в деаэраторной этажерке.
Котельные агрегаты устанавливаются в один ряд перпендикулярно оси котельной, фронтом к машинному залу, турбогенераторы — вдоль оси машинного зала, а турбовоздуходувки — перпендикулярно. Bce помещения находятся выше уровня земли; основная площадка обслуживания котельной и машинного зала располагается на одной отметке. Оборудование золоочистки размещается на открытом воздухе. Дымососы устанавливаются в отдельном помещении или — в местности с мягким климатом — на открытом воздухе.
2, На электростанциях малой мощности в целях удешевления здания обычно отказываются от деаэраторной этажерки. Котельная, машинный зал и бункерная этажерка между ними располагаются параллельно. Деаэраторы размещаются на площадке в помещении котельной. Служебные помещения располагаются со стороны постоянного торца главного здания. Котельные агрегаты устанавливаются в один ряд перпендикулярно продольной оси котельной, фронтом к машинному залу, турбогенераторы — перпендикулярно или параллельно оси машинного зала. Главное распределительное устройство и щит управления размещаются в машинном зале вдоль него, распределительное устройство собственных нужд — в бункерной этажерке. Мокрые золоуловители и дымососы устанавливаются в котельной.
Для электростанций мощностью до 6 тыс. кВт применяется также компоновка, в которой котельная и машинный зал располагаются параллельно и примыкают друг к другу. Деаэраторы устанавливаются в постоянном торце котельной, бункерная этажерка — с ее фронта. Распределительное устройство и главный щит управления размещаются со стороны постоянного торца машинного зала. Котельные агрегаты устанавливаются фронтом к открытой стене котельной, со стороны которой размещаются дымососы и дымовая труба.
Турбогенераторы устанавливаются перпендикулярно пли параллельно продольной оси машинного зала.
Рис. 14-3. Удельная кубатура и площадь главного здания ТЭЦ малой и средней мощности на установленный киловатт.
1 — топливо — газ, мазут; 2 — твердое топливо, шахтно-мельничные топки;
3 — твердое топливо, шаровые, барабанные мельницы; 4 — твердое топливо, типовые проекты 1954 г.; 5 — твердое топливо, установка малогабаритных котлов для энергопоездов; 6 — газотурбинные электростанции, проектные данные; 7 — площадь главного здания, твердое топливо.
3. Главное здание электростанций, работающих на газе и жидком топливе, существенно упрощается вследствие отсутствия бункерной этажерки и стены между котельной и машинным залом.
Расположение основных помещений и оборудования выполняется так же, как и на электростанциях, работающих на твердом топливе.
Основными показателями, характеризующими компоновку главного здания, являются площадь и кубатура здания и отдельных помещений, отнесенные к установленной электрической и паровой мощности электростанции.
Рис. 14-4. Удельная кубатура главного здания ТЭЦ малой
и средней мощности на установленную тонну пара.
1 — топливо — газ, мазут; 2 — твердое топливо, шахтно-мельничные топки; 3 — твердое топливо, шаровые барабанные мельницы; 4 — твердое топливо, установка малогабаритных мельниц.
Эти показатели по фактическим средним данным для электростанций малой и средней мощности соответственно среднего и высокого давления, оборудованных турбинами с отбором пара, с противодавлением и серийными котлами, показаны на рис. 14-3 и 14-4.
Удельная кубатура и площадь главного здания значительно уменьшаются с ростом общей паровой и электрической мощности электростанции и соответственно единичной мощности агрегатов.
Удельная кубатура главного здания паротурбинной электростанции 24 тыс. кВт в 2 с лишним раза меньше, чем электростанции 6 тыс. кВт. Существенно влияют на кубатуру главного здания вид топлива и способ его сжигания, а также конструкция основного оборудования. При газе и мазуте удельная кубатура главного здания на 20—30% меньше, чем при твердом топливе. Наибольший объем в главном здании занимает котельная вместе с бункерной этажеркой — до 60%, что объясняется большой удельной паровой мощностью промышленных ТЭЦ.
Помещение машинного зала занимает 15—20% общего объема здания.
Рис. 14-5. Компоновка главного здания ТЭЦ малой мощности на твердом топливе.
1 — котельная; II — машинный зал; III — бункерная этажерка; IV — распределительное устройство собственных нужд и трансформаторы;
V — главное распределительное устройство; 1 — котел; 2 — турбогенератор; 3 — питательный насос; 4 — деаэратор; 5 — сетевой подогреватель; 6 — сетевой насос; 7 — подпиточный деаэратор; 8 — водоводяные подогреватели для горячего водоснабжения; 9 — золоуловитель; 10 — дымосос; 11 — вентилятор.
Компоновки промышленных ТЭЦ в значительной мере определяются специфическими условиями их работы и обслуживаемого ими производства, и поэтому окончательно установившихся типовых решений до настоящего времени нет.
Примеры характерных компоновок главного зданий приведены ниже.
Рис. 14-6. Компоновка главного здания ТЭЦ малой мощности на газе
1 — котельная; II — машинный зал; III — распределительное устройство собственных нужд и трансформаторы; IV — главное распределительное устройство; 1 — котел; 2 — турбогенератор; 3 — деаэратор; 4 — питательный насос; 5 — сетевой подогреватель; 6 — сетевой насос; 7 — вентилятор; 8 — дымосос.
На рис. 14-5 показана компоновка главного здания. ТЭЦ малой мощности (6 тыс кВт), предназначенной для работы на твердом топливе. На ТЭЦ установлены два турбогенератора ПР-3 мощностью по З тыс. кВт и три котла ТП-35 с шахтно-мельничными топками. Давление пара на котлах 40 ата, температура перегрева 450° С.
На рис. 14-6 показана компоновка ТЭЦ малой мощности (6 тыс. кВт), предназначенной для работы на природном газе. На ТЭЦ установлены два турбогенератора ПР-3 мощностью по 3 тыс. кВт и три котла. Давление пара на котлах 40 ата, температура перегрева 450° С.
Рис. 14-7. Компоновка ТЭЦ средней мощности.
I — котельная; II — машинный зал; III — бункерная этажерка; IV — деаэраторная этажерка; V — распределительное устройство собственных нужд и трансформаторы; 1 — котел; 2 — турбогенератор; 3 — питательный насос; 4 — деаэратор; 5 — сетевой насос; 6 — сетевой подогреватель; 7—золоуловитель; 8 — дымососы.
На рис. 14-7 показана компоновка ТЭЦ средней мощности (50 тыс. кВт) высокого давления, предназначенной для работы на твердом топливе. На ТЭЦ установлены два турбогенератора ПТ-25-4 и три котла ТП-170. Давление пара на котлах 100 ата, температура перегрева 535° С.
Рис. 14-8. Компоновка ТЭЦ—ПВС металлургического завода.
I — котельная; II — машинный зал; III — бункерная этажерка; IV — деаэраторная этажерка; У — распределительное устройство собственных нужд; VI — помещение теплового щита; 1 — котел; 2 — турбогенератор ПТ; 3 — предвключенный турбогенератор Р; 4 — турбовоздуходувка; 5 — питательный насос; 6 — сетевой подогреватель; 7 — сетевой насос; 8 — шаровая барабанная мельница; 9 — золоуловитель; 10 — дымосос; 11 — деаэратор.
На рис. 14-8 показана компоновка ТЭЦ—ПОВС металлургического завода, предназначенной для работы на доменном газе и твердом топливе.
На ТЭЦ—ПВС установлены два турбогенератора ПТ-26, один турбогенератор BP-12, три турбовоздуходувки с турбинами АКВ-24 и четыре котла ТП-230. Давление пара на котлах 100 ата, температура перегрева 535 С.
На рис. 14-9 показана компоновка парогазовой электростанции с парогенераторами высокого давления 120 т/ч, паровыми турбинами 25 тыс. кВт и газовыми турбинами 4 тыс. кВт.
Характерным для всех компоновок главного здания промышленных ТЭЦ является стремление расположить все оборудование электростанций в главном здании, а также сократить вспомогательные помещения, используя имеющиеся на предприятии. Анализ компоновок главного здания показывает, что уменьшение его удельной кубатуры возможно главным образом за счет уменьшения объема котельной и ликвидации деаэраторной этажерки (на станции малой мощности). Существенное уменьшение здания может быть достигнуто путем применения новых конструкций котельных агрегатов, предусматривающих интенсификацию процессов горения и теплообмена, в частности: специализированных газо-мазутных котлов с двусветными экранами и повышенными скоростями продуктов горения в конвективных поверхностях нагрева; котлов с наддувом и газотурбинным приводом дутьевого компрессора; котлов с циклонными топками и регенеративными вращающимися воздухоподогревателями, предназначенных для работы на твердом топливе. Возможное уменьшение удельного объема главного здания за счет уменьшения габаритов котельных агрегатов наглядно видно из рис. 14-4, в котором приведены данные для ТЭЦ малой мощности при установке на них котлов, выпускаемых для энергопоездов.
Кардинальным способом уменьшения кубатуры главного здания является применение полуоткрытых и открытых компоновок, при которых котельные агрегаты, оборудование газоочистки и дымососов, а в открытых компоновках также турбогенераторов размещается на открытом воздухе.
а)
Рис. 14-9. Компоновка парогазовой электростанции.
а — поперечный разрез, 1 — парогенератор; 2 — газовая турбина; 3 — генератор; 4 — водяной экономайзер; 5 деаэратор; 6 и 7 — РОУ;
б — план; 1 — парогенератор; 2 — сепаратор; 3 — насос; 4 — газовая турбина; 5 — компрессор; 6 — генератор газовой турбины; 7 — паровая турбина; 8 — генератор паровой турбины.
B США из общего числа полуоткрытые электростанции составляют — 20 %, а открытые — 22 %.
В наших условиях полуоткрытые и открытые станции не нашли широкого применения вследствие неприспособленности оборудования, а также ухудшения условий работы для эксплуатационного и ремонтного персонала, особенно в местностях с суровым климатом.
Надо отметить, что применение полуоткрытых и открытых компоновок на промышленных предприятиях также затрудняет повышенная запыленность атмосферы, которая имеет место на металлургических заводах, заводах строительной промышленности и др.
Большая работа, которая проводится энергомашиностроительной промышленностью по обеспечению нормальной эксплуатации оборудования на открытом воздухе, а также развитие комплексной автоматизации электростанций в ближайшие годы обеспечат возможность большего применения полуоткрытых и открытых промышленных электростанций, что существенно снизит затраты на их строительство.
