издательская группа
Восточно-Сибирская правда

«Мы трансформируем энергию Солнца»

Вода и электричество, на первый взгляд, несовместимы. Но всё зависит от агрегатного состояния. Пар вращает турбину, к валу которой присоединён ротор генератора. На выходе получаем электроэнергию. Процесс выглядит просто, но в нём есть множество тонкостей и мелких деталей. Продолжая проект «Энергетика от А до Я», мы постарались в них разобраться.

– Проект станции был разработан в пятидесятых годах, строительство началось в середине десятилетия, – рассказывает начальник производственно-технического отдела ТЭЦ-10 Виктор Гнутов. – 19 сентября 1959 года была пущена первая турбина, а в 1962 году заработал восьмой энергоблок. Станцию построили за три года – таких темпов в Советском Союзе не было за всю историю энергетики. Вдобавок в те годы это была самая крупная тепловая электростанция в стране.

А также одна из самых передовых: впервые в СССР на уровне проекта был заложен принцип блочной компоновки (котёл – турбина – генератор) с прямоточными котлами. Но «героиню» нашей публикации мы выбрали не только за это. За что? «ТЭЦ-10 не работает в теплофикационном режиме, по сути – это электростанция. Раньше в национальной энергосистеме их ставили в определённых узлах, чтобы выдерживать режим работы всей сети. Сегодня ТЭЦ-10 востребованна, когда не хватает электроэнергии, которую вырабатывают другие ТЭЦ, работающие в теплофикационном режиме, и ГЭС.

Лучшего примера для рассказа о том, как уголь превращается в электричество, не найти. Для станции, носящей статус ГРЭС, именно оно – а не тепло – является первичным продуктом производства. Хотя само слово «производство» здесь не совсем уместно. «Мы не вырабатываем энергию, мы её только трансформируем, – подчёркивает Виктор Николаевич. – Уголь содержит химическую энергию топлива: по сути – это энергия Солнца, которая когда-то была запасена. Мы просто превращаем её в тепловую энергию – пламя. Затем в механическую – пар. Её генератор преобразует в электрическую энергию».

По системе «дубль-блок»

Принцип работы кратко можно описать семью словами: пар из котла раскручивает рабочие колёса турбины. Но за каждым вторым или третьим из них стоит отдельный процесс со своими тонкостями. Для начала пар высочайшей температуры под огромным давлением подают по трубе, которая соединяет котёл с турбиной.

– Паропроводы проходят внизу, – объясняет Гнутов, указывая на стопорный клапан перед турбоагрегатом. – Если с них снять изоляцию, то в затемнённом помещении они будут светиться вишнёвым цветом – можно запросто прикурить сигарету или поджечь лист бумаги.

Паропроводов два, поскольку на ТЭЦ-10 на одну турбину приходится два котла. Этим – наличием дубль-блоков – она отличается от других тепловых электростанций «Иркутскэнерго».

Есть и отличия в составе оборудования. Только первая из восьми машин ТЭЦ-10, как говорят энергетики, является турбиной с двойным отбором: теплофикационным, когда пар сам по себе забирают для нужд отопления, и производственным, при котором его используют для подогрева воды. Остальные семь являются конденсационными, то есть предназначенными исключительно для выработки электричества. Объясняется такая схема просто: изначально станцию строили как источник энергии для Ангарского электролизного химического комбината, на котором обогащали уран. Поэтому на каждую турбину приходится по два котла – если один остановится, второй останется в работе, а от каждого энергоблока на предприятие тянется отдельная линия электропередачи. Плюс на станцию заходят ЛЭП, идущие со стороны Иркутской и Братской ГЭС.

Два барабанных котла, знакомых по другим ТЭЦ «Иркутскэнерго», на «Десятке» объединены только с первой турбиной – 60-мегаваттной ТП-60. На семь оставшихся машин К-150 приходится 14 прямоточных агрегатов ПК-24.

– В верхней части барабанного котла установлена, по сути, большая бочка, где разделяют пар и воду, – поясняет наш собеседник. – Вода в нём кипит в опускных и подъёмных трубах. У нас же получается «навивка» – трубы идут по стенкам котла с подъёмом по боковым стенам. Вода по ним поднимается, превращается в пар, который потом перегревается и уходит на турбину». Все восемь энергоблоков при этом располагаются очень компактно. «Главный корпус Ново-Иркутской ТЭЦ примерно такой же длины, как у нас, – отмечает Виктор Николаевич. – Только у них там шесть турбин, а у нас – восемь.

«Моргнули – пятьдесят оборотов ротор сделал»

Однако на всех станциях машины действуют одинаково. Пар, пришедший по паропроводам из котельного отделения (или цеха, если котлотурбинный цех разбит на два самостоятельных подразделения), поступает в цилиндр высокого давления. Для первой машины «Десятки» его температура составляет 530 градусов, а давление достигает 90 атмосфер, у остальных – 545 градусов и 130 атмосфер соответственно. Силу потока при этом меняют с помощью регулировочных клапанов. Пар раскручивает рабочие колёса турбины – множество лопаток, которые установлены на вал. По внешнему диаметру они соединены бандажной лентой. Чтобы выдержать напор горячего пара, рабочие лопатки для первого колеса делают сравнительно небольшими – примерно полтора десятка сантиметров в длину. На следующих колёсах их размеры постепенно увеличиваются.

Чтобы раскрутить многоступенчатую конструкцию, потоку необходимо придать форму синусоиды. За это отвечают направляющие лопатки, которые устанавливают в корпусе турбины так, чтобы они оказались между рабочими колёсами. Одну из них – увесистую деталь сложной формы, навевающей ассоциации с полумесяцем или стилизованным взмахом ракетки на логотипе кроссовок Nike, – демонстрирует начальник производственно-технического отдела ТЭЦ-10. Отполированная зеркальная поверхность, ощущение приятной тяжести – всё говорит о том, что перед нами нестандартный продукт, сделанный из жаропрочного сплава.

– Честно говоря, не представляю, как их в пятидесятых годах вытачивали, – замечает Виктор Николаевич. – Сейчас-то станки с числовым программным управлением, всё понятно. Да и сама паровая турбина – продукт высоких технологий. Вращается она с частотой три тысячи оборотов в минуту. То есть пятьдесят в секунду. Моргнули – пятьдесят оборотов ротор сделал.

Пар, который прошёл через цилиндр высокого давления, направляют на пароперегреватель, где температуру вновь повышают до 545 градусов (в случае с турбиной К-150) и после этого направляют в цилиндр среднего давления. Здесь установлен ротор с рабочими колёсам большего диаметра. На выходе поток пара разделяют – часть его движется дальше по оси турбины, а часть подаётся через П-образный трубопровод, установленный сверху. Это сделано для того, чтобы нагрузка на рабочие лопатки в цилиндре низкого давления распределялась равномерно. Мера не лишняя – длина тех из них, которые установлены на последнем колесе, достигает 76 см.

Давление пара, который проходит по сложной траектории через многоступенчатую конструкцию, на входе в турбину, как уже было сказано, равняется 130 атмосферам. На выходе оно уже ниже атмосферного – менее 700 мм ртутного столба. «Это вакуум, – констатирует Гнутов. – Есть даже такое профессиональное выражение: «Сорвать вакуум». Оно означает, что при остановке турбины закрываются инжекторы, которые его поддерживают. За счёт этого она быстрее останавливается – в вакууме она будет крутиться гораздо дольше».

Друзья и враги турбины

В конструкции, которые вращаются с огромной скоростью, заложен значительный запас прочности. При этом качество их изготовления должно быть высочайшим. «После монтажа или ремонта турбину раскручивают постепенно, замеряя вибрацию, – говорит Виктор Николаевич. – Есть специальные приборы, с помощью которых определяют, куда повесить груз для балансировки. Потому что вибрация – это враг турбины. Из-за неё разрушаются лопатки, рабочие колёса, а в итоге вскрывается вся турбина».

Такие нагрузки не выдерживают и привычные шариковые или роликовые подшипники, так что вал закреплён в подшипниках скольжения. Внутри них – втулки из баббита, сплава из олова или свинца, сурьмы и меди, названного в честь изобретателя Исаака Бэббита. Между втулками и гладкой шейкой вала – слой масла.

«При такой частоте вращения возникает масляный клин, и ротор слегка всплывает, – поясняет Гнутов. – То есть нет контакта металла с металлом». Для этого масло из бака, рассчитанного на 20 тонн, постоянно подаётся на подшипники – поток его можно увидеть, заглянув в смотровое окошко сливных маслопроводов. Главный насос, который его подаёт, работает от вала турбины. Есть также резервный и аварийный маслонасосы, причём последний работает от аккумуляторной батареи. Масло, которое проходит через подшипники и нагревается, пропускают через охладители и сливают в бак. Оттуда его вновь накачивают насосы, и цикл повторяется. Для охлаждения генератора, который и вырабатывает ток, используется водород. Его чистота должна быть не ниже 97%.

Современные технологии позволяют управлять столь сложной машиной, как паровая турбина, с помощью обычной компьютерной мыши – щиты управления энергоблоками компьютеризированы. Дублирующая система – множество вентилей, задвижек и кнопок. «Назначение каждой надо знать, – отмечает Виктор Николаевич, когда мы лавируем среди запорной арматуры. – А их здесь сотни!»

В глаза, впрочем, сразу бросается кнопка под красным колпаком – автомат безопасности, с помощью которого можно в случае чего отключить турбину. Заметнее него разве что пожарные стволы, расставленные по машинному залу через равные промежутки. Безопасности на опасном производственном объекте уделяют первоочередное внимание.

Вверх и вниз

Для этого снаружи главного корпуса станции оборудованы подземные коллекторы, в которые в случае пожара сливается масло из баков, находящихся внутри него. Однако мы, следуя путём энергии, выходим на улицу не за ними, а за трансформаторами. Дело в том, что генератор, входящий в состав энергоблока, выдаёт напяжение 18 киловольт. Чтобы передать электрическую энергию потребителям, напряжение необходимо повысить до 110 кВ. Для собственных нужд станции напряжение, напротив, понижают до 6 кВ. Трансформаторы, которые его преобразуют, даже выглядят по-разному: повышающие существенно больше понижающих.

 

Читайте также
Свежий номер
События
Фоторепортажи
Мнение
Проекты и партнеры
  все
Свежий номер