Как устроена теплостанция: репортаж с Приднепровской ТЭС

Рыцари чистят котлы, уголь превращают в пыль, а воду фильтруют пять раз.

Есть некая добрая ирония в том, что энергетики отмечают свой профессиональный праздник именно 22 декабря, в день зимнего солнцестояния. Ведь именно тогда четко видно, за что их стоит благодарить: темноту в самую длинную ночь в году может разогнать только электричество. Много электричества. А где его может быть много? Правильно, на электростанции. Корреспондент "Сегодня" побывал на Приднепровской ТЭС, узнал, что нужно сделать с углем и водой, чтобы получить из них электроэнергию и как в процессе помогает "крест", но мешает "козел". Этот текст открывает совместный проект "Сегодня" и энергогиганта ДТЭК "Как это работает", в котором мы познакомим вас с тем, как устроены элементы современной энергетики, от шахт до электростанций.

Если бы человек смог хоть на мгновение открыть глаза и "увидеть" электроэнергию, его взору предстало бы нечто похожее на то, что видел Нео в Городе машин — бесконечное свечение. Лишь присмотревшись можно разглядеть отдельные элементы — вот оплетенный проводами каркас жилого дома, вот линии электропередач, часть из них тускловаты, зато высоковольтные — как лазерные лучи, прорезающие небо.

Распределительные устройства представлялись бы гигантскими полями, окруженными ореолами миллиона солнц.

А иногда рядом с ними видны гигантские энергопады, источники всего электричества, носящегося в кровеносной сети современного мира. Электростанции. Именно они питают всю нашу жизнь. Хранят продукты холодными, помогают готовить еду, поддерживают движение транспорта. Освещают улицы и переносят смайлики с устройства на устройство, обеспечивая как работу смартфонов и компьютеров, так и самих сотовых станций.

Принцип работы большинства электростанций примерно одинаков: точкой максимального приложения усилий является генератор, который превращает кинетическую энергию, то есть, энергию движения, в электрический ток благодаря сильному магнитному полю.

Вопрос лишь в том, как именно крутить ротор генератора. Ветростанции для этого используют, собственно, силу ветра. Гидростанции — силу воды. Атомные станции с помощью энергии расщепления урана кипятят воду и создают пар, который вращает турбину. Это относительно дешево и безопасно. Но у АЭС есть небольшая проблема: она работает "в базе", то есть могут выдать вот столько мегаватт и ни каплей меньше. А что делать, когда в перерыве футбольного матча все одновременно включили электрочайники и потребность в электроэнергии стремительно возросла? Или утром, когда все дружно начинают собираться на работу, включая свет, микроволновки, фены и кофеварки, расходуя при этом гораздо больше электроэнергии, чем ночью? Но есть еще один тип электростанций, который решает эту проблему, и мы сегодня поговорим именно о нем: это тепловые электростанции, которые, говоря языком фэнтези, используют магию огня и воды, чтобы создать энергию, которая приходит к нам в виде света в окнах и тепла в батареях.

Безопасность

Любая теплоэлектростанция начинается не с топлива, и не с воды. Первым делом, чтобы хоть глазком увидеть, что происходит за пределами заборов, в тех прямоугольниках зданий, над которыми возвышаются трубы, вы должны пройти инструктаж по охране труда. Конечно, обычным посетителям тут чуть полегче, а вот с сотрудников или подрядчиков спрос круче, чем при защите дипломной работы.

Инженеры по охране труда крайне подробно объясняют, как вести себя на станции. Вплоть до мелочей — цвета капель на предупредительных знаках, благодаря этому можно узнать, какое агрессивное вещество используется, кислота (оранжевый) или щелочь (фиолетовый). Это не считая "стандартов": передвигаться только по установленным маршрутам, внимательно выполнять указания старшего смены (или проводника) и обязательно применять средства индивидуальной защиты.

После инструктажа следует опрос, чтобы закрепить "пройденный материал". И лишь после этого можно выйти из окружающего станцию комплекса зданий, напоминающего крепостные стены, и попасть внутрь.

Пожарные лафеты. Могут подать струю воды на 60 метров

Топливо

По сути, теплоэлектростанция — это чайник со свистком, на котором установлен вентилятор. Конечно, все куда сложнее, но для начала аналогия сойдет. Обычно вы ставите чайник на газ. Теплоэлектростанции могут работать на газе, но это очень дорого. Могут на мазуте, но это не слишком хорошо для экологии (мазут используют для растопки). Оптимальный вариант — это уголь. В случае Украины — уголь газовой марки: у нас его добывают достаточно много, в отличие от антрацита, который приходится везти из-за рубежа.

На Приднепровской ТЭС, как и на многих других, раньше использовался антрацит, но теперь он весь заблокирован на неподконтрольных Украине территориях, поэтому компания ДТЭК приняла решение перевести свои тепловые станции на газовый уголь. В случае Приднепровки это вообще сплошной выигрыш, так как почти весь газовый уголь страны добывается рядом
— в "Павлоградугле" и "Добропольеугле".

В отличие от стабильного антрацита, для горения которого нужна очень высокая температура, газовые угли полны летучих углеводородов, которые выходят наружу и начинают окисляться, вступать в реакцию с кислородом, выделяя при этом тепло. Если проще, газовые угли могут самовоспламеняться.

К тому, что уголь дымится, энергетики привыкли: на случай чего стены хранилища щетинятся красными лафетными стволами (бьют на 60 метров при ширине склада в 80), а внизу дежурят пожарные на… бульдозерах. Если что-то горит из-за контакта с кислородом, значит нужно этот контакт уменьшить, для чего топливо хорошенечко утрамбовывают. Куда хуже другое: раздавая летучие углеводороды в окружающее пространство, уголь теряет калорийность, скрытую в нем энергию, позволяющую производить электричество и тепло. Поэтому за складами ведется постоянное наблюдение.

Следующий этап — топливоподача. Нельзя просто поджечь уголь и получить электричество, его нужно подготовить. Вдоль всего угольного склада тянется тракт топливоподачи, это первый этап путешествия энергоресурса к топке котла. Он тоже оборудован специальными противопожарными системами: при повышении температуры автоматически включаются насосы, открываются задвижки и уголь заливают водой.

По специальным лентам уголь "едет" сначала наверх, а потом на конвейере "распределяется" между котлами. И попадает в дробилку — шаробарабанную мельницу, которая при помощи специальных металлических шаров размалывает куски топлива в пыль. Именно так это называют энергетики, поэтому, когда речь идет о "пылепроводах", имеются в виду топливопроводы.

Здесь можно увидеть, как уголь по конвейерам добирается до места назначения — топки одного из котлов энергоблока

Размолотый в пыль уголь смешивается с дымовыми газами с низким содержанием кислорода, чтобы высушить влагу и исключить самовозгорание угольной пыли. И, наконец, попадает в котел, где сгорает при температуре за тысячу градусов.

В системе пылеподачи постоянно контролируется содержание кислорода.

"Перевод энергоблоков с антрацита на газовую группу углей можно сравнить с переводом бензинового двигателя на газ, — объясняет замначальника котлотурбинного цеха Приднепровской ТЭС Александр Горобец. — Содержание кислорода в аэросмеси не должно превышать 16%. Лишний кислород из этой смеси мы вытесняем дымовыми газами. Соответственно, в период реконструкции, вся схема пылеприготовления была изменена, смонтированы трубопроводы инертных газов. Выполнен огромный комплекс мероприятий по защитам, пожарной безопасности, на бункер пыли подведен азот, углекислота, пар, чтобы можно было выбрать оптимальную систему тушения".

Самое, пожалуй, магическое действо, где человек может вступить в физическое состязание с живой магмой, происходит внизу, на нулевой отметке гигантского, возвышающегося на десятки метров, котла. Именно там расположена летка котла (круглое отверстие, прикрытое массивной дверцей), в которой видно, как сверху, плавясь и искривляясь, как жидкий Терминатор, стекает шлак. Рядом стоит массивная и длинная железная палка — пика. Специальные люди — зольщики — берут эту пику и сквозь летку сбивают шлак, который падает в ванну гидрозолоудаления. Со стороны — как рыцарь, протыкающий брюхо дракону.

"Есть такой вид накопления, называется козел. Это когда расплавленные шлаки растекаются и будто упираются рогами. Есть еще коза — когда растекается юбкой. И козел в юбке, когда и то и другое, — рассказывают нам работники. — Серьезная проблема, иногда всей сменой надо чистить".

Летка котла. Будто рыцарь, протыкающий пикой брюхо дракона

Фильтр для воды

Стоп, спросите вы, а где же электричество? Помните аналогию с чайником? Только что мы рассмотрели, как устроена плита, на которой он кипит. Теперь поговорим о воде, которую в него заливают.

Если в обычный чайник заливать воду из-под крана, рано или поздно на нем появится накипь. Накипь — это соли различных металлов (в основном, магния, калия и натрия), которые содержатся в воде, а при нагревании начинают выпадать в осадок. Когда стенки покрываются толстым слоем, нагревающие элементы начинают греть не только металл чайника, но и отложенные соли, температура, соответственно, растет, что приводит к трещинам, поломкам самих нагревателей и прочим неприятностям.

ТЭС — необычный чайник. Здесь и давление повыше, и стенок побольше, и требования к воде пожестче. Поэтому простым фильтром не обойдешься.

"Изначально сырая вода из реки Днепр подогревается в котлотурбинном цехе, потом, с температурой 39-40 градусов, попадает в осветлители, — рассказывает начальник химического цеха Светлана Круц. — Их здесь четыре: три производительностью 120 тонн воды в час, один — 250 тонн воды в час. Кроме сырой воды туда поступают реагенты, сернокислое железо, флокулянт ("свертыватель"), известковое молочко".

Осветлитель — название профессиональное. Сырая вода мутная. После этой очистки выходит очищенная, прозрачная, светлая — отсюда и осветлители.

"Есть такой показатель, "прозрачность по кресту". Мы должны взять специальный цилиндр, набрать туда воду и увидеть дно, на которое нанесен крестик. Если не видим, значит норма не выдержана", — объясняет Светлана.

На выходе из осветлителя у воды уменьшается жесткость, улучшается прозрачность, падает щелочность, улучшается водородный показатель (pH). И уже в таком виде она отправляется на механическую очистку, где, проходя через уголь-антрацит, избавляется от грубодисперсных частиц. Но и это еще не все. После механической очистки нужно пройти обессоливание. Анионовый и катионовый фильтры убирают отрицательно и положительно заряженные ионы солей, фильтр смешанного действия "подбирает хвосты" — и только после этого вода, почти лабораторный дистиллят, может идти на подпитку энергоблоков.

"Если мы не будем выдерживать нормы в обессоленной воде, катионы жесткости прикипят к поверхности нагрева котлов, экранных труб и приведут к перегреву и разрыву", — подчеркивает химик.

И дает совет: дома с водой можно так не заморачиваться, достаточно фильтра, убирающего катионы.

Осветлитель. Первый этап сложнейшей водоочистки станции

Наконец, электричество

Теперь, когда мы разобрались, как правильно подготовить топливо и воду, осталось лишь понять, откуда берется само электричество. Итак, в котел подается аэросмесь угля, исходящих газов и топлива, которые пылают, как само солнце. Параллельно, по специальной системе труб, внутрь котла попадает вода, настолько очищенная, что "кристально чистая" по сравнению с ней покажется содержимым сточной канавы.

Сгорающее топливо кипятит воду, превращая ее в пар, который под давлением перегревается до 550 градусов и по трубопроводам подается в паровую турбину. Там давление пониже, поэтому сжатый и разогретый пар практически мгновенно расширяется, раскручивая ротор турбины. Помните вентилятор на свистке нашего чайника? Возможно, это было не лучшее сравнение, потому что паровая турбина значительно больше, мощнее и, чего уж там,
— круче обычного вентилятора.

Турбогенератор. Именно в этом месте "рождается" электричество

И именно она приводит в движение электрогенератор, который состоит из неподвижного статора — проводной катушки, в которой генерируется ток, и ротора, вращающегося электромагнита. На выходе, благодаря этому вращению, мы и получаем электричество.
Несмотря на кажущуюся простоту, размеры ТЭС попросту колоссальны. Чтобы они работали и выдали свои сотни мегаватт (примерно 200 мегаватт хватит, чтобы обеспечить электричеством все население, скажем, города Днепр), нужны люди. Десятки сотен человек, которые трудятся на предприятии, некоторые — целыми поколениями.

"Вся моя семья — энергетики, — говорит старший машинист энергоблока Вадим Бобырь. — Так вышло, отец работал сварщиком, хотел, чтобы я его переплюнул. Я пошел в эксплуатацию и вырос до старшего машиниста. Знаете, я горжусь, что причастен к энергетике, что мы даем тепло, горячую воду, помогаем людям. Люди многого не понимают. Мы совершенствуемся. У нас работают электрофильтры, которые уменьшают выбросы. И строятся новые".

Каждый рабочий день для них — это новые интересные вызовы.

"В энергетике никогда нет постоянства. Все время идет процесс усовершенствования, переоснащения", — говорит Александр Горобец.

Его подчиненные с ним согласны.

"Я занимаюсь спортом, кандидат в мастера спорта по легкой атлетике. Тренер говорит: если нет мандража, ты проиграл. Так и здесь, — улыбается Вадим Бобырь. — Нельзя теряться, в этом важность и ответственность профессии".

И пусть усовершенствование облегчило работу этих людей, позволило управлять сердцем теплоэлектростанции с помощью компьютера, подход не изменился: они все так же приходят на смену и зорко следят за происходящим, контролируя все до мелочей.

На щите управления. Технологии помогают контролировать процесс