2.Общие положения работы АТЭЦ

Т ЭЦ производит электроэнергию и тепловую энергию, но не только теплоснабжение, но и снабжение паром промышленных предприятий. высокий потенциал тепла используется в паровой турбине ТЭЦ сначала для производства электроэнергии, а затем частично отработанный пар отбирается для нагрева отопительной сетевой воды. В окружающую среду сбрасывается только минимум тепла отработанного пара, который проходит в конденсатор турбины.  Поэтому ТЭЦ, при равенстве с объемами раздельного производства тепловой и электрической энергии, расходуют суммарно меньше органического топлива и создают меньшую тепловую нагрузку на окружающую среду. Следует заметить, что нередко отопительного тепла требуется больше, чем могут отпустить ТЭЦ. Поэтому для покрытия этого спроса строят пиковые водогрейные котельные. Все сказанное справедливо и при использовании ядерного топлива для выработки отопительного тепла и электроэнергии. Поэтому, для экономии органического топлива и уменьшения загрязнения окружающей среды при его сжигании, целесообразно строить атомные ТЭЦ (АТЭЦ). Однако в силу высокой капиталоёмкости атомных котельных по прежнему выгоднее будет строить пиковые котельные на органическом топливе.

21.Источники, преобразователи, потребители энергии

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию. Энергия, которую дают почти все эти источники, поступает целиком от Солнца. Ископаемые топлива - уголь, нефть и газ - являются остатками органической жизни, в свое время существовавшей за счет солнечной энергии. Поскольку круговорот воды в природе обеспечивается также солнечной энергией, то и гидроэлектростанции тоже связаны с нею. Сила ветра, которая создается за счет неравномерности нагрева разных участков атмосферы, опять же определяется Солнцем. Движение волн и приливов зависит от тепловой энергии Солнца и от колебаний величины притяжения, вызванных движением Солнца и Луны. Эти колебания океана также можно использовать для получения электричества. И мы используем солнечную энергию напрямую, например, для нагрева воды в домашних условиях или для получения электричества от фотоэлектрических элементов. Источником геотермальной энергии является тепло, поступающее от раскаленных пород в глубинах Земли. Другим важным источником энергии - на этот раз ядерной - являются радиоактивные металлы, такие как уран, плутоний и торий.

1. ГЭС (гидроэлектростанция)

2. ТЭС (теплоэлектростанция)

3. AЭС (атомная электростанция)

Рассмотрим преобразование энергии на этих видах электростанций:

Г ЭС ТЭЦ АЭС (с одноконтурным реактором) При использование тепловой энергии пара в цепочки преобразования энергии появляется возможность использовать часть тепловой энергии для обогрева или для нужд производства.

28.Общие положения работы ТЭЦ

ТЭЦ производит электроэнергию и тепловую энергию, но не только теплоснабжение, но и снабжение паром промышленных предприятий. высокий потенциал тепла используется в паровой турбине ТЭЦ сначала для производства электроэнергии, а затем частично отработанный пар отбирается для нагрева отопительной сетевой воды. В окружающую среду сбрасывается только минимум тепла отработанного пара, который проходит в конденсатор турбины.  Поэтому ТЭЦ, при равенстве с объемами раздельного производства тепловой и электрической энергии, расходуют суммарно меньше органического топлива и создают меньшую тепловую нагрузку на окружающую среду. Следует заметить, что нередко отопительного тепла требуется больше, чем могут отпустить ТЭЦ. Поэтому для покрытия этого спроса строят пиковые водогрейные котельные. Существуют несколько видов ТЭЦ 1. ТЭЦ с теплофикационными паровыми турбинами: пар получается в котле или парогенераторе (Атомная ТЭЦ), затем поступает в турбину и частично отбирается из нее по мере срабатывания (отбирается в больших количествах). Оставшаяся часть пара конденсируется в конденсаторе, отобранная часть поступает в бойлеры. 2. ТЭЦ с турбинами с противодавлением: тоже котел или парогенератор, пар поступает в турбину, но срабатывается не до конца и после турбины поступает в бойлер. 3. Газотурбинные и газопоршневые ТЭЦ: газ сгорает в газовой турбине или поршневом двигателе, затем отработанные газы направляются в котел-утилизатор для нагрева воды или получения технического пара. 4. ТЭЦ с паро-газовым циклом: здесь, если нет достаточной потребности в тепле, пар из котла-утилизатора направляется в паровую турбину низкого давления для выработки дополнительной электроэнергии.

47. Потребность в энергии и Перспективы развития теплоэнергетики

Человечество удовлетворяет около 80% своих потребностей в энергии за счет органического топлива: нефти, угля, природного га­за. Доля их в балансе электроэнергетики несколько ниже - около 65% (39% - уголь, 16% - природный газ, 9% - жидкие топлива). Сегодня потребности в нефти и природном газе обеспечены на 50-70 лет. Однако, несмотря на постоянный рост добычи, эти сро­ки в последние 20-30 лет не уменьшаются, а растут в результате открытия новых месторождений и совершенствования технологий добычи. Что касается угля, то его извлекаемых запасов хватит бо­лее чем на 200 лет. Таким образом, нет вопроса о дефиците органического топлива. Дело заключается в том, чтобы наиболее рационально использо­вать их для повышения жизненного уровня людей при безусловном сохранении среды их обитания. Это в полной мере касается элект­роэнергетики.

Потребителями природного газа являются традиционные паро­вые турбинные ТЭС и ТЭЦ, в основном с давлением пара 13 и 24 МПа (их КПД в конденсационном режиме 36-41%), но также и старые ТЭЦ с существенно более низкими параметрами и высо­кими издержками производства. Существенно повысить эффективность использования газа можно при использовании газотурбинных и парогазовых техно­логий. Для обеспечения практического успеха надежности, тепловой экономичности, невысокой удельной стоимости и эксплуатацион­ных затрат сегодня проектируют энергетические ГТУ по простей­шему циклу, на максимально достижимую температуру газов (она непрерывно растет), со степенями повышения давления, близкими к оптимальной по удельной работе и по КПД комбинированных установок, в которых используется тепло отработавших в турбине газов. Компрессор и турбина расположены на одном валу. Турбо-машины образуют компактный блок со встроенной камерой сгора­ния: кольцевой или блочно-кольцевой. Зона высоких температур и давления локализована в небольшом по размерам пространстве, число воспринимающих их деталей невелико, а сами эти детали тщательно отработаны. Эти принципы явились результатом мно­голетней эволюции конструкции.

Важнейшую роль в решении энергетических задач страны, в частности в области тепловых электростанций, должны играть ис­следования с целью совершенствования известных и разработки новых технологий производства электроэнергии и тепла.

8.П арогенера́тор — теплообменный аппарат для производства водяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты первичного теплоносителя, поступающего из ядерного реактора.

Ранее термин «парогенератор» применялся также для названия паровых котлов, однако, после появления атомных электростанций, современное значение стало вытеснять первоначальное. Современными стандартами называть паровые котлы парогенераторами не допускается[5]. Также в некоторых областях знаний под термином могут понимать электрокотлы и котлы-утилизаторы.

Парогенераторы применяются двух- и трёхконтурных АЭС. На одноконтурных их роль играет сам ядерный реактор. Парогенераторы, наряду с конденсаторами турбины и промежуточными теплообменниками (при трёхконтурной схеме), являются основными теплообменниками АЭС, от характеристик которых существенно зависят КПД и экономические характеристики станции.

Классификация и принцип действия

Парогенератор представляет собой рекуперативный теплообменный аппарат, в котором тепловая энергия передаётся от теплоносителя первого контура к рабочему телу второго контура через поверхность теплообмена и таким образом генерируется пар, питающий турбину. При трёхконтурной схеме (реактор на быстрых нейтронах) имеются также промежуточные теплообменники. Тепло через них передаётся от первого контура во второй (оба жидкометаллические), а в парогенераторах происходит передача тепла от второго контура в третий, водяной. В состав парогенератора могут входить различные элементы: экономайзер, испаритель, пароперегреватель, промежуточный пароперегреватель (промперегрев также может осуществляться в специальных теплообменниках, не входящих в состав парогенератора).

Парогенераторы классифицируются:

по виду первичного теплоносителя — с водным, жидкометаллическим, газовым и др.;

по организации движения рабочего тела в испарителе — с многократной естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией, прямоточные;

по наличию корпуса (кожуха), в котором располагается теплообменная поверхность — корпусные (кожухо-трубные) и типа «труба в трубе»;

по количеству корпусов (корпусные) — однокорпусные, многокорпусные (отдельные элементы имеют собственные корпуса), секционные (разделены на несколько секций, имеющих общие системы регулирования расхода теплоносителя и рабочего тела), секционно-модульные (секции состоят из отдельных модулей, в которых располагаются различные элементы);

по особенностям компоновки — горизонтальные (советское и российское направление развития) и вертикальные (западное).

10.

30.24

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов

играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паро-

вых котлах – это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы

пароперегревателя и водяного экономайзера, а в водогрейных котлах – тру-

бы фестона и конвективного пучка (шахты).

Продукты сгорания, проходя по газовому тракту котла, передают теп-

лоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, за-

тем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, по-

сле чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару.

Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от

интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к

воде и пару через разделяющую стенку.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теп-

лового баланса, а расчет выполняется для 1 кг жидкого топлива или 1 м3

газа при нормальных условиях. Для парового котельного агрегата расчет

выполняется для каждого (или общего) газохода, а в водогрейном котле –

вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты в следующей

последовательности.

1. Определяют конструктивные характеристики (по табл. 1П, 2П или

чертежам): площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода га-

зов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.

2. Предварительно, если известно по паспортным характеристикам

котла (табл. 2П и 8.20 [12]), принимают значение температуры топочных

газов после рассчитываемой поверхности нагрева. Если таких данных нет,

то согласно условиям работы котла, задают произвольно два значения тем-

ператур топочных газов ϑ1′′ и ϑ′2′ , которые вероятнее всего могут оказаться

после рассчитываемой поверхности нагрева, а расчеты вести параллельно.

Например, после второго газохода парового котла (ДКВР или ДЕ) можно

задатьϑ1′′ = 200 °С и ϑ′2′ = 250 °С.

3. Согласно уравнения теплового баланса, определяют количество те-

плотыQб, передаваемое от продуктов сгорания к теплоносителю через кон-

вективную поверхность нагрева, а именно: в кипятильном пучке парового

котла – Qк, в фестоне – Qф, в конвективном пучке или шахте водогрейного

котла – Qш. Затем вычисляют среднюю температуру воды (для водогрейно-

го котла), средний температурный напор Δt и подсчитывают среднюю ско-

рость продуктов сгорания.

4. По номограммам (рис. 6П – 8П) графо-аналитическим методом оп-

ределяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, после чего

вычисляют коэффициент теплопередачи и тепловосприятие поверхностью

нагрева – Qт.

5. Если полученные из уравнения теплообмена значения тепловос-

приятияQт отличаются от определенного по уравнению баланса Qб (Qк, Qф

илиQш), т.е. при невязке расчета Δ менее 2 %, расчет поверхности нагрева

считается законченным, а предварительно заданное значение температуры

на выходе из конвективной поверхности нагрева (газохода, фестона, шах-

ты) и является истинной температурой для расчета последующих поверх-

ностей нагрева.

6. При расхождении значений Qт и Qб (Qт и Qк, Qт и Qф, Qт и Qш), т.е.

при невязке расчета Δ более 2 % (что встречается чаще всего), задают новое

значение температуры газов за поверхностью нагрева, причем температуру

принимают в большую сторону при плюсовой (+) невязке и в меньшую

сторону при минусовой (−) невязке, и вновь повторяют расчет.

7. Для ускорения расчета возможно использование графо-

аналитического метода, приведенного на рис. 2П. Графическую интерполя-

цию производят для определения температуры продуктов сгорания после

поверхности нагрева по принятым предварительно двум значениям темпе-

ратурϑ1′′ и ϑ′2′ и полученным по результатам расчета двум значениям Qт и

Qб (Qт и Qк, Qт и Qф, Qт и Qш).

Для этого на миллиметровой бумаге выстраивают четыре точки Qт =

f (ϑ1′′ , ϑ′2′ ) и Qб = f (ϑ1′′ , ϑ′2′ ), которые имеют вид, показанный на рис. 2П.

Точка пересечения прямых линий Qт и Qб укажет истинную или расчетную

температуру топочных дымовых газов за поверхностью нагрева – ϑ′р′ . При-

чем, если ϑ′р′ отличается от одного из принятых предварительно значений

ϑ1′′ и ϑ′2′ менее чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по ис-

тиннойϑ′р′ повторно определить только средний температурный напор Δt и

тепловосприятиеQт, сохранив при этом прежний коэффициент теплопере-

дачиK, после чего уточнить невязку расчета Δ, которая должна быть менее

2 %. При расхождении температур более 50 °С, требуется заново, для най-

денной температуры ϑ′р′ , определить коэффициент теплопередачи K, теп-

ловосприятие поверхностью нагрева Qт и проверить невязку расчета.

9.Шлакоудаление и золоулавление в котельных установках

В зависимости от мощности котельной установки используют следующие способы удаление шлаков : механический гидравлический и пневматический.

Механический способ удаление шлака применяют в котельных с выходом очаговых остатков до 10т/ч и при установки в них котлов с механическими или ручными топками для слоевого сжигания.

Гидравлический способ удаление шлака используют в котельных установках при пылевидном сжигании топлива и в тех случаях, когда в котельной имеются сбросные воды.

Пневматический способ удаления применяют в котельных, оборудованные котлами для слоевого и камерного сжигания топлива при выходе очаговых остатков от 0.3 до 10 т/ч. Пневматическую осуществляют как по нагнетательной, так и по всасывающим схемам.

Золоулавливание, процесс очистки дымовых газов от летучей золы. З. осуществляется механическими или электрическими аппаратами — золоуловителями. В сухих механических золоуловителях (блоках циклонов, батарейных циклонах и жалюзийных золоуловителях) З. происходит в результате действия центробежных сил при изменении направления движения газов. В мокрых механических золоуловителях (скрубберах) увеличение степени очистки достигается путём впрыскивания в поток газов воды, распылённой с помощью оросительных сопел, и смывания уловленной золы водяной плёнкой. В электрофильтрах используют силы притяжения отрицательно заряженных пылинок к положительно заряженным осадительным электродам. Наилучшая степень очистки (до 99%) достигается при последовательной установке механических золоуловителей и электрофильтров.

19. Тягодутьевые и питательные устройства котельных установок

Подача воздуха в топку для горения топлива (дутье) и удаление то-

почных дымовых газов (тяга) могут быть естественными – с помощью ды-

мовой трубы и искусственными – с применением дутьевого вентилятора и

дымососа. Дымовые газы, пройдя газоходы теплогенератора, направляются

в боров, дымосос и дымовую трубу.

Дымовые трубы предназначены для удаления топочных дымовых га-

зов и рассеивания вредных соединений (содержащихся в продуктах сгора-

ния) в атмосферном воздухе, с целью снижения их концентрации в атмо-

сфере на уровне дыхания до необходимых параметров. Дымовая труба, сама по себе и всегда, создает естественную тягу, а

движение топочных газов, при этом, происходит за счет гравитационных

сил обусловленных разностью плотностей холодного наружного атмосфер-

ного воздуха и горячих газообразных продуктов сгорания, заполняющих

газоходы, дымовую трубу, считая от уровня горелки до устья трубы. Чем

ниже температура наружного воздуха и выше его атмосферное давление,

выше температура продуктов сгорания топлива, выше дымовая труба – тем

естественная тяга больше. В ясную морозную погоду тяга лучше, а в ту-

манную, ветреную, влажную – хуже.

Установка дутьевого вентилятора и дымососа обеспечивает более на-

дежную и эффективную работу котельных установок, позволяет поддержи-

вать заданное разряжение или давление в топке, автоматизировать подачу

воздуха и топлива в топку

Дутьевой вентилятор имеет металлический корпус в виде улитки, в

котором установлен ротор с лопатками, а на оси – электродвигатель. При

вращении рабочего колеса в центре создается разряжение, куда через круг-

лое отверстие поступает новая порция воздуха, и за счет центробежных сил

он отбрасывается к стенкам корпуса и переходит в нагнетательное прямо-

угольное отверстие. Производительность дутьевого вентилятора должна

обеспечивать с 10 %-ным запасом подачу действительного объема воздуха,

необходимого для горения с учетом его температуры, а напор вентилятора

должен преодолеть сопротивление воздушного тракта (воздуховода, за-

слонки, горелки, направляющего аппарата). В качестве дутьевых вентиля-

торов обычно используют центробежные вентиляторы среднего давления.

Забор воздуха для дутья осуществляется из верхней зоны котельного зала и

частично снаружи с помощью специального клапана.

Дымосос – центробежный вентилятор, только с массивными лопатка-

ми ротора. Производительность дымососа должна быть на 10 % больше

полного объема топочных дымовых газов, удаляемых из котла, с учетом их

температуры, а напор должен преодолеть гидравлическое сопротивление

всего газового тракта (топки, газохода, экономайзера, воздухоподогревате-

ля, борова, шибера, дымовой трубы) за вычетом самотяги дымовой трубы.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

В качестве основного устройства питания водой котельных установок малой и средней мощности используют центробежные насосы с электроприводом. В производственных и производственно-отопительных котельных, где вырабатывается пар, могут применяться поршневые насосы с паровым приводом, а в небольших отопительных котельных иногда для питания котла водой используют инжекторные насосы.

Центробежные насосы с электроприводом в котельных установках получили широкое преимущественное применение из-за высокой экономичности и надежности, удобства регулировки производительности

в качестве недостатков таких питательных устройств выступают: необходимость держать насос под заливом при запуске; резкое снижение производительности насоса при механическом износе рабочего колеса; низкий КПД насосной установки при ее малой производительности по отношению к номинальной.

Поршневые насосы с паровым приводом нашли применение в качестве питательных установок только в котельных установках с паровыми котлами, т.к. для их привода требуется пар. Очень часто паровые поршневые питательные насосы используются в качестве резервных. Паровые питательные насосы имеют ряд достоинств: независимость привода от наличия в котельной установке электрической энергии; использование пара после насоса в цикле теплогенерирующей установки. Вместе с тем, есть ряд существенных недостатков: низкая экономичность; большой расход пара на перекачку воды; неравномерность подачи воды во времени; значительная чувствительность насоса к механическим примесям в воде и др.

Питание водой небольших отопительных котлов может осуществляться с помощью инжекторного (пароструйного) насоса. Пар, проходящий через сопло (инжектор), вызывает в минимальном сечении, где скорость потока пара максимальна, разрежение, что приводит к подсосу воды в поток пара. В результате этого на выходе из инжектора давление воды оказывается выше, чем оно было до инжектора. Сам пар конденсируется, переходит в воду и отдает ей свою тепловую энергию, т.е. в инжекторном насосе параллельно с повышением давления воды идет и ее подогрев за счет теплоты пара.

36,45.теплонасосные установки

Теплонасосные установки (ТНУ) используют естественную возобнов-

ляемую низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды (воды,

воздуха, грунта) и повышают потенциал основного теплоносителя до более

высокого уровня, затрачивая при этом в несколько раз меньше первичной

энергии или органического топлива. Теплонасосные установки работают по

термодинамическому циклу Карно, в котором рабочей жидкостью служат

низкотемпературные жидкости (аммиак, фреон и др.). Перенос теплоты от

источника низкого потенциала на более высокий температурный уровень

осуществляется подводом механической энергии в компрессоре (пароком-

прессионные ТНУ) или дополнительным подводом теплоты (абсорбцион-ные ТНУ).

Применение ТНУ в системах теплоснабжения – одно из важнейших

пересечений техники низких температур с теплоэнергетикой, что приводит

к энергосбережению невозобновляемых источников энергии и защите ок-

ружающей среды за счет сокращения выбросов СО2 и NOx в атмосферу.

Тепловые насосы в сравнении с холо-

дильными машинами работают в диапазоне более высоких рабочих темпе-

ратур. Особенно выгодно применение тепловых насосов (ТН) при одно-

временной выработке теплоты и холода, что может быть реализовано в ря-

де промышленных и сельскохозяйственных производств, а также в систе-

м ах кондиционирования воздуха.

Принципиальная схема парокомпрессионной ТНУ приведена на рис.

1.13 и включает испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель.

В бак испарения 6 поступает тепловая энергия низкого потенциала Q0

из окружающей среды при tн′ = 8 °С. Преобразование рабочей жидкости R

22 (аммиака или фреона) теплового насоса в пар происходит в змеевике

испарения хладагента 5 при пониженном давлении Р1 и пониженной тем-

пературе Т0 = 3 °С. Компрессор 1 всасывает из испарителя насыщенный пар

со степенью сухости x1 ≈ 1 и сжимает пар до давления Р2. При сжатии хла-

дагента энтальпия i и температура пара повышается до Тк = 55 °С, а затра-

чиваемая работа Al = Δi, кДж/кг.

Пар с температурой Тк = 55 °С подается в змеевик конденсации хлада-

гента 2, где тепловая энергия пара передается другому теплоносителю (во-

де) бака конденсации 3 (схема а) или воздуху (схема б), после чего пар

конденсируется при неизменном давлении Р2.

Коэффициент трансформации этого идеального цикла:

μс = qк / Al = Тк / (Тк − Т0) = 328 / (328 − 276) = 6,3,

где qк – теплота конденсации, кДж/кг; Al – работа сжатия, кДж/кг; Тк и Т0 –

температура конденсации и испарения хладагента, °С.

В дроссельном клапане 4 происходит понижение давления от Р2 до Р1,

жидкий хладагент частично испаряется и образуется парожидкостная смесь

со степенью сухости x0 ≈ 0,05, а в процессе дросселирования (при i = const)

температура хладагента снижается от Тк = 55 °С до Т0 = 3 °С. Парожидко-

стная смесь поступает в змеевик испарения хладагента 5, где, получая теп-

лоту от источника с низким потенциалом, вновь испаряется, и цикл повто-

ряется.

Таким образом, в ТНУ реализуется непрерывный круговой процесс

переноса теплоты с более низкого температурного уровня на более высо-

кий (к теплоносителю). Для этого подводится энергия извне, которая затра-

чивается на повышение давления парообразного рабочего вещества (хлада-

гента). Причем затраченная энергия может быть электрической, тепловой и

любой другой.

46 расчет фестона

49.Факельные топки парогенераторов

То́пка — устройство для сжигания органического топлива с целью получения высоконагретых дымовых газов. Полученная тепловая энергия либо преобразуется в электрическую или механическую энергию, либо используется для технологических и других целей. Камерная (Факельная) топка выполненная обычно в виде прямоугольной призматической камеры состоящей из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. . Топливо вводится в К. т. вместе с воздухом, необходимым для горения, через горелочные устройства, которые размещают на стенах топки, а также по её углам. Топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твёрдое пылевидное топливо, а также газообразное и жидкое топливо. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла; остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твёрдом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприёмное устройство, заполненное водой.