книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

бы не засорять форсунки, мазут еще раз фильтруют и подогревают для обеспечения хорошего распиливания.

На мазутопроводах устанавливают соответствующую арматуру, расходомеры и другие контрольно-измерительные приборы.

Вода Конденсат

Рис. 35-6. Схема мазутного хозяйства электрических станций

Газообразное топливо на электрических станциях может быть ос­ новным или дополнительным к твердому или жидкому.

Газопроводы обычно прокладывают под землей на глубине 1—2 м. Если в газе содержится песок, вода и другие примеси, на магистралях устанавливают специальные уловители, а в нижних точках— дренаж­ ные устройства. Газопроводы снабжают задвижками для регулирова­ ния подачи газа, а также расходомерами; и. другими измерительными приборами. Для заполнения газопровода газом при пуске и освобож­ дении его от газа при остановках на газопроводе устанавливают свечи

свыводом газа в атмосферу.

Вкотельных, в которых сжигается газ, должны строго соблюдать­ ся правила по технике безопасности.

Техническое водоснабжение

Для работы паротурбинных конденсационных электростанций тре­ буются большие количества технической воды, расходуемой на следу­

ющие нужды, %:

100 На ТЭЦ, кроме того, вода расходуется на пополнение потерь сете­

вой воды. Каждая электростанция должна быть также обеспечена по* жа-рным водопроводом н питьевой водой.

45?

С н а б ж не конденсаторов паровых турбин охлаждающей водой

Наибольшее количество технической воды, потребляемой электро­ станцией, поступает в конденсаторы для охлаждения пара. Поэтому выбор системы водоснабжения представляет один из главных вопро­ сов при проектировании и сооружении тепловой электрической стан­ ции.

Источниками водоснабжения могут быть различные водоемы: ре­ ки с достаточным дебитом воды, моря, озера и подземные воды, заби­

раемые, например, из артезианских скважин. Систему водоснабжения электростанции, основанную на использовании водоема, ресурсы кото­ рого значительно превышают потребность электрической станции в во­

де, называют прямоточной. При прямоточном водоснабжении хо­ лодная вода забирается из водоема специальными насосами, установ­

ленными в зависимости от разности в уровнях водоисточника и здания электрической станции либо в самом здании электрической станции (при небольшой высоте всасывания воды), либо в отдельном здании, расположенном на берегу водоисточника или вблизи от него (при большой высоте подачи воды). Нагретую воду после конденса­ торов обычно отводят по самотечным каналам в тот же водоем, но на таком расстоянии от водозабора, которое исключало бы засасывание, насосами теплой воды. Перед насосами устанавливают водоприемные устройства с решетками и сетками для очистки воды от механических примесей.

При отсутствии в месте расположения электростанции соответству­ ющего водоема применяют оборотную систему водоснабжения, при которой циркуляционная вода после конденсаторов поступает в охла­ дитель и затем (охлажденная) опять в конденсатор.

Применяют и системы частично прямоточные и частично обо­ ротные.

Среди систем оборотного водоснабжения различают системы

спрудом-охладителем, с брызгальным бассейном и с градирнями.

Впрудах-охладителях, естественных или искусственно соз­ даваемых (запруживанием рек) водоемах, охлаждение циркуляцион­ ной воды осуществляется с поверхности пруда при движении воды от места ее сброса до водозаборного устройства в результате конвектив­

ного теплообмена с воздухом и частичного испарения. Для того чтобы обеспечить требуемое охлаждение воды, пруды-охладители должны располагать определенной активной зоной, которая слагается из

транзитного потока и водоповоротных зон. Зона транзитного потока характеризуется наибольшей охлаждающей способностью. Водопово­

ротные зоны, прилегающие к транзитному потоку, образуются в зави­ симости от конфигурации берегов пруда.

Пруды-охладители обладают и застойными зонами, не учитывае­ мыми при расчете их охлаждающей поверхности. Для увеличения ак­ тивной зоны сооружают струенаправляющие устройства и дамбы. Не­ обходимая поверхность активной зоны определяется по удельной ее площади, величина которой зависит от климатических условий и со­ ставляет 1,2—2,0 квадратных метра на кубический метр охлаждаемой воды в сутки.

При расчете оборотного водоснабжения с прудами-охладителями должны быть учтены потери воды от испарения и утечек.

Вследствие повышения средней температуры воды в пруде в нем начинает усиленно развиваться болотная растительность, уменьшаю­ щая активную зону; в то же время водоросли загрязняют конденсато­

458

ры. Поэтому при расчете схемы водоснабжения с прудами-охладителя­ ми необходимо учитывать дополнительные расходы на проведение хи­

мической и механической очистки конденсаторов и борьбу с развитием болотной растительности.

В случае установки мощных блоков (300, 500 и 800 Мвт)

кает из них в виде фонтанов. Охлаждение циркуляционной воды происходит в результате

испарения части воды, а также конвективной теплоотдачи воздуху. Ис­ парение и теплоотдача протекают интенсивно вследствие того, что при разбрызгивании создается большая поверхность соприкосновения капель

с воздухом. При больших скоростях ветра охлаждение улучшается, но часть капель уносится за пределы бассейна. Для восполнения потерь циркуляционной воды от уноса и испарения к бассейну подводится свежая вода. Потеря воды в брызгальных бассейнах в результате ис­ парения составляет от 1 до 3%, а от уноса она может превышать 3%. Охлажденная вода из бассейна направляется в конденсаторы.

Вследствие значительного уноса воды и обледенений в зимний пе­

Теплая вода из конденсаторов циркуляционными насосами подается в расположенный в верхней части насадки лоток, а затем разбивается

459 *

бв насадке на тонкие струи (в капель­ ных градирнях) или стекает в виде тонких пленок по деревянным щи­ там (в пленочных). Над насадкой сооружается деревянная или желе­ зобетонная башня, создающая тягу

иувеличивающая скорость воздуха, проходящего через насадку. Цирку­

ляционная вода охлаждается в гра­ дирне в результате испарения и кон­ вективного теплообмена с охлажда­ ющим воздухом. Охлажденная вода из нижнего бассейна перекачивает­ ся циркуляционными насосами в конденсаторы турбин. В градирнях вода охлаждается лучше и унос мел­ ких капель воды значительно мень­ ше, чем в брызгальных бассейнах. В некоторых больших установках у градирен вместо башни, создаю­ щей движение воздуха, устанавли­ вают вентиляторы; при этом улуч­ шается охлаждение воды, но экс­ плуатационные расходы возрастают вследствие расхода электрической энергии на питание электродвигате­ лейвентиляторов.

Для современных блочных уста­ новок мощностью 300 и 500 Мет.

применяют градирни соответственно с охлаждающей поверхностью 6000 и 9000 м2.

При применении оборотных систем охлаждения циркуляционной воды температура ее при входе в конденсаторы получается выше, чем при прямоточном охлаждении, и вследствие этого давление в конден­ саторах у таких установок бывает относительно выше. Этим объясня­ ется, почему теплоэнергетические установки с искусственным охлаж­

дением: циркуляционной воды характеризуются при прочих равных ус­ ловиях более низким к. п.д.

Охлаждение воды применяют не только в паровых электрических станциях, но и для ГТУ, стационарных установок с двигателями внут­ реннего сгорания, а также для компрессоров и других установок, где оно осуществляется теми же способами, что описаны выше в основ­ ном с применением градирен.

Конструкции отдельных аппаратов тепловой схемы электростанций

Подогреватели регенеративного ци кл а. Обычно при­ меняют поверхностные подогреватели вертикальноготипа. На рис. 35-9, а схематично показан подогреватель низкого давления. В стальном корпусе 6 помещены {/-образные латунные трубки 5, раз­ вальцованные в трубной доске 3. Применение таких труб исключает необходимость компенсации различных тепловых удлинений их, а так­ же и корпуса вследствие неодинаковости температуры стенок. Внутри Труб протекает попадающая в них из водяной камеры 1 с перегород­ кой 2 питательная вода (конденсат), подогреваемая отборным паром,

460

подводимым к корпусу через особый патрубок. Конденсат греющего пара отводится через специальный патрубок в днище корпуса. Для лучшего омывания паром трубного пучка устанавливают перегород­ ки 7. Греющий пар входит в паровое пространство подогревателя с не­ которой скоростью, вызывающей сравнительно быстрый износ тех

Рис. 35-9. Схематическое изображение подогревателей низкого и высокого давления реге­ неративного цикла и сетевого вертикального подогревателя:

а —подогреватель низкого давления; б —подогреватель высокого давления; в —сетевой подогрева­ тель

участков труб, которые расположены против входного потока пара. Для предотвращения износа против входного парового патрубка уста­

навливают защитный лист 4.

На рис. 35-9, а, бив условно не показаны штуцеры для установки указателей уровня конденсата греющего пара в корпусе и устройств для автоматического поддержания его, а также штуцеры для отсоса воздуха, лапы для установки подогревателей и другие элементы. Труб­ ный пакет вместе с трубной доской может быть вынут из корпуса по­

догревателя для очистки и ремонта.

У современных крупных электростанций часто первый подогрева­ тель устанавливают непосредственно после выхлопного патрубка тур­ бины, перед местом поступления пара в конденсатор.

На рис. 35-9,б схематично показан подогреватель высокого давления регенеративного цикла. В связи с тем, что эти подогрева­ тели в современных установках работают под высоким давлением пара и питательной воды, применить в них трубные доски по условиям меха­ нической их прочности не представляется возможным. Поэтому подо­ греватели этого типа выполняют с коллекторами: питательная вода вхо­ дит в подогреватель и опускается вниз по коллектору 6 (см. рис. 35-9, б). В нижней части этот коллектор раздваивается на два коллектора /, под­ нимающихся вверх. Параллельно коллекторам 1 расположены два вы­ ходных (на чертеже один за другим) коллектора 2. Между коллектора­ ми 1 и 2 установлены горизонтальные спиральные змеевики 4, состав­ ляющие поверхность нагрева. Ввиду того, что греющий пар для подо­ гревателей высокого давления выходит из отбора турбины обычно в пе­ регретом состоянии и температура насыщения его то же высока, в кол­

461

лекторах 1 и 2 устанавливают диафрагмы 3 для направления движения потока нагреваемой питательной воды внутри трубок змеевиков 4. Таким образом, поверхность нагрева подогревателя разбивается на три части: верхнюю, к которой при помощи защитного листа 8 подводится перегре­ тый пар; среднюю, в которой происходит конденсация греющего пара, и нижнюю, где этот конденсат охлаждается.

Вследствие этого в таких подогревателях имеется возможность на­ греть питательную воду до более высокой температуры, чем температу­

ра насыщенного пара, и получить температуру конденсата греющего па­ ра ниже, чем температура, соответствующая насыщенномупару придан­

ном давлении. Для улучшения обогревания труб 4 в корпусе 5 устанав­ ливают несколько перегородок 7, направляющих движение обогреваю­ щего пара. Применение таких подогревателей повышает эффективность применения регенеративного цикла.

Существуют конструкции подогревателей высокого давления с под­ водом и отводом подогреваемой питательной воды в нижней его части. Этот тип иногда более удобно компонуется в машинном зале.

Сетевые подогреватели обычно изготовляют в вертикальном испол­ нении (рис. 35-9,в). Устройство сетевых подогревателей во многом ана­ логично устройству подогревателя низкого давления для регенеративно­ го цикла. В верхней части их, как и в подогревателях, имеется водяная камера 1 с перегородкой 2. Однако поскольку сетевая вода может быть более загрязненной, чем конденсат паровой турбины, сетевые подогрева­ тели выполняют с прямыми трубками 5, которые легче чистить. Это предопределяет наличие в этих подогревателях двух трубных досок— верхней 3 и нижней 7. В связи с наличием нижней трубной доски для направления движения сетевой воды в нижней части применяют под­ весную водяную камеру 8, соединенную с трубной доской 7 фланцем. Такое устройство хорошо обеспечивает компенсацию разности тепловых удлинений трубного пучка 5 и корпуса б, но удорожает подогреватель вследствие необходимости увеличения его диаметра для размещения фланцевого соединения камеры 8. В таких подогревателях можно, из­ меняя уровень конденсата в корпусе при неизменном давлении грею­ щего пара, изменять температуру нагреваемой сетевой воды. Для этого соответственно приоткрывают или прикрывают вентиль на выходе кон­ денсата греющего пара и наблюдают за уровнем его в корпусе. При по­ вышении уровня теплоотдача уменьшается и температура сетевой воды снижается.

На рис. 35-9.0 позициями 4, 9 и 10 соответственно обозначены за­ щитный (направляющий) лист, спускная трубка из камеры 8 и перего­ родки, направляющие движение пара.

Для современных крупных теплофикационных турбин применяютго­ ризонтальные сетевые подогреватели. Они лучше компонуются в машин­ ном зале, так как удобно размещаются под фундаментом турбины и по­ этому соединяются коротким паропроводом с местом отбора пара из турбины. Этот паропровод при больших удельных объемах и больших массах пара характеризуется большим диаметром, занимает много места и поэтому дорог.

На рис. 35-9 показаны двухходовые подогреватели, однако приме­ няют подогреватели и с большим числом ходов.

Деаэрационные колонки предназначены для удаления из питательной воды растворенных в ней газов. В зависимости от тепло­ вой схемы электрической станции применяют деаэрационные колонки низкого (0,12 Мн(м2) или повышенного (0,6—0,7 Мн/м2) давления. Схе­ матически деаэрационная колонка представлена на рис. 35-10. Колонка состоит из цилиндра, в который вставлены дырчатые тарелки (сита).

462

Питательная и добавочная вода взодится через патрубки в верхней части колонки. Обогревающий пар подводится снизу и, таким образом, осуществляется встречный поток воды и пара. В зависимости от типа

тепловой схемы число и назначение штуце­ ров у деаэрационной колонки могут изме­

нии. К ним на электрических станциях от­ носят паропроводы, соединяющие паровые котлы с паровыми турбинами,

с турбинами паровых питательных насосов, с редукционно-охладитель­ ными установками и пр. К вспомогательным трубопроводам относят продувочные, сливные, дренажные и другие водопроводы и паропроводы.

Всякий трубопровод состоит из системы труб, по которым движется теплоноситель, и из различной арматуры, предназначенной для того чтобы открывать, перекрывать, регулировать и направлять это движе­ ние. Схема трубопровода должна быть по возможности простой, чтобы при ее эксплуатации устранить возможность неправильных переключе­ ний. Наиболее дешевые и надежные трубопроводы получаются при блоч­ ной установке котел— турбина.

Для уменьшения тепловых потерь трубопроводы и арматуру покры­ вают тепловой изоляцией.

Находящийся в работе трубопровод нагревается теплоносителем и удлиняется по сравнению с холодным, выключенным трубопроводом. Это удлинение может привести к появлению добавочных значительных термических напряжений. Поэтому при сооружении трубопроводов пре­

463

дусматривают компенсацию тепловых удлинений, осуществляемую при­ менением компенсаторов из труб, изогнутых П- или лирообразно, кото­ рые встраиваются в прямые участки трубопровода между его закреп­ ленными мертвыми точками и, хорошо пружиня, предотвращают возник­

новение термических напряжений на этих участках. Термические напря­ жения могут быть также сняты повышением эластичности самой систе­

мы трубопроводов; для этого весь трубопровод выполняют с достаточ­ ным числом плавных изгибов (самокомпенсация).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. В. Я. Рыжкин. Тепловые электрические станции. Изд-во «Энергия», 1967.

Глава 36 АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ (АЭС)

Первая в мире электрическая атомная, станция была пущена в экс­ плуатацию в СССР в 1954 г. Пуск этой станции является началом новой эры в энергетике. Переход на использование атомной (ядерной) энергии в мирных целях для выработки электричества и тепла является новым этапом в развитии энергетики, ставящим ее на более высокий техничес­ кий уровень. Применение атомной энергии расширяет энергетические ресурсы. Принцип работы атомных станций основан на том, что при расщеплении ядер освобождается огромное количество энергии. Напри­ мер, при расщеплении 1 кг 1Я35 освобождается (с учетом неизбежных потерь делящегося вещества) около 70,0 Тдж.

Промышленное использование атомной энергии стало возможным после открытия методов, позволивших искусственно регулировать про­ цесс расщепления ядер.

Ядерная энергия может освобождаться и при синтезе легких ядер (термоядерная реакция). На этом принципе построена водородная бом­ ба. В энергетике принцип синтеза не применяется, так как пока не раз­ работан метод регулирования термоядерной реакции. По этому вопросу ведутся научно-исследовательские работы и в СССР построены лабора­ торные установки.

Искусственное расщепление ядер осуществляется в результате бом­ бардировки атомов делящегося вещества нейтронами, обладающими достаточной для этого скоростью. В зависимости от исходного деляще­ гося материала для расщепления применяют быстрые или медленные нейтроны. Медленные нейтроны часто называют тепловыми, так как скорость их движения («2200 м/сек) близка к скорости теплового движения молекул.

При расщеплении ядер появляются новые нейтроны (в 2—3 раза больше, чем первоначальные), которые расщепляют ядра других ато­ мов, и так возникает цепная реакция. Цепные реакции расщепления ядер осуществляются в ядерных реакторах. Регулирование процесса расщепления ядер в реакторе основано на том, что не все нейтроны, возникающие при распаде ядра, способны вызвать деление других ядер. Часть нейтронов поглощается делящимся веществом или окружа­ ющими его инертными материалами, а часть нейтронов выходит из ак­ тивной зоны.

Для регулирования цепной реакции в активную зону ядерного реак-

464

конструкциях реакторов теплоноситель одновременно является и за­

медлителем.

Часть нейтронов уходит из реактора через ограждающие поверх­ ности. Утечка нейтронов тем больше, чем больше отношение внешней

Рис. 36*2. Принципиальная схема Белоярской атомной электро­ станции

поверхности реактора к его объему. Поэтому потери нейтронов в ре­ зультате утечки уменьшаются при увеличении геометрических размеров реактора. При размерах реактора, меньших определенных минималь­ ных, называемых критическими, цепная реакция вообще не возникает. Для сокращения утечки нейтронов реакторы окружают отражателем 3, который выполняют из материалов, хорошо рассеивающих нейтроны, часто из тех же, что и замедлитель.

Регулирующие стержни 5 изготовляют из бора, кадмия и других материалов, легко поглощающих нейтроны. Изменяя глубину погруже­

ния стержней 5 в активную зону, можно изменять количество поглощае­ мых нейтронов, а следовательно, мощность реактора.

Радиоактивные излучения при ядерных реакциях весьма вредны для человеческого организма. Поэтому активный объем ядерного реак­ тора ограждается толстыми (1,5—2 м) бетонными стенами 4. Воздух в помещении реактора может оказаться зараженным биологически вред­ ными радиоактивными веществами. Для удаления этого воздуха на атомных электрических станциях устанавливают высокие вентиляцион^ ные трубы. Теплоноситель также приобретает радиоактивные свойства, поэтому для безопасности работы персонала на атомных электрических станциях должны быть применены особо надежные защитные и противоаварийные устройства. В этих же целях на атомных электростанциях широко применяют автоматизацию и дистанционное управление процес­

сами. Особое внимание обращается на безопасность персонала при вы­ полнении ремонта.

466