Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы проектирования электростанций. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
А. С. Хвостиков, В. И. Леонтьев
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Утверждено в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом Федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
Комсомольск-на-Амуре
2020
УДК 621.311.22(07)
ББК 31.37-5я7
Х334
Рецензенты:
Департамент энергетических систем Политехнического института
(Школы) ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет»,
профессор, доктор технических наук, доцент К. А. Штым;
В. Н. Жук, начальник котельного цеха
СП «Комсомольская ТЭЦ-2» филиала «Хабаровская генерация»
АО «Дальневосточная генерирующая компания»,
заведующий базовой кафедрой «Тепловые электрические станции»
Хвостиков, А. С.
Х334 Основы проектирования электростанций : учеб. пособие /
А. С. Хвостиков, В. И. Леонтьев. – Комсомольск-на-Амуре :
ФГБОУ ВО «КнАГУ», 2020. – 64 с.
ISBN 978-5-7765-1425-8
Учебное пособие разработано для изучения лекционного материала,
выполнения лабораторных и практических работ по курсу «Основы проектирования тепловых электрических станций и атомных электрических
станций». Рассматриваются
вопросы проектирования и расстановки обо-
рудования тепловых электрических станций.
Предназначено для студентов направления подготовки 13.04.01 –
«Теплоэнергетика и теплотехника» (профиль «Тепловые электрические
станции»).
УДК 621.311.22(07)
ББК 31.37-5я7
ISBN 978-5-7765-1425-8 © ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре
государственный университет», 2020
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………….. 5
СОКРАЩЕНИЯ…………………………………………………………... 5
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ…………………………………………………. 6
1.1. Классификация электростанций…………………………………. 6
1.2. История развития строительства электростанций……………… 11
1.3. Технологическая структура тепловых электростанций………... 15
1.4. Технологическая структура атомных электростанций…………. 18
1.5. Проектирование тепловых электростанций…………………….. 19
2. ВЫБОР ПЛОЩАДКИ И ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ…………………………………………………. 22
2.1. Выбор площадки тепловой электростанции…………………….. 22
2.2. Выбор площадки атомной электростанции……………………... 25
2.3. Инженерные изыскания…………………………………………... 25
2.4. Генеральный план тепловой
2.5. Генеральный план атомной электростанции……………………. 31
2.6. Эффективность компоновки генерального плана………………. 31
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЛАВНОГО КОРПУСА
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ…………………………………………………. 32
3.1. Выбор основного энергетического оборудования
электростанции……………………………………………………. 32
3.2. Компоновка главного корпуса тепловой электростанции……... 35
3.3. Компоновка главного корпуса атомной электростанции………. 39
3.4. Компоновка турбинного отделения……………………………... 40
3.5. Компоновка котельного отделения……………………………… 41
3.6. Компоновка реакторного отделения…………………………….. 42
3.7. Строительная часть главного корпуса…………………………... 42
3.8. Материалы, применяемые для
3.9. Подземное хозяйство главного корпуса………………………… 45
3.10. Планировка главных корпусов электростанций
с газотурбинными и парогазовыми установками……………... 47
3.11. Вспомогательное оборудование главного корпуса…………… 48
3.11.1. Вспомогательное оборудование турбинного
отделения………………………………………………… 48
3.11.2. Вспомогательное оборудование котельного
отделения………………………………………………… 48
3.11.3. Трубопроводы и арматура……………………………… 50
4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СТАНЦИИ……………………………………………………………... 51
4.1. Угольное хозяйство……………………………………………….. 51
электростанции…………………... 26
строительства…………………... 44
3
4.2. Мазутное хозяйство………………………………………………. 54
4.3. Хозяйство дизельного топлива…………………………………... 55
4.4. Газовое хозяйство………………………………………………… 56
4.5. Топливное хозяйство атомной электростанции………………… 56
4.6. Масляное хозяйство………………………………………………. 57
4.7. Золоудаление и золоотвалы……………………………………… 58
4.8. Система водоснабжения………………………………………….. 59
4.9. Электрическая часть……………………………………………… 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………… 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………… 62
4
ВВЕДЕНИЕ
Общая электрическая мощность, вырабатываемая электрическими
станциями в единой энергетической системе России, на начало 2020 г. составляет около 246 342 МВт. Развитие мировой экономики требует увеличения вырабатываемой электрической энергии. За 2019 г. за счет введения
нового и модернизации действующего генерирующего оборудования увеличена мощность электростанций на 3214 МВт. В нашей стране большая
доля
электроэнергии (около 63 %) вырабатывается тепловой электриче-
ской станцией (ТЭС).
Электрическая станция представляет собой огромный производственный комплекс со сложной инженерной инфраструктурой, включающей десятки объектов, хозяйств служб, технологических и информационных систем.
Проектирование технологической части ТЭС представляет собой
сложный процесс выработки и принятия решений по структурным технологическим схемам, тепловым схемам,
ного энергетического оборудования, связанный с производством расчетов,
поиском пространственных компоновок главных корпусов, оптимизацией
отдельных фрагментов и ТЭС в целом.
Этот процесс на современном этапе требует системного подхода при
изучении объекта проектирования, использовании результатов новейших
достижений науки и техники и передового опыта проектных, строительномонтажных и эксплуатирующих организаций
ских станций выполняется крупными конструкторскими бюро.
В ходе изучения дисциплины «Основы проектирования ТЭС и АЭС»
студентам предлагается проследить, на основании каких факторов принимаются основные решения при проектировании.
СОКРАЩЕНИЯ
АЭС – атомная электрическая станция;
БО – бункерное отделение;
ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор;
ГеоТЭС – геотермальная электрическая станция;
ГОЭЛРО – государственная
ГРЭС – государственная районная электростанция;
ГТУ – газотурбинная установка;
ГЭС – гидравлическая электрическая станция;
ДО – деаэраторное отделение;
КЭС – конденсационная электрическая станция;
КО – котельное отделение;
комиссия по электрификации России;
составу основного и вспомогатель-
. Проектирование электриче-
5
ЛЭП – линии электропередач;
ОРУ – открытые распределительные устройства;
ПГУ – парогазовая установка;
ТЭС – тепловая электрическая станция;
ТЭЦ – тепловая электрическая централь.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
1.1. Классификация электростанций
Для производства электрической энергии используются природные
энергетические ресурсы, большая часть которых связана с солнечной энергией (излучением). К таким видам энергетических ресурсов относятся химически связанная энергия органических топлив (ископаемых углей,
нефти, природного газа, торфа, дров), гидравлическая энергия падающей
воды рек, энергия ветра и непосредственного солнечного излучения.
До
конца 50-х гг. доминирующим топливом в СССР оставался уголь.
С открытием новых нефтяных и газовых месторождений в Сибири его доля в структуре производства электроэнергии сокращалась при одновременном росте доли газа и мазута. С 80-х гг. идет быстрый рост доли природного газа в топливном балансе страны при одновременном
доли угля и особенно мазута. Этому способствовало ужесточение требований охраны окружающей среды, при котором приоритет отдавался газоугольной топливной стратегии. Реализация этой стратегии предполагалась
в максимально эффективном использовании природного газа на базе внедрения парогазовых технологий, а также росте использования твердого топлива с применением чистых угольных технологий (циркулирующий
щий слой и газификация угля).
Использование мазута резко при этом снижалось в связи с уменьшением добычи нефти и переходом на технологии ее глубокой переработки, а
также переводом на более экологически чистое топливо – природный газ.
Росту потребления газа способствовала также чернобыльская катастрофа (1986), после которой наступил фактический мораторий на
мощностей АЭС.
К другим видам энергетических ресурсов, не связанных с энергией
солнечного излучения, относятся: энергия распада ядер атомов некоторых
тяжелых элементов (урана, тория и др.), геотермальная энергия недр Земли, энергия приливов и отливов в океанах.
Все эти энергетические ресурсы принято подразделять на возобновляемые и невозобновляемые. К числу невозобновляемых
ресурсов относится энергия органических топлив.
энергетических
снижении
кипя-
вводы
6
В середине 90-х гг. в структуре топливоснабжения РФ, применительно к ТЭЦ на органическом топливе, основное место занимал газ, доля
которого составляла 59…63 %, уголь в пределах 25…28 %, мазут в пределах 11…13 %, около 0,3 % занимал торф.
К началу XXI в. ситуация начинает несколько меняться. Отсутствие
экономической и финансовой стабилизации в стране не позволило в широких масштабах перейти к прогрессивным и высокоэффективным энергетическим технологиям, использующим газ и уголь. Одновременно экспортная цена газа в несколько раз превысила цены на внутреннем рынке и вызвала тенденцию к постепенному сокращению поставок газа в энергетику
РФ. Намечалась тенденция к расширению использования твердого топлива
и реконструкции ряда ТЭЦ с
отметить, что за счет повышения качества проектов и систем безопасности
преодолен синдром боязни перед ядерной энергетикой. Начаты работы по
завершению сооружения ряда блоков АЭС, приостановленных ранее и
имеющих высокую степень готовности.
В зависимости от вида используемых энергетических ресурсов различают основные типы электрических станций: тепловые (
пользуется химическая энергия горения органических топлив, гидравлические (ГЭС), работающие за счет энергии рек, и атомные (АЭС), где используется атомная энергия расщепления топлива.
Очень ограниченную мощность имеют геотермальные (ГеоТЭС) и
ветросиловые установки, а также солнечные электростанции (гелиоустановки). Приливные ГЭС существуют пока только в проектах.
Наибольшее распространение
чили ТЭС, на которых тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании органических топлив (угля, мазута, торфа, природного газа, горючих сланцев), преобразуется в электрическую энергию. На их долю приходится
около 75 % вырабатываемой электроэнергии на Земле и около 80 % производимой электроэнергии в России.
Тепловые электрические станции для
электрической и тепловой энергий (для теплофикации) называются ТЭЦ, а
ТЭС, предназначенные только для производства электроэнергии, называются КЭС (рис. 1.1). Они оборудуются паровыми турбинами, где энергия
пара преобразуется в механическую энергию, и генераторами, вырабатывающими электрическую энергию. Отработавший пар поступает в конденсаторы, где поддерживается глубокий вакуум для лучшего использования
энергии пара при выработке электроэнергии (цикл Ренкина). Пар из отборов таких турбин используется только для регенеративного подогрева конденсата отработавшего пара и питательной воды котлов.
переводом на сжигание угля. Необходимо
ТЭС), где ис-
в энергетике в настоящее время полу-
комбинированной выработки
7
Рис. 1.1. Принципиальная
)
схема КЭС: 1 – паровой котел;
2 – топливо; 3 – паровая турбина;
4 – электрический генератор;
5 – конденсатор отработавшего
пара турбины; 6 – конденсатный
насос; 7 – регенеративный
подогреватель; 8 – питательный
насос парового котла
Теплоэлектроцентрали оборудуются паровыми турбинами с отбором
пара для снабжения промышленных предприятий (рис. 1.2, а) или подогрева сетевой воды, поступающей к потребителям для отопления и коммунально-бытовых нужд (рис. 1.2, б).
а) б
Рис. 1.2. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ: а – промышленная ТЭЦ;
б – отопительная ТЭЦ; 1 – паровой котел; 2 – топливо; 3 – паровая
турбина; 4 – электрический генератор; 5 – конденсатор отработавшего
пара турбины; 6 – конденсатный насос; 7 – сборный бак конденсата;
8 – питательный насос парового котла 9 – потребитель теплоты;
10 – подогреватель сетевой воды; 11 – сетевой насос;
12 – конденсатный насос сетевого подогревателя
На некоторых ТЭЦ для снабжения паром промышленных предприятий используются паровые турбины с противодавлением, значение которого определяется потребностью промышленного предприятия (рис. 1.3).
8
Рис. 1.3. Принципиальная тепловая
схема ТЭЦ с противодавленческой
турбиной: 1 – паровой котел;
2 – турбогенератор; 3 – тепловой
потребитель; 4 – конденсатный насос;
5 – пар от отбора; 6 – пар
на регенеративный подогрев
и в деаэратор; 7 – регенеративные
подогреватели низкого и высокого
давлений; 8 – деаэратор;
9 – питательный насос
С некоторого времени (приблизительно с 50-х гг. прошлого столетия) на ТЭС для привода электрических
газовые турбины. При этом в основном получили распространение газовые
турбины со сжиганием топлива при постоянном давлении с последующим
расширением продуктов сгорания в проточной части турбины (цикл Брайтона). Такие установки называются ГТУ. Они могут работать только на газовом или дизельном топливе. Эти энергетические установки требуют
наличия
статочно велика. В состав ГТУ входят компрессор, камера сгорания и газовая турбина. Компрессор через фильтр забирает атмосферный воздух и,
повышая его давление, подает в камеру сгорания, куда поступает газообразное или жидкое топливо. Продукты сгорания посредством давления на
лопатки ротора газовой турбины преобразуют энергию
ческую работу вращения. Отработавшие газы, после того как их тепло
предварительно утилизируется в подогревателях, выбрасываются в атмосферу через трубу. Чтобы снизить потери энергии на привод компрессора,
иногда в ГТУ устанавливают теплообменник, где воздух охлаждается водой.
может быть использован
пара и передачи его в паровую турбину. Принципиальная схема ПГУ изображена на рис. 1.4. Совместная выработка электричества в ГТУ (1-5 на
рис. 1.4) и паротурбинной установке (5-11 на рис. 1.4) позволяет получить
более высокие КПД. Благодаря большой маневренности (быстрые пуск в
работу и нагружение) ГТУ получили применение
пиковых установок для покрытия внезапного дефицита мощности в энергосистеме.
воздушного компрессора, потребляемая мощность которого до-
Газовые турбины на выходе имеют высокий потенциал, который
в котлах-утилизаторах для получения водяного
1
5
7
6
4
8
6
генераторов начали применяться
6
9
7
давления в механи-
в энергетике в качестве
2
3
9
Рис. 1.4. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ с ПГУ:
1 – компрессор; 2 – газовая турбина; 3 – камера сгорания;
4 – топливо; 5 – генератор; 6 – котел-утилизатор; 7 – паровая
турбина; 8 – конденсатор; 9 – конденсатный насос;
10 – регенеративный подогреватель; 11 – сетевой насос
Рис. 1.5. Принципиальная тепловая схема АЭС с ядерным перегревом
пара: 1 – деаэратор; 2 – турбина; 3 – генератор электрического тока;
4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – регенеративный
подогреватель низкого давления; 7 – питательный насос;
8 – регенеративные подогреватели высокого давления;
9 – циркуляционный насос; 10 – барабан-сепаратор; 11 – реактор;
12 – испарительный канал; 13 – пароперегревательный канал
Конкурентами ТЭС являются АЭС, работающие на энергии ядерного
распада изотопов. Тепловая схема
зависит от типа АЭС. Наибольшее применение нашли двухконтурные АЭС с водяным теплоносителем и одноконтурные с реактором кипящего типа (рис. 1.5). Принципиальное разли-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]