Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосбережение в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях. Учебное пособие.pdf
Образовавшаяся пульпа отделяется от газового потока в каплеуловителе
оседает на его стенках и стенках корпуса
ды, подаваемой через смывные сопла
ройство
8 и при изменении направления движения газового потока,
3. Затем пульпа потоком во-
4, смывается в золосмывное уст-
1.
Степень очистки дымовых газов в золоуловителе с трубками Вентури достигает 97%.
В золоуловителях – электрофильтрах очистка дымовых газов
осуществляется за счёт электроосаждения взвешенных частиц золы.
На рисунке 3.4 представлена схема пластинчатого электрофильтра.
В металлическом корпусе находятся коронирующие
1 и осадительные
2 электроды.
3
4
А В
2
1
С
1 2
Рис. 3.4. Схема пластинчатого электрофильтра:
1 – электроды коронирующие; 2 – электроды осадительные; 3 – рама;
4 – изоляторы; А – дымовые газы (неочищенные);
В – дымовые газы (очищенные); С – зола
51
Коронирующие электроды подвешены на общей раме и выполнены в виде узких полос (или прутков) с иглами. Рама опирается на электроизоляторы
4. К раме подключён отрицательный полюс от источни-
ка питания высокого напряжения (до 100 кВ). Из-за высокой разности
потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля в
слое газа у катода возникает коронный разряд, который ионизирует
молекулы газа. Вследствие этого образуется положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы остаются около коронирующих эл
одов, а отрицательные ионы стремятся к пластинча-
ектр
тым электродам, встречая на своём пути взвешенные твёрдые частицы
золы и заряжают их. Заряженные частицы золы движутся к пластинчатым электродам, оседая на них. Пластинчатые электроды специальными устройствами время от времени необходимо встряхивать, освобождая от осевших частиц золы.
Степень очистки дымовых газо
в от ок
сидов азота с помощью
пластинчатых электрофильтров достигает почти 100% (97…99%).
Другим преимуществом такого метода очистки газов является то,
что пластинчатые электрофильтры надёжно работают в условиях высоких температур (до 500 °С) и в агрессивной среде.
Из недостатков такого метода следует отметить высокую стоимость изделия, большую металлоёмкость и наличие высокого напряжения.
Ко
нстр
укции комбинированных золоуловителей сочетают в себе,
как правило, батарейные циклоны (первая ступень очистки) и электрофильтры (вторая ступень очистки). Степень очистки дымовых газов
также очень высокая (до 99%).
Однако существующие методы очистки не позволяют полностью
исключить попадание вредных веществ в атмосферу. Всё это непосредственно оказывает отрицательное влияние на живые организмы
(в том числе человека) и п
иводит к глобальным экологическим про-
р
блемам (разрушение озонового слоя атмосферы, кислотным дождям и
т.д.). Выбросы углекислого газа в окружающую среду за последние
60 – 70 лет выросли в 3 раза и продолжают увеличиваться.
Международное сообщество пытается бороться с появившейся
угрозой загрязнения атмосферы путём принятия ряда нормативных
документов, обяза
тельных для испо
лнения всеми странами-участниками (например, Киотский протокол, устанавливающий квоты вредных выбросов).
52
Кроме того, наряду с загрязнением воздушного бассейна, происходит загрязнение гидросферы, где на долю топливно-энергетического
комплекса приходится около 50% общего водопотребления и около
30% общего сброса загрязнённых сточных вод в водоёмы. Подсчитано,
что ежегодно в открытые водоёмы электрическими станциями сбрасывается около 1 млрд м
3
загрязнённой воды [24].
Определённый вред окружающей среде наносится также при добыче, переработке, транспортировке, хранении топлива (например, при
добыче угля необходимо отводить определённые площади под терриконы, прокладка газо- и нефтепроводов и т.д.).
Возобновляемые и нетрадиционные источники энергии (биомасса, гидроэнергетические, ветроэнергетические и солнечные установки)
в несколько раз меньше оказывают негативное влиян
е на окружаю-
и
щую среду. Однако их нельзя считать полностью экологически безопасными (например, при строительстве ГЭС могут выводиться из полезного использования значительные земельные площади, могут
ухудшиться условия для рыболовства и т.д.).
Наряду с загрязнением окружающей среды вследствие несовершенства техники и технологий, по ряду причин могут происходить
техн
енные аварии и катастрофы, наносящие значительный ущерб
ог
окружающей среде.
Таким образом, при определении приоритетных направлений ресурсо- и энергосбережения выбираются те направления, которые
временно
способствуют рациональному использованию природных
одно-
ресурсов, снижению негативного воздействия на окружающую среду
(повышению качества среды жизнедеятельности).
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Укажите основную цель нормативно-методического обеспече-
ния энергосбережения.
2. Назовите основные положения закона «Об энергосбере-
жении».
3. Перечислите основные нормативные документы по энергосбе-
режению в Российской Федерации.
4. Из чего складываются эксплуатационные расходы?
5. Перечислите виды учёта топливно-энергетических ресурсов.
53
6. Назовите основные показатели энергетической эффектив-
ности.
7. Что такое энергетический паспорт? Какую информацию он
должен содержать?
8. Что такое энергетическое обследование и какие задачи оно
решает?
9. Как организовать энергетическое обследование?
10. В чём заключается сущность энергетического баланса?
11. Экология и энергосберегающие мероприятия.
12. Поясните разницу между энергоаудитом и энергосбере-
жением.
13. Назовите виды энергетичес
ких обслед
ований согласно Правилам проведения энергетических обследований организаций. Содержание (коротко) каждого вида энергоаудита.
14. Работы, проводимые при экспресс-обследовании (энергоау-
дите).
15. Перечень работ, проводимых при углублённом энергоаудите.
17. Классификация энергобалансов предприятий.
18. Назовите цели, задачи и уровни энергетических обследований
(энергоаудита).
54
4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
4.1. ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Газотурбинные энергетические установки
В качестве рабочего тела в газотурбинных установках (ГТУ) используется смесь воздуха и газообразных продуктов сгорания определённого топлива (газа или жидкого топлива). Подготовленный воздух
(сжатый в компрессоре и нагретый до определённой температуры) и
топливо одновременно подаются в камеру сгорания, где эта смесь
сжигается и направляется на лопатки газовой турбины. Энергия по
го продукта сгорания в турбине совершает механическую рабо-
ченно
ту, вращая вал турбины. На валу газовой турбины находится вал генератора, при вращении которого вырабатывается электрический ток.
Схема типовой ГТУ представлена на рис. 4.1 [2].
Сжатый сгорания
воздух из компрессора
1 3 4
Воздух Газы
из окружающей из турбины
среды
Топливо
лу-
2 Газы из камеры
Рис. 4.1. Принципиальная схема ГТУ:
1 – компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – турбина газовая;
4 – электрический генератор
55
Отработанные продукты сгорания из турбины выбрасываются в
окружающую среду. КПД типовой ГТУ, как правило, не превышает
35%. В целях увеличения КПД ГТУ теплота отработанных газов утилизируется и направляется для выработки тепловой энергии.
Газотурбинная энергетическая установка, в которой одновременно происходит выработка и электрической, и тепловой энергии, называется ГТУ-ТЭЦ.
Схема типовой отопительной ГТУ-ТЭЦ представлена на
с. 4.2 [2]
ри
.
Топливо
2 3
4
9 10
1
Воздух 7
5
6
Продукты
сгорания
Рис. 4.2. Типовая схема отопительной ГТУ-ТЭЦ:
1 – компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – турбина газовая;
4 – генератор; 5 – утилизационный теплообменник;
6, 8 – клапаны регулировочные; 7, 10 – насосы циркуляционные;
9 – потребитель тепловой энергии
56
8
Сжатый воздух вместе с топливом сжигаются в камере сгора-
2. Продукты сгорания вращают лопатки газовой турбины 3 и вал
ния
генератора
4, где вырабатывается электрический ток. Отработан-
ные газы с температурой более 500 °С направляются в утилиза-
ционный теплообменник
в системе теплоснабжения. Насосы
5 для подогрева воды, используемой
7 и 10 обеспечивают циркуля-
цию воды в контурах теплообменника и системе теплоснабжения.
Клапаны
6 и 8 позволяют регулировать расход воды в указанных
контурах.
КПД выработки электрической энергии таких энергоустановок
составляет 35…37%.
При мощности менее 1 МВт обычные ГТУ становятся нерентабельными. В таких энергетических установках турбины были заменены на высокоскоростные
микротурбины, которые по размерам
в несколько раз меньше обычных. В настоящее время становятся
востребованными ГТУ с микротурбинами мощностью от 25 до
250 кВт.
Хотя КПД ГТУ с микротурбинами невысокий (не превышает
35%), они имеют ряд преимуществ:
– надёжная работа в течение длительного времени при низких
нагрузках;
– малые габариты;
– высокий ресурс работы до капитального рем
Малый
вес и габариты, невысокий шум в процессе работы по-
онта.
зволяют применять энергетические установки с микротурбинами в
составе котельных и устанавливать их на крышах зданий (крышные
котельные).
Парогазовые энергетические установки
Наряду с рассмотренными выше типами энергетических установок по производству электрической и тепловой энергии на ТЭС с точки зрения эффективности считаются парогазовые энергетические установки (ПГУ). Они представляют собой соединение паротурбинных
(ПТУ) и газотурбинных (ГТУ) энергоустановок. Существует несколько вариантов такого соединения. Рассмотрим некоторые из них.
57
Вариант первый
Наиболее экономичными в настоящее время являются ПГУ,
состоящие из котла-утилизатора и двух контуров давления. Электрической КПД такого типа ПГУ достигает 55%. Схема такой энергетической ПГУ представлена на рис. 4.3.
Сжатый воздух из компрессора
сгорания
ны
тора
2. Продукты сгорания подаются на лопатки газовой турби-
3. При вращении вала турбины, а следовательно, и вала генера4, вырабатывается электрический ток. Из газовой турбины 3
продукты сгорания поступают в котёл-утилизатор
1 и топливо сжигаются в камере
5 для получения
пара необходимых параметров (температуры и давления). Полученный пар подаётся на лопатки паровой турбины
6, где совершается
механическая работа (вращение вала паровой турбины). При этом
вращается также вал генератора
7 и также вырабатывается электри-
ческий ток.
В таких энергетических установках мощность газотурбинной час-
ти значительно превышает мощность паротурбинной части.
Топливо
2
6 7
1 3 4 4
5
8
Воздух 9
Рис. 4.3. Типовая схема ПГУ с котлом-утилизатором:
1 – компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – турбина газовая; 4 – генератор;
5 – котёл-утилизатор; 6 – турбина паровая; 7 – генератор;
8 – конденсатор (теплообменник); 9 – насос конденсатный
58
Вариант второй
Схема ПТУ остаётся прежней (рис. 4.3). Отличие заключается в
том, что продукты сгорания газотурбинной установки направляются
в котёл, где сжигается твёрдое или жидкое топливо. Такой способ
применяется для повышения эффективности блоков паротурбинных
электростанций за счёт надстройки газовыми турбинами (установки
предвключённых турбин высоких параметров). В таких энергетических установках мощность паротурбинной части превышает мощность газо
рбинной части. КПД таких энергоустановок достигает
ту
47…48% [2].
Электрический КПД паротурбинных электростанций, как правило, не превышает 43...45%.
Котельные установки (котельные) широко используются в качестве самостоятельного источника тепловой энергии в системе теплоснабжения жилищно-коммунальной сферы, объектов промышленности, а также для покрытия пиковых нагрузок в системах централизованного теплоснабжения. Они подразделяются на
грейные
и котельные паровые.
Котельные водогрейные. Принципиальная тепловая схема типо-
вой водогрейной котельной представлена на рис. 4.4. Вода обратная,
т.е. возвращаемая из тепловой сети, и вода подпиточная (прошедшая
предварительный подогрев, химическую очистку и деаэрирование),
поступают в котёл, где происходит её нагрев до заданной температуры. Из котла она направляется в тепловую сеть и далее потребителю.
Затем цикл по
по замкнутому контуру.
Котельные паровые. В отличие от водогрейных котельных,
в паровых котельных кроме горячей воды вырабатывается ещё и пар.
Принципиальная тепловая схема типовой паровой котельной представлена на рис. 4.5.
Паровые котельные, как правило, применяются там, где требуется
пар на технологические нужды.
КПД водогрейных и паровых котельных достаточно высокий и
достигает 94…97%.
4.1.1. Котельные установки
вторяется. Т
еплоноситель (котловая вода) циркулирует
котельные водо-
59
60
11
10
12 4 2
13 6 9 В теплосеть
8
Из водопровода 5
3 1
7
Из тепловой сети
Рис. 4.4. Принципиальная тепловая схема типовой водогрейной котельной [2]:
1 – насос сетевой; 2 – котёл водогрейный; 3 – насос циркуляционный; 4 – подогреватель химически очищенной воды;
5 – подогреватель сырой воды; 6 – деаэратор: 7 – насос подпиточный; 8 – насос сырой воды; 9 – блок химической
подготовки; 10 – охладитель выпара; 11 – эжектор водоструйный; 12 – бак эжектора расходный; 13 – насос эжекторный