1. Особенности пылеугольного отопления печей.

2. Промышленные печи. Особенности энергосбережения в высокотемпературных технологиях.

В промышленных печах теплота используется непосредственно для термической обработки сырья и готовой продукции.

Печи - устройства, применяемые для тепловой обработки материалов или изделий, либо для отопления.

По виду применяемой энергии: пламенные и электрические.

По принципу работы печи периодического и непрерывного действия (камерные и методические).

По области применения печи промышленные и бытовые.

По назначению печи плавильные, нагревательные, обжиговые, сушильные, отопительные, хлебопекарные и др.

В промышленных печах теплота передается обрабатываемому материалу , в отопительных печах - аккумулирующим стенкам, которые, остывая, выделяют эту теплоту в отапливаемое помещение.

В промышленных печах нагрев материала при температуре компонентов горения Тг может проводиться непосредственно в топке или вне топки в дополнительной камере продуктами сгорания, полученными в выносной топке.

Многие промышленные печи характеризуются низким коэффициентом полезного действия (порядка 25 %). Это обусловлено высокотемпературной обработкой материалов, при которой уходящие газы имеют температуру 750-1600 °С, неудовлетворительной организацией топочных процессов горения и потерями теплоты через ограждающие поверхности.

Экономия энергии в котлах и печах может быть достигнута:

• оснащением их электронными регуляторами для подачи топлива и воздуха с оптимальным коэффициентом избытка воздуха α;

• использованием огнеупоров и теплоизоляции с низкими коэффициентами теплопроводности;

• использованием эффективной изоляции ограждающих поверхностей для снижения потерь теплоты высокотемпературных ДГ;

• использованием рециркуляции ДГ;

• применением конденсационных теплообменников на выходе низкотемпературных ДГ (в этом случае утилизация теплоты позволяет использовать Q^в_р топлива). Применение этих и других мер может повысить КПД котлов и печей до 95 %.

Билет 10.

1. Расчет полного горения топлива.

2. Производство электрической энергии. Энергосбережение при производстве электрической энергии.

Электрическая энергия является наиболее удобным видом энергии как для транспортировки, так и для конеч­ного потребления. В традиционной энергетике для произ­водства электроэнергии используют теплоту, которая вначале преобразуется в механическую работу, а затем в электрическую энергию. Преобразование теплоты в меха­ническую работу осуществляется с помощью тепловых машин: паросиловых установок, ДВС и ГТУ. Эффектив­ность тепловых машин определяет их КПД. Максималь­ный термический КПД достигается в идеальной тепловой машине, работающей без трения:

(2.8)

где Т_г - температура источника теплоты, К; Т_х - темпера­тура приемника теплоты (холодильника), К.

Эффективность реальных тепловых машин определяет­ся также значением КПД, который зависит как от совер­шенства термодинамического цикла, так и от качества изготовления машины. Термический КПД цикла увеличи­вается с ростом разности температур Т_г - Т_х. Здесь ограниче­нием обычно является температура источника, которая определяется свойствами конструкционных материалов. Например, в паровых турбинах на сегодняшний день макси­мальная температура пара составляет 560 С. Качество изго­товления тепловой машины влияет на КПД из-за потерь при прохождении рабочего вещества по ее тракту, когда имеют­ся дополнительные потери энергии на преодоление сопро­тивления трения и местных сопротивлений. Кроме того, на эффективность использования энергии первичного источни­ка теплоты в тепловых машинах влияет также трение в перемещающихся сопряженных деталях машин. Для снижения этой отрицательной составляющей применяются смазка и специальные устройства - подшипники.

В состав технологических схем ТЭС и ТЭЦ (рис. 2.6) входит паросиловая установка с турбиной.

По принципу работы турбины делятся на активные и реактивные.

В активных турбинах кинетическая энергия потока пара преобразуется в механическую работу.

В реактивных турбинах теплота преобразуется в рабо­ту за счет расширения пара.

В соответствии со вторым законом термодинамики в механическую работу может быть преобразовано до 45 -46 % теплоты, так как часть ее необходимо отдавать холо­дильнику, которым служит окружающая среда. Поэтому при производстве на ТЭС только электроэнергии КПД использования первичного топлива не превышает 45 %. Оставшаяся часть энергии не используется, отводится от конденсатора и передается окружающей среде с помощью системы охлаждения водой (47%), дымовыми газами (5,5 %), через ограждающие стенки котлов и трубопрово­ды (2,5%). Такая схема позволяет достичь максимума выработки электроэнергии за счет приближения темпера­туры рабочего вещества в холодильнике (конденсаторе) к температуре окружающей среды.

Рис. 2.6. Принципиальные схемы ТЭС (а) и ТЭЦ с противодавленческой турбиной(б)

Если повысить температуру рабочего вещества в охла­дителе выше 100 °С, то охлаждающая вода будет иметь температуру, которая позволит использовать отработан­ную теплоту в тепловой машине для нужд теплоснабже­ния. При этом КПД использования энергии первичного топлива может достигать 92 % в ТЭЦ с противодавленчес-кими турбинами (рис. 2.6, б). Из них 36 % приходится на электроэнергию, а 56 % - на теплоту. Причем это соотно­шение остается постоянным, что не всегда является опти­мальным, так как потребности в электричестве и теплоте изменяются в течение суток, недель и сезонов.

Недостаток ТЭЦ с противодавленческими турбинами может быть преодолен на экстракционных ТЭЦ с турбина­ми, оснащенными устройствами отбора пара. На экстракци­онных ТЭЦ отпуск теплоты потребителям может изме­няться в широких пределах - от его прекращения до макси­мального значения, соответствующего ТЭЦ с противодав-ленческой турбиной. Таким образом, экстракционная ТЭЦ занимает промежуточное положение между ТЭС и ТЭЦ с противодавленческой турбиной, что позволяет гибко удов­летворять нужды потребителей в соответствии с графиками тепловой и электрической нагрузок и в то же время доби­ваться энергосберегающего эффекта за счет более эффектив­ного использования энергии первичного топлива.

Схема получения теплоты и электроэнергии на атом­ных электрических станциях (АЭС) и теплоэлектроцент­ралях (АТЭЦ) отличается лишь способом генерирования теплоты, которая высвобождается в ядерном реакторе, а затем передается рабочему веществу паротурбинной уста­новки. В зависимости от теплоносителя, используемого в реакторе, конструкции ядерных энергоустановок могут быть одно-, двух- или трехконтурными.

Одноконтурные схемы ядерных энергоустановок приме­няются в АЭС с газовыми и водяными реакторами, двухкон-турные - в АЭС с водо-водяными реакторами, а трех-контурные - в АЭС с жидкометаллическим теплоносителем. Пример одно- и двухконтурной схемы АЭС дан на рис. 2.7. Дополнительные контуры ядерных энергетических установок требуются для предотвращения выноса радионуклидов в последний контур с теплосиловым оборудованием. Они обес­печивают безопасную работу АЭС.

Рис. 2.7. Принципиальная схема одноконтурной (а) и двухконтурной (б) АЭС: 1 - реактор; 2 - турбогенератор; 3 - конденсатор; 4 - циркуляционный насос; 5- парогенератор

Рис. 2.8. Схема работы ПГУ

В настоящее время на ТЭС и ТЭЦ наряду с паротурбинными установ­ками (ПТУ) получают распростра­нение парогазовые установки (ПГУ), работающие по комбиниро­ванной схеме (рис. 2.8). В первой ступени ПГУ с газовой турбиной в качестве первичного источника энергии и рабочего тела используется природный газ, а вторичным рабочим телом являют­ся продукты сгорания. Во второй ступени схемы на ТЭЦ увеличивается средняя температура подво­да и уменьшается средняя источником энергии слу­жат выхлопные газы турбины, а рабочим телом -пар генерирует мый в парогенераторе с их помо­щью. За счет реализации такой схемы на ТЭЦ увеличивается средняя температура подво­да и уменьшается средняя температура отвода теплоты, что приводит к росту производимой полезной работы L = L₁ +L₂и доли выработки электроэнергии с 36-45 до 38-55 %. Парогазовая установка, работающая по анало­гичной схеме, построена и эксплуатируется на Оршан­ской ТЭЦ.

Билет 11.