- •А.Л. Николаев
- •Новокузнецк 2003
- •Содержание
- •5 3.3.1 Общая характеристика 58
- •Введение
- •Структура народного хозяйства и элементы технологического процесса
- •2 Природные ресурсы. Сырье и энергия в народном хозяйстве
- •2.1 Общая характеристика
- •2.2 Перерабатываемое сырье
- •2.3 Топливо
- •2.3.1 Общие сведения
- •2.3.2 Общая характеристика состава твердого топлива
- •2.3.3 Нефть
- •2.3.4 Природный газ
- •2.3.5 Сжигание топлива
- •2.4 Вода
- •2.5 Воздух
- •2.6 Энергия
- •3 Шихтовые и футеровочные материалы и их характеристики
- •4 Обогащение и окускование полезных ископаемых
- •4.1 Общие сведения
- •4.2 Подготовка к обогащению
- •4.2.1 Дробление и измельчение
- •4 2.2 Грохочение и классификация
- •4.3 Обогащение
- •4.4 Окускование концентратов и мелочи полезных ископаемых
- •4.4.1 Агломерация
- •4.4.2 Производство окатышей
- •4.5 Загрязнение окружающей среды
- •5 Металлургия
- •5.1 Общие сведения
- •5.2 Гидрометаллургия
- •5.3 Пирометаллургия черных металлов
- •5.3.1 Сырьевая база
- •5.3.2 Производство чугуна
- •5.3.2.1 Устройство доменной печи и схема производства чугуна
- •5.3.2.2 Основные процессы и продукты доменной плавки
- •5.3.2.3 Интенсификация и технико-экономические показатели доменной плавки
- •5.3.3 Сталеплавильный передел
- •5 3.3.1 Общая характеристика
- •5.3.3.2 Кислородно-конвертерный процесс
- •5.3.3.3 Электросталеплавильное производство
- •5.3.3.4 Мартеновский процесс
- •5.3.3.5 Внепечная обработка и разливка металла
- •5.3.4 Прямое получение железа
- •5.3.5 Производство ферросплавов
- •5.4 Металлургия меди
- •5.5 Металлургия алюминия
- •5.6 Утилизация вторичных ресурсов
- •6 Литейное и прокатное производство
- •6.1 Литейное производство
- •6.1.1 Литейные материалы и их плавка
- •6.1.2 Литейные формы, охлаждение и выбивка отливок
- •6.2 Обработка металла давлением
- •6.3 Утилизация отходов
- •7 Технология неорганических вяжущих веществ
- •7.1 Портландцемент
- •7.2 Строительная известь
- •7.3 Гипсовые вяжущие
- •8 Промышленность строительных материалов и изделий
- •8.1 Определение, классификация и свойства строительных материалов
- •8.2 Искусственные неорганические строительные материалы
- •8.2.1 Безавтоклавный бетон
- •8.2.2 Железобетон
- •8.2.3 Керамика
- •8.2.4 Стекло и изделия из минеральных расплавов
- •8.2.5 Волокнистые материалы
- •8.3 Естественные неорганические материалы
- •8.4 Искусственные строительные материалы на основе органических вяжущих
- •8.5 Комбинированные строительные материалы
- •8.5.1 Полимербетоны и бетонополимеры
- •8.5.2 Древесно-цементные материалы и изделия
- •8.6 Утилизация отходов в промышленности строительных материалов
- •9 Производства основной химии
- •9.1 Кислоты
- •9.2 Минеральные удобрения
- •9.3 Комплексные удобрения и микроудобрения
- •9.4 Получение газов
- •9.4.1 Разделение воздуха на азот и кислород
- •9.4.2 Получение водорода и синтез аммиака
- •9.5 Утилизация отходов
- •10 Химическое производство органических веществ
- •10.1 Коксохимическое производство
- •10.2 Переработка нефти
- •10.3 Переработка природного газа
- •10.4 Производство полимерных материалов
- •10.4.1 Химическая переработка древесины с получением целлюлозы
- •10.4.2 Пластмассы
- •10.4.3 Каучук и резина
- •10.4.4 Утилизация отходов
- •11 Промышленная инфраструктура
- •11.1 Электроэнергетика
- •11.1.1 Значение электроэнергетики и виды электростанций
- •11.1.2 Паротурбинные энергетические установки электростанций
- •11.1.3 Газогенераторы тепловых энергетических установок
- •11.1.4 Гидроэлектростанции
- •11.1.5 Передача и распределение электроэнергии
- •10.1.6 Нетрадиционная энергетика
- •11.1.7 Воздействие на окружающую среду и утилизация отходов
- •11.2 Транспорт
- •11 2 1 Железнодорожный транспорт
- •11.2.2 Автомобильный транспорт
- •11.2.3 Водный транспорт
- •11.2.4 Воздушный транспорт
- •11.2.5 Промышленный и трубопроводный транспорт
- •Заключение
- •Список ЛитературЫ
- •Николаев Анатолий Лукич
- •Тираж 500 экз. Заказ
- •654041, Г. Новокузнецк, ул. Кутузова, 56, тел. 74-09-48
11 Промышленная инфраструктура
К промышленной инфраструктуре относятся отрасли материального производства, обеспечивающие эффективное функционирование других народнохозяйственных отраслей и важнейших систем жизнеобеспечения населения. Определяющими в ней являются электроэнергетика и транспорт.
11.1 Электроэнергетика
11.1.1 Значение электроэнергетики и виды электростанций
Электроэнергетика является составной частью народного хозяйства, вырабатывающей, преобразующей и передающей различные виды энергии. Ее количество служит одним из главных экономических показателей уровня развития страны.
В зависимости от вида энергии различают несколько основных типов электростанций: тепло-, гидро- и атомные (соответственно ТЭС, ГЭС и АЭС). Разрабатываются также нетрадиционные виды энергетики.
Производство электроэнергии увеличивается быстрыми темпами и выросло с 1 трлн. в 1950 г, до 12 трлн. кВт-час в 1990 г., в шесть раз превысив рост народонаселения мира (с 2,6 до 5,4 млрд. человек). Выработка на ТЭС составила 64% (уголь – 38, нефть – 12, газ – 14), на ГЭС – 19%, на АЭС – 17%. В России в 1995 г. было произведено около 1 трлн. кВт-ч., в том числе на ТЭС – 69 %, на ГЭС – 19%, на АЭС – 12%.
В настоящее время и в ближайшем будущем основная доля электроэнергии будет вырабатываться на ТЭС с использованием паротурбинных установок. Структура топливного баланса ТЭС разных стран может резко различаться, что иллюстрируется данными по России и США. Вырабатывая на ТЭС примерно одинаковую (около 70 %) долю электроэнергии; в 1995 г. – они обеспечили ее за счет следующих видов топлива (таблица 11.1).
Таблица 11.1 – Структура топливного баланса ТЭС в России и США
В процентах
Страна |
Топливо |
|||
Уголь |
Газ |
Мазут |
Прочие |
|
Россия |
27,5 |
61,4 |
10,7 |
0,4 |
США |
73,8 |
19 |
5,9 |
1,3 |
На АЭС, как и на ТЭС, также осуществляется превращение тепловой энергии в электрическую. Различие состоит лишь в том, что в одном случае тепловая энергия выделяется при распаде ядер тяжелых элементов, в другом – при сгорании топлива. ГЭС, в отличие от ТЭС и АЭС, работают на возобновляемых источниках энергии.
11.1.2 Паротурбинные энергетические установки электростанций
Паротурбинные электростанции работают на органическом (твердом, жидком, газообразном) и ядерном топливах. Твердое топливо (уголь, сланцы, торф и т.д.) сжигают в топках котлов на решетках (слоевое сжигание), или в пылевидном состоянии (камера сжигания). Слоевое горение сохранилось преимущественно в котлах малой производительности и практически вытеснено камерным.
В качестве газообразного топлива применяют природный, доменный и коксовый газы, которые дают значительную экономию эксплуатационных и капитальных затрат, позволяют в максимальной степени автоматизировать работу котлоагрегатов, улучшить экологическую обстановку в районе расположения электростанций.
Использование жидкого топлива дает те же преимущества, что и природный газ, и особенно эффективно при рядом расположенных нефтеперерабатывающих заводах.
АЭС всегда строят вблизи крупных энергопотребителей, так как незначительная масса горючего позволяет перевозить его даже на значительные расстояния, не повышая стоимость электроэнергии, а передача энергии на большие расстояния существенно увеличивает ее потери и требует крупных капитальных вложений на строительство линий электропередач.
ТЭС могут вырабатывать тепловую энергию, которая необходима для технологических процессов и силовых установок промышленности, отопления и вентиляции производств, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха и бытовых нужд. Для производственных целей обычно требуется насыщенный пар давлением 0,15–1,6 МПа. Однако, чтобы избежать потерь при транспортировке и непрерывного дренирования воды из коммуникаций, пар с электростанций отпускают перегретым. На отопление, вентиляцию и бытовые нужды ТЭС обычно подают пар с температурой до 1000С.
В соответствии с основным видом продукции (электроэнергия или тепло) станции с паровыми турбинами подразделяются на конденсационные (КЭС) и теплофикационные.
Конденсационные электростанции предназначены для снабжения потребителей электроэнергией. Их технологическая схема при камерном сжигании твердого топлива (угля) сводится к следующему. Топливо в дробильно – измельчительном отделении размалывается в угольную пыль, которая транспортируется в горелки топочной камеры. Топочные газы проходят газоходы котлоагрегата, где в пароперегревателе и водяном экономайзере (устройстве для подогрева воды перед подачей в котел) отдают тепло рабочему телу, а в воздухонагревателе – подаваемому в горелки воздуху. Затем газы попадают в систему пылеочистки (электрофильтры) и через дымовую трубу дымососами выбрасываются в атмосферу. Газоочистка на отечественных ТЭС пока не внедрена. Шлак и зола топочной камеры, пыль электрофильтров, воздухонагревателей транспортируется на золоотвалы системой гидросмыва.
Перегретый пар котла поступает в турбину, вращая ее вместе с валом генератора. Электроэнергия, вырабатываемая им, передается на сборные шины и от них отводится потребителям. Температура подогретого пара перед турбиной поддерживается равной 5400С при его давлении до 23,5 МПа. Тепловой КПД установки при прочих равных условиях в соответствии с циклом Карно пропорционален разности температур пара, подаваемого в турбины и выходящего из нее. Для увеличения этой разности пар после турбины поступает в конденсатор, в котором поддерживается давление ниже атмосферного (тысячные доли МПа), что позволяет понизить температуру конденсации пара примерно на 250С. Через трубы конденсатора пропускают холодную циркулирующую воду из естественного водоема или башни-охладителя (градирни). Конденсат насосом перекачивают в питательный бак, из которого насосом подают в котел. Таким образом создается замкнутый цикл для питательной воды, конденсата и пара.
Современные КЭС строят преимущественно из отдельных крупных блоков. В России эксплуатируются в основном блоки на 150 и 200 МВт, работающие на начальных параметрах пара 12,7 МПа, 5400С, а также блоки мощностью 300, 500, 800 и 1200 МВт (23,5 МПа, 5400С).
КПД конденсационной ТЭС составляет 34–40 %.
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) на органическом и ядерном топливе предназначены для снабжения потребителей электроэнергией и тепловой энергией в виде горячей воды или нагретого пара. Они могут иметь турбины с противодавлением или конденсационные с промежуточным регулируемым отбором. При работе турбины с противодавлением пар из котла поступает в турбину, в которой расширяется до противодавления, необходимого потребителю. В данном варианте работы ТЭЦ весь отработанный пар поступает тепловым потребителям. При наличии второй схемы перегретый пар из котла проходит часть ступеней турбины и, расширяясь, производит механическую работу. Из промежуточных ступеней часть пара отводится для теплофикации в подогреватель (бойлер) питательной воды. Оставшийся пар поступает на следующую ступень турбины и, совершив механическую работу, подается в конденсатор. Турбины рассматриваемого типа имеют от одного до трех регулируемых отборов.
Суммарный тепловой и электроэнергетический КПД теплоэлектроцентралей достигает 70%. Их сооружают в непосредственной близости к потребителям для сокращения потерь тепловой энергии при ее подаче.
На ТЭЦ России работают преимущественно турбины мощностью 100, 135, 175 МВт с параметрами пара 13 МПа, 5550С, а в наиболее крупных городах – турбины по 250 МВт на паре с параметрами до 24 МПа и 5400С. Мощность ТЭЦ составляет около 36% суммарной мощности тепловых электростанций страны.