Технология производства


Технология производства
Не весь пар проходит до конденсатора, отчасти его отбирается из промежуточной ступени турбины (8) и теплота этого потока пара в теплообменнике (7) используется на подогрев воды после конденсатора.
Теплофикационный цикл
Это третий способ усовершенствования цикла Ренкена.
См рисунок 1.
7 – теплообменный аппарат;
8 – потребители тепловой энергии
9 – насос
По сравнению с обычным циклом Ренкена, здесь пар из промежуточной ступени турбины используется для производства тепловой энергии. В теплообменнике 7 этот пар нагревает воду и далее вода с помощью насоса 9 подается к потребителям тепловой энергии и вновь возвращается на нагрев в теплообменник 7. Таким образом, производится 2 продукта одновременно: тепловая и электрическая энергия. Суммарное полезное использование на два этих продукта достигает 80%.
Итого по четырем циклам
На крупных ТЭС могут использоваться все три способа усовершенствования цикла Ренкена.
Мы рассмотрели паротурбинный цикл.
Цикл газотурбинной установки
См рисунок 2.
Компрессор;
Камера сгорания;
Газовая турбина;
Электродвигатель;
Топливный насос (или компрессор);
Электрогенератор.
Вал.
На одном валу находятся компрессор, газовая турбина и электрогенератор. Воздух из атмосферы отбирается в компрессор, там он сжимается при этом затрачивается работа L(к) компрессора. Сжатый воздух далее подается в камеру сгорания вместе с топливом (обычно, природный газ). Ротор крутят продукты сгорания. На выхлопе температура до 1400 градусов цельсия. Затем поток попадает в газовую турбину, где отдает свою энергию на вращение ротора газовой турбины. При этом производится работа L(гт). Около 30%, произведенной в ГТ работы, тратится на компрессор. Работа электрогенератора= L(гт)-L(к), превращается в электроэнергию. Продукты сгорания, выбрасываемые из ГТ, имеют температуру 450-500 градусов цельсия. То есть энергия продуктов сгорания используется не полностью и КПД ГТУ обычно ниже, чем у паротурбинной на 10-15%.
ГТА – газо-поршневой агрегат, обычный ДВС.

Показатель ПТУ ГТУ ГПА ПГУ
КПД электрический, % До 45 До 35 До 50 До 60
Максимальная единичная мощность, МВт 1200 300 10 500
Удельные капитальные затраты, $/МВт 1000 600 1200 1500
Вид топлива: Т, Ж, Г Т, Ж, Г Г, Ж Г, Ж Г, Ж
Полный ресурс работы, лет 50 15 10-12 15-50
Т – твердое топливо;
Ж – жидкое топливо;
Г – газообразное топливо.
Основы теплообмена
Теплопроводность через плоскую стенку
q= лямбда(t(c1)-t(c2))/сигма=Вт/м^2
q – количество теплоты, проходящее через единицу поверхности за единицу времени.
Лямбда – коэффициент теплопроводности. Справочная величина для данного материала.
-26987563500
Лямбда (Вт/м)
Металлы 10-200
Огнеупоры 1-5
Жидкости 0,1-1
газы 0,01-0,1
Коэффициент теплопроводности характеризует способность данного вещества проводить теплоту в случае неподвижности вещества.
Как видно из таблицы, лучшим проводником теплоты являются металлы, а худшим – газы.
Теплоотдача
Теплоотдача – процесс передачи теплоты от твердой поверхности к жидкости или газу.
q= альфа (t(c)-t(ж))
альфа – коэффициент теплоотдачи
t(c) – температура на поверхности стенки
t(ж) – температура жидкости (газа) вдали от стенки.
Коэффициент теплоотдачи зависит от:
От скорости течения жидкости или газа.
От геометрической формы и шероховатости твердой поверхности, омываемой жидкостью или газом.
От теплофизических свойств жидкости или газа.
Для интенсификации теплоотдачи (альфа увеличивается) основным способом является:
Увеличение скорости движение жидкости или газа
На поверхности устанавливаются турболизаторы (искусственные препятствия для потока, чтобы образовывались вихри)
Теплопередача
Теплопередача – это передача теплоты от одной жидкости (газа) к другой жидкости (газу) через разделяющую их стенку.

q=k(tж1-tж2)
k=1/((1/альфа1)+(сигма/лямбда)+(1/альфа2)).
Альфа – коэффициент теплоотдачи от стенки жидкости 2.
Одним из способов интенсификации теплоотдачи является оребрение, например: если альфа1 значительно больше чем альфа2, то со стороны жидкости1 поверхность делается гладкой, а со стороны жидкости2, для увеличения поверхности ставятся ребра.

21 марта 2013г.
Виды электрических станций
Тепловые электрические станции (ТЭС) – 75% от общего объема производимой электроэнергии.
Атомные электрические станции (АЭС) – 15% от общего объема производимой электроэнергии.
По принципиальной тепловой схеме, АЭС, тоже самое что и ТЭС, но вместо котла на АЭС используется ядерный реактор. Для безопасности работы тепловая схема делится на отдельные контуры.
Рисунок 1 (схема работы двухконтурной АЭС):
Ядерный реактор;
Парогенератор;
Насос;
Паровая турбина;
Электрогенератор;
Конденсатор;
Насос.
В ядерном реакторе (1) содержится ядерное горючее, обычно это радиоактивный уран. При делении ядер урана выделяется огромное количество энергии (1 грамм урана выделяет теплоту, которая выделяется при сжигании 20 тонн угля). За счет этой энергии нагревается теплоноситель первого контура, затем в парогенераторе (2) теплоноситель первого контура передает теплоту теплоносителю второго контура, затем, охлажденный теплоноситель первого контура с помощью насоса (3) возвращается в ядерный реактор (1).
Теплоносителем второго контура является вода, которая в парогенераторе (2) превращается в пар. Парогенератор (2) как раз позволяет обеспечить более высокую безопасность АЭС, так как теплоносителю второго контура передается только теплота, но не передается радиоактивное заражение. Далее поток пара вращает ротор паровой турбины (далее как обычная ТЭС).
Гидроэлектростанции (ГЭС) - 6% от общего объема производимой электроэнергии.
Рисунок 2 (ГЭС).
Искусственное водохранилище;
Плотина;
Канал для течения воды;
Гидротурбина;
Электрогенератор;
Река дальше течет.
Солнечные электростанции.
Представляют собой панели полупроводниковых элементов, в которых энергия солнечных лучей непосредственно преобразуется в электроэнергию.
Геотермальные электростанции (энергия земли).
Здесь используется тепло земной коры, геотермальные станции строятся в местностях, где тонкая земная кора и по одной скважине вода закачивается в глубинные породы, нагревается там до 150-200 градусов (как на камчатке), по другой скважине выходит пар, этот пар вращает турбину, которая крутит генератор, который производит электроэнергию.
Ветровые электростанции.
Поток ветра вращает лопасти с электрогенератором.
Приливные электростанции.
Рисунок 3.
Море или океан;
Залив;
Искусственная дамба;
Гидротурбина;
Электрогенератор.
Во время прилива уровень воды поднимается, вода течет в залив, крутит гидротурбину. Когда вода уходит обратно тоже вращает гидротурбину.
Последние 4 вида электростанций – это электростанции на нетрадиционных источниках энергии, в сумме они дают 4% по производству электроэнергии.
Энергетическое топливо.
Поскольку ТЭС являются основными породителями электроэнергии, то основное топливо для энергетики – органическое.
Виды органического топлива:
Твердые топлива:
Древесина;
Торф;
Бурый уголь;
Каменный уголь;
Антацид.
От топлива а до топлива e увеличивается возраст топлива и его теплота сгорания.
Теплота сгорания – это количество теплоты, выделяющееся при сжигании одного килограмма топлива.
В энергетике России объем потребления твердого топлива примерно 30-35%.
Жидкие топлива:
Сжиженный газ;
Бензин;
Дизельное топливо;
Мазут;
Получаются в результате нефтепереработки.
В большой энергетике используется только мазут, чаще всего в качестве резервного топлива.
На небольших котельных иногда используется дизельное топливо.
В общем балансе энергетике жидкое топливо составляет примерно 1%.
Газообразное топливо:
Природный газ – 63% в общем балансе;
Природный газ – 1% в общем балансе.
Принципиальная схема котельной установки
Котельная установка на ТЭС предназначена для производства пара, используемого затем на турбине.

Рис. 4
Корпус котла;
Горелка;
Факел;
опускная труба;
подъемная труба;
Барабан/сепаратор;
Пароперегреватель;
Водонагреватель;
Насос;
Вентилятор;
Воздухоподогреватель;
Дымосос;
Дымовая труба;
Подача топлива (в горелку).
В горелке (2) происходит смешение потоков воздуха и топлива, на выходе горелки смесь воспламеняется и образуется факел (3). От факела (3) теплота передается воде, находящейся в трубках (5), вода нагревается до кипения и частично превращается в пар. Далее продукты сгорания отдают теплоту поверхности нагрева (7), (8) и (11), после чего дымовые газы дымососом (12) выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу (13). Порядок нагрева воды и превращения ее в пар следующий: насосом (9) вода подается в водонагреватель (8), затем вода направляется в барабан (6). Отсюда по трубам (4) вода опускается до низа котла (трубы (4) проходят снаружи котла, и в них нагрев не осуществляется), затем вода поднимается по трубкам (5) и от факела нагревается до кипения и частично превращается в пар. В результате в барабан (6) возвращается смесь воды и пара. Происходит разделение воды и пара и пар направляется в пароперегреватель (7), где он нагревается до более высокой температуры, необходимой для турбины. Воздух, подаваемый на горелку, предварительно подогревается в воздухоподогревателе (11).
КПД котла и виды потерь
ɳ (к) = 100% - (q2+q3+q4+q5+q6). – уравнение обратного баланса.
ɳ (к) определяется обычно по обратному балансу.
В котельной установке существуют следующие виды потерь:
q2 – потери теплоты с дымовыми газами, выбрасываемыми в атмосферу. Обычно температура выбрасываемых газов около 100 градусов Цельсия. Увеличение температуры на 15 градусов дает уменьшение КПД котла примерно в 1%;
q3 – потери теплоты с химическим недожогом топлива. Если в дымовых газах имеются горючие газы, то теплота, неиспользованная от сжигания этих горючих газов и дает потери q3.
q4 – потери теплоты с механическим недожогом топлива. Если с дымовыми газами выбрасываются горючие частицы топлива, то за счет этого получаются потери;
q5 – потери теплоты через тепловую изоляцию котла (корпус). Чем меньше производительность котла, тем больше процентов теплоты теряется через тепловую изоляцию.
q6 – потери теплоты с физической теплотой шлака.
Водоподготовка
Водоподготовка – это система, с помощью которой вода очищается от примесей.
Вода, используемая в котле ТЭС, должна иметь в несколько десятков раз меньшее содержание примесей, чем питьевая вода.
Примеси в воде могут быть трех видов:
в виде твердых частиц;
в растворенном виде;
в коллоидном виде.
Существуют три основных способа предварительной очистки воды на ТЭС:
Отстаивание. Вода, находясь в емкости длительное время в неподвижном состоянии, то твердые частицы падают на дно;
Фильтрование. Вода проходит через слой кварцевого песка и в этом слое остаются мельчайшие твердые частицы;
С помощью химических реагентов. Используется для очистки воды от растворенных и коллоидных примесей.
В воду добавляется химический реагент, который реагируя с примесью дает твердые частицы (хлопья, например), которые затем можно задержать с помощью фильтрования.
Кроме предварительной очистки вода очищается от растворенных в ней газов непосредственно при работе в цикле ТЭС. Делается это в деаэраторе. В нем вода нагревается до температуры кипения/насыщения, при этом из нее выходят все газы, газы выбрасываются в атмосферу, а вода далее используется
Паровая турбина
Сопла;
Вал;
Диск;
Лопатки.
В сопле (1) потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию (поток пара разгоняется), затем струя пара направляется на лопатки (4) и вращает весь ротор турбины.
Современная турбина состоит из большого количества ступеней. Одна ступень – это совокупность одной сопловой решетки и одного рабочего колеса. Деление процесса расширения пара в турбине на ступени определяется тем, что мощность, которую можно получить на одной ступени составляет 10-20 МВт. Мощность турбины доходит до 1000-1200 МВт.
Существуют следующие типы выпускаемых турбин:
Конденсационная турбина (К) (К в кружочке) – предназначена только для выработки электрической энергии;
Противодавленческая турбина (Р) (Р в кружочке) – работает без конденсатора, а пар, отработавший в турбине, в полном объеме отпускается потребителям. Такой тип турбин используется обычно на ТЭЦ промышленных предприятий, где требуется пар на технологии;
Теплофикационная турбина (Т) – предназначена для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии;
Электрический КПД ТЭС
ɳ(эл)= ɳ(t)* ɳ(оi)* ɳ(k)* ɳ(м)* ɳ(г)* ɳ(тр)
ɳ(t) – термический КПД цикла, на котором работает данная ТЭС;
ɳ(оi) – внутренний относительный КПД турбины – 70-85% для мощных турбин;
ɳ(k) – КПД котельной установки – 91-95%;
ɳ(м) – механический КПД турбоустановки, учитывает потери на трение в подшипниках турбины электрогенератора – 99-99,5%;
ɳ(г) – КПД электрогенератора – 99%;
ɳ(тр) – КПД трубопроводов – учитывает тепловые потери через изоляцию трубопроводов энергоблока.
Теплоснабжение
Это система, обеспечивающая производство и подачу тепловой энергии потребителям.
Существуют следующие виды потребителей тепловой энергии:
На нужды отопления. Q(от)=q(от) * V * (t(п)-t(в)^Р).
q(от) – отопительная характеристика здания. Справочная величина, зависящая от типа здания, его объема
V – наружный объем здания.
Год постройки здания.
t(п) – температура воздуха в помещении. Зависит от назначения здания (от +10 (гараж) до +25 (детские сады)).
t(в)^Р – температура наружного воздуха. Буква Р обозначает расчетная.
На нужды системы вентиляции (вентиляционная нагрузка).
Здесь теплота тратится на нагрев воздуха, подаваемого системой вентиляции в здание. Формула расчета такая же как в 1. Меняется только q(от). Будет «удельная вентиляционная характеристика здания». Также справочная величина.
На нужды горячего водоснабжения. Q(гвс)=a * Z * (t(гвс)-t(хв))
а – норматив на одного человека. Зависит от типа здания и думы.
Z – количество людей.
t(гвс) – температура подачи воды (от 60 до 70 градусов).
t(хв) – температура холодной воды. Летом +5, зимой +15.
Поскольку отсутствуют промышленные способы хранения тепловой энергии, то ТЭС должна производить столько тепловой энергии, сколько в данный момент потребуется потребителям. Количество тепла, потребляемое потребителями, зависит от температуры наружного воздуха, поэтому на ТЭС должно осуществляться регулирование количества отпускаемой теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха.
Используются два способа регулирования:
«Качественное» регулирование - при этом способе расход воды к потребителям круглый год один и тот же, а изменяется температура подаваемой воды. При расчетной температуре наружного воздуха в батарею должна приходить вода с максимальной температурой 95 градусов;
«Количественное» регулирование – неизменной остается температура подаваемой воды, а регулируется расход воды.
Экологическое воздействие ТЭС на окружающую среду
При работе ТЭС получаются следующие отрицательные эффекты:
Выбросы золы с дымовыми газами в окружающую среду;
В основном зола через специальную систему транспортируется со станции на отвалы, при этом отчуждаются значительные территории;
Оксиды азота, выбрасываемые с дымовыми газами. Вредны для дыхательных путей человека;
Оксиды серы. Если в топливе содержится сера, то при сжигании образуется оксиды серы. При контакте оксидов серы с водяными парами образуется слабый раствор серной кислоты….
Сброс в окружающую среду низко потенциальной тепловой энергии.
Для минимизации различных воздействий на окружающую среду на ТЭС используются различные технологии и процедуры для снижения уровня воздействия перечисленных факторов до допустимого.

Приложенные файлы

  • docx 14664058
    Размер файла: 60 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий