Вопросы для самопроверки
1. Какой цикл осуществляется в паротурбинных установках?
2. Изобразите цикл Ренкина в p-v, T-s, h-s диаграммах.
3. Как влияет давление и температура пара, поступающего на лопатки турбины, и давление в конденсаторе на термический КПД цикла Ренкина?
4. Для каких целей применяется промежуточный перегрев пара в паротурбинных установках?
5. В чем состоит выигрыш при использовании регенеративного подогрева питательной воды в паротурбинной установке?
6. Опишите схему тепловой электростанции и основной принцип ее работы.
7. В чем преимущества теплофикационного цикла паротурбинной установки перед конденсационным?
8. Каким образом осуществляется теплофикационный цикл в ПТУ?
9. Дайте определение коэффициента использования теплоты ТЭЦ.
10. Какие преимущества имеет цикл парогазовой установки перед другими циклами тепловых двигателей?
11. Опишите тепловую схему атомных электростанций.
12. В чем отличие цикла АЭС от циклов конденсационных электростанций?
13. Почему термический КПД атомных электростанций ниже по сравнению с конденсационными станциями?
14. С какой целью используют сепарацию и перегрев пара на АЭС?
Раздел 3. Источники энергоснабжения
Более подробная информация по разделу содержится в учебных пособиях [1], [2], [4], [6]. В разделе рассматриваются две темы:
3.1. Котельные установки;
3.2. Электрические станции и системы.
При работе с теоретическим материалом следует ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в конце раздела; затем следует обратиться к практическим занятиям и разобрать примеры решения задач по данному разделу, а также выполнить лабораторную работу 1, а также пройти тест раздела 3 и решить из практического занятия 3 задачу. Максимальное количество баллов, которое Вы можете получить 21; 10 баллов за тестирование, 2 балла за решение задачи, 9 баллов за лабораторный практикум.
3.1. Котельные установки
Общие положения. Существуют два основных вида источников тепловой энергии (теплоносители – пар и горячая вода): котельные и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) [1…4, 6].
Если ТЭЦ является источником тепловой и электрической энергии, то котельная вырабатывает только тепловую энергию пара или воды за счет тепловой энергии, полученной от сжигания топлива.
Котельная установка представляет собой тепловой генератор, в котором химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабочего тела, называемого в данном случае теплоносителем, транспортируется к теплоприемникам потребителей и после использования теплового потенциала теплоноситель вновь возвращается в котельную установку для повторения цикла.
По виду вырабатываемого теплоносителя котельные установки бывают паровыми и водогрейными. По назначению они подразделяются на три основных типа:
энергетические, производящие тепловую энергию для последующего преобразования ее в электрическую энергию и входящие в комплекс энергетических сооружений электрических станций. В них вырабатывается перегретый водяной пар средних, высоких и сверхкритических параметров;
производственные, производящие тепловую энергию для технологических нужд различных производств. Они, как правило, являются паровыми, вырабатывающими сухой насыщенный или перегретый пар низких и средних параметров;
отопительные, производящие тепловую энергию для целей теплоснабжения городов. Как правило, они являются водогрейными, на которых получают перегретую воду с температурой 95…150°С.
Часто встречаются сочетания производственных и отопительных котельных установок, дающих одновременно пар для производственно-технологичеких нужд и горячую воду для отопительно-бытовых целей.
Рабочие процессы паровой котельной установки схематически можно представить как два организованных потока газов и жидкости. Они движутся по одной и той же теплообменной системе и обмениваются между собой энергией через разделяющие их металлические стенки, называемые поверхностями нагрева (рис.3.1)
Рис. 3.1. Схема рабочих процессов в паровой котельной установке
Организация потоков в котельных установках отличается большим разнообразием и зависит от многих факторов: назначения котельной и ее производительности; вида используемого топлива и способа сжигания, рода теплоносителя и методов его циркуляции, а также определяется задачами обеспечения максимального эффекта преобразования энергии топлива в тепловую энергию воды.
В соответствии с рассмотренной схемой собственно котлоагрегат включает в себя как обязательные элементы:
топочное устройство, в котором сжигается топливо и образуются топочные газы – высоконагретые продукты сгорания;
котел (металлическую емкость), внутри которого циркулирует теплоноситель и через поверхность которого передается теплота от газов к теплоносителю;
систему газоходов, служащих для удаления топочных газов в атмосферу;
устройства для подачи топлива и воздуха в топку, удаление остатков топливосжигания и продуктов сгорания, циркуляции теплоносителя; системы трубопроводов воды, пара, воздуха, конструктивно выполненных как единое целое с котлоагрегатом.
Котельная установка – совокупность одного или нескольких котлоагрегатов, установленных в одном помещении и оборудованных общими вспомогательными устройствами: топливоподготовки, шлакозолоудаления, водоподготовки и питания котлов, очистки и удаления газов.
Для теплоснабжения городов и населенных пунктов используются отопительные котельные. Они бывают:
а) индивидуальные (домовые) или групповые для отдельных или группы зданий. Теплопроизводительность таких котельных 0,5…4 МВт, котлы водогрейные чугунные, секционные, температура теплоносителя 95…115°С, эксплуатационные КПД на каменном угле – 60…70%, на газе и мазуте – 80…85%;
б) квартальные для теплоснабжения квартала или микрорайона. Теплопроизводительность – 5…50 МВт, вид котлов – стальные паровые типа ДКВР или ДЕ и водогрейные типов КВТС, КВГМ, ТВГ, температура теплоносителя 130…150°С, эксплуатационный КПД на каменном угле 80…85%, на газе и мазуте – 85…92%;
в) районные для теплоснабжения одного или несколько жилых районов. Теплопроизводительность – 70…500 МВт, вид котлов – стальные водогрейные типов ПТВМ, КВТК,КВГМ, температура теплоносителя 150…200°С, эксплуатационный КПД на каменном угле 80…88%, на газе и мазуте – 88…94%, или паровые котлы типа ДКВР, ДЕ, ГМ – 50.
Если котельная помимо нужд отопления и горячего водоснабжения (ГВС) отпускает пар на производство, то она называется промышленно-отопительной. Если котельная обеспечивает тепловой энергией в виде пара и горячей воды только нужды предприятия, то такая котельная называется промышленной.
Котельные могут быть также только с водогрейными котлами (водогрейная котельная), только с паровыми котлами (паровая котельная) и с паровыми и водогрейными котлами (пароводогрейная котельная).
Отопительная котельная с паровыми котлами показана на упрощенной схеме рис. 3.2.
Рис. 3.2. Упрощенная схема паровой котельной
1 – питательный насос, 2 – паровой котел, 3 – паровая редукционная установка (РУ), 4 – транспорт пара на технологические нужды предприятия, 5 – трубопровод подпитки тепловой сети, 6 – сетевой насос, 7 – теплообменники подогрева сетевой воды, 8 – тепловая сеть (прямая – П и обратная – О), 9 - деаэратор.