Главная>Каталог статей>Справочник по дизельным электростанциям>Курс лекций «Общая энергетика»: тепловые электрические станции (ТЭС)

Курс лекций «Общая энергетика»: тепловые электрические станции (ТЭС)

a:2:{s:4:"TEXT";s:110996:"

Раздел 1. Тепловые электрические станции

Тема 1.1. Типы электрических станций

1.1.1. Классификация электрических станций

Электрическая электростанция предназначена для выработки электрической и тепловой энергий для снабжения ею промышленного, сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства, транспорта и т.д. Тепловые электростанции (сокращённо ТЭС), предназначенные только для производства электроэнергии, называются конденсационными (сокращённо КЭС). Эти электростанции, работающие на органическом топливе (угле, мазуте, газе), обычно строятся вблизи мест добычи топлива. Например, Приморская ГРЭС ― вблизи от Лучегорского угольного разреза, Хоронорская ГРЭС в Читинской области ― вблизи Хоронорского месторождения углей, Нерюнгринская ГРЭС ― вблизи Нерюнгринского месторождения углей и т.д. ГРЭС расшифровывается как Государственная районная электрическая станция.

Курс лекций «Общая энергетика»: тепловые электрические станции (ТЭС), альтернативные источники получения электрической энергии

Электростанции, предназначенные для выработки электроэнергии, отпуска пара и горячей воды потребителям, называются теплоэлектроцентралями (сокращённо ТЭЦ). Выработка электроэнергии и тепла с паром и горячей водой называется комбинированной выработкой энергии. Обычно ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла: промышленных предприятий или для снабжения теплом и горячей водой жилых массивов, городов, посёлков и т.п.

На атомных электростанциях (сокращённо АЭС), также как и на электростанциях, работающих на органическом топливе (угле, мазуте или газе), осуществляется процесс превращения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электрическую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит в том, что на атомных электростанциях используется энергия, выделяющаяся при распаде ядер тяжёлых элементов (урана, плутония и других), применяющихся в качестве топлива, а на тепловых электростанциях ― при сгорании органического топлива. Тепловые схемы АЭС разнообразны, хотя её паротурбинная часть остаётся практически такой же, как и на обычной электростанции.

Электростанции, использующие энергию воды, называются гидроэлектростанциями (сокращённо ГЭС).

Электростанции местного значения располагаются в непосредственной близости от потребителя и снабжают энергией только близлежащий район или город. Тепловые электростанции местного значения работают на местном или привозном топливе в зависимости от места их расположения по отношению к топливным базам. Например, Анадырская ТЭЦ является станцией местного значения, она снабжает электро- и теплоэнергией узкий район ― г. Анадырь и близлежащие населённые пункты, и работает на местном угле. Камчатские ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 снабжают электроэнергией г. Петропавловск-Камчатский, г. Елизово и другие жилые поселения и теплом г. Петропавловск-Камчатский. В качестве топлива используется привозной мазут, который поставляется морским путём.

Как правило, почти все электростанции (атомные, тепловые, ГЭС и другие) объединяются в энергосистемы.

Совместная работа ТЭС, а также включение их в энергосистемы с ГЭС даёт следующие большие преимущества:

1. Возможность наиболее рационального использования энергетических ресурсов путём соответствующего распределения электрических нагрузок ЭС. Причём основную нагрузку всей системы несут районные станции, которые являются базисными и работающие на местных топливах. Местные ЭС, работающие обычно на привозном топливе, вырабатывают меньшее количество электроэнергии, принимая на себя только колебания нагрузки, и называются пиковыми электростанциями.

2. Уменьшение резервной мощности, т.к. резерв может быть общим для всей системы и сосредоточен на одной или двух электростанциях. Поэтому отпадает необходимость в резервных агрегатах на каждой станции. Это удешевляет стоимость строительства электростанции и себестоимость производства тепло- и электроэнергии.

3. Повышение надёжности тепло- и электроэнергии вследствие больших маневренных возможностей в таких энергосистемах. Имеется возможность проведения ремонтов основного и вспомогательного оборудования на какой-либо электростанции.

При выборе строительной площадки для ТЭС необходимо учитывать ряд требований:

―как можно ближе к месторождению топлива;

―недалеко от теплопотребителей;

―наличие водных источников требуемого расхода воды.

Следует заметить, что АЭС могут строиться вблизи крупных промышленных потребителей электрической энергии, и это выгодно отличает эти электростанции от работающих на органическом топливе, расположение которых напрямую зависит от отдаленности топливного месторождения, которое влияет на затраты транспортировки. Атомные электростанции могут быть конденсационными (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). В последние годы в некоторых странах большое внимание уделяют комбинированным атомным установкам для опреснения морских и солончаковых вод. Вполне очевидно, что такие станции будут строиться в местах, где ощущается недостаток пресной воды.

Основными направлениями развития энергетики РФ являются:

― строительство мощных электростанций, объединяемых в энергосистемы для крупных промышленных районов;

― широкое внедрение теплофикации;

― широкое использование местного топлива и гидроэнергии.

Местное значение могут иметь электростанции, использующие энергию ветра—ветровые электростанции, мощность их обычно мала, несколько МВт; электростанции солнечного излучения (5 МВт в Крыму), приливов и отливов мощностью несколько сотен МВт; энергию подземных горячих источников—геотермальные электростанции. Такие станции работают на Камчатке (Паужетская ГеоЭС, Мутновская ГеоЭС).

Электростанции в отдельных районах объединяются линиями электропередачи высокого напряжения (сокращённо ВЛ) в районные энергосистемы, эти системы между собой ― в объединённые энергосистемы (ОЭС), которые входят в единую энергетическую систему (ЕЭС). В состав энергосистемы входят электростанции, подстанции с повышающими и понижающими трансформаторами, линии электропередач.

К тепловым электростанциям местного значения относятся:

― отопительные, снабжающие теплом и электроэнергией промышленные предприятия города и удовлетворяющие коммунальные и бытовые нужды населения; на таких ТЭС установлены турбоагрегаты типа «Т»;

― промышленно-отопительные, снабжающие теплом и электроэнергией промышленные предприятия города и удовлетворяющие коммунальные и бытовые нужды населения; на таких ТЭС установлены турбоагрегаты типа «Т», «ПТ», «Р»;

― промышленные, снабжающие паром и теплом промышленные предприятия; на таких ТЭС установлены турбоагрегаты типа «П», «Р».

Местные станции, расположенные в районах, охваченных энергосистемами, присоединяются обычно к этим системам. Энергетические системы имеют централизованное диспетчерское управление, распределяющее суммарную электрическую нагрузку между отдельными электростанциями. Таким образом, формируется суточный график электрической нагрузки каждой электростанции, который определяется суточным графиком потребления электроэнергии для энергосистемы. Мощность электростанции должна быть равна потребляемой мощности плюс мощность собственных нужд электростанции. Нарушения этого равенства могут привести к непрерывным колебаниям частоты тока в энергосистеме (50 Гц).

Транспорт электро- и теплоэнергии связан с дополнительными потерями в линиях электропередачи, в тепловых сетях, например, при передачи электроэнергии потребителям по электрическим сетям достигает 89%.

Рассмотрим, какие же требования предъявляются к тепловым электростанциям.

1. Если станция работает изолированно, вне энергосистемы, то она должна иметь мощность, достаточную для покрытия тепловых и электрических нагрузок присоединённых к ней потребителей. При этом должна иметься возможность расширения станции, то есть увеличения её мощности с установкой новых дополнительных турбоустановок и котлов без нарушения её нормальной работы. Если электростанция работает в энергосистеме, то мощность её и возможность расширения устанавливаются, исходя из потребностей всей системы в целом.

2. Тепловая электростанция должна работать безаварийно, для чего она должна иметь надёжное оборудование, резерв в оборудовании, достаточный для производства ремонта и ревизий, а также обслуживающий персонал необходимой квалификации.

3. Надёжность снабжения потребителей электрической и тепловой энергией в необходимом количестве и требуемого качества является обязательным требованием, которое прежде всех других должно предъявляться к любой электростанции. А качество продукции электростанций ― это определённое напряжение и частота электрического тока, давление и температура пара и горячей воды для потребителей.

Тепловая электростанция должна иметь высокую тепловую экономичность, то есть малый расход топлива на единицу отпускаемой тепловой (ГКАЛ) и электрической энергии (КВт) и вместе с тем вырабатывать её с возможно меньшей себестоимостью. Об экономичной работе станции говорит величина, называемая удельным расходом топлива, то есть отношением расхода топлива в граммах на величину вырабатываемой тепловой и электрической энергии. С другой стороны, общая сумма расходов по эксплуатации тем меньше, чем дешевле топливо и чем выше КПД станции.

5. Расход электрической и тепловой энергии на собственные нужды станции должен быть минимальным.

Таким образом, электростанция должна проектироваться для работы на дешёвом топливе, по возможности на местном, а не на привозном, а оборудование станции должны работать с высоким КПД.

Контрольные вопросы.

1. Какие электростанции называются конденсационными?

2. Какие преимущества даёт объединение электростанций в энергосистемы?

3. Какие электростанции называются теплоэлектроцентралями?

4. Какие ТЭС относятся к электростанциям местного значения?

5. Какие электростанции обычно располагаются вблизи месторождения топлива и гидроресурсов?

6. Какие электростанции обычно располагаются вблизи от потребителей тепло- и электроэнергии?

7. Какие требования должны быть учтены при выборе строительной площадки для ТЭС?

1.1.2. Основные элементы паровых электростанций

Всякая паровая электростанция состоит из следующих основных элементов:

1. Котельный цех, в котором установлены котлы и вспомогательные элементы котлоагрегата (дымососы, дутьевые вентиляторы, насосы различного назначения и др.). В зависимости от местных условий вспомогательное оборудование может быть установлено в других помещениях.

2. Турбинный цех, где установлены паровые турбины, генератор, различные теплообменные подогреватели, насосы (сетевые , циркуляционные, конденсатные, питательные и др. на некоторых электростанциях котельный и турбинный цеха имеют общую администрацию, и называются котлотурбинным цехом.

3. Топливно-транспортный цех, состоящий из сооружений топливоснабжения (вагоноопрокидыватель, топливный склад, местные железнодорожные пути и др.), топливоподачи (ленточные транспортёры, бункеры угля и пыли), угле- и пылеразмолочные устройства (мельницы) и другое вспомогательное оборудование.

4. Цех тепловой автоматики и измерений (ЦТАИ), обслуживающий все приборы, предохранительные устройства, осуществляет поверку приборов и т.д.

5. Электроцех обслуживает электрогенераторы, трансформаторы, распределительные устройства, в том числе и собственных нужд, электрические кабели, связь и т.д.

6. Химический цех, в котором установлены Na- и Н-катионитовые фильтры, различного назначения насосы, обессоливающая установка. В составе химцеха имеется химическая лаборатория, где проводят анализы топлива, воды и т.д.

7. Различные служебные и бытовые помещения (мастерские, лаборатории, кладовые, душевые, административные помещения и другие).

1.1.3. Суточные графики потребления энергии

Потребляемая мощность, как тепловая, так и электрическая, изменяется в течение суток в зависимости от характера потребителей. Основную нагрузку даёт промышленное потребление энергии, транспорт, бытовые нужды.

Общая нагрузка электростанции состоит из нагрузок потребителей и расхода тепло- и электроэнергии на собственные нужды, а также на покрытие потерь в тепловых и электрических сетях. Изменение потребной электрической нагрузки и потребного расхода тепла по часам суток выражается диаграммами, которые называются суточными графиками нагрузок; на этих графиках по оси абсцисс откладывается время от 0 до 24 часов, по оси ординат ― потребление мощности в МВт (или кВт), или тепла в Гкал/час (или ккал/час). График электрической нагрузки базисной районной электростанции выглядит примерно, как на рис.1.

КВт

0 4 8 12 16 20 24 Часы суток

Рис.1.

Бытовое потребление тепла (отопление, горячее водоснабжение и вентиляция) имеет значительно отличающиеся суточные графики в зависимости от времени года. Летом потребление тепла для отопления и вентиляции практически отсутствует. Суточные графики потребления не остаются постоянными в течение года, а изменяются в большей или меньшей степени в зависимости от рода потребителей. Промышленные потребители практически имеют почти постоянный суточный график потребления электроэнергии в течение всего года.

Как правило, все тепловые электрические станции работают по заданному диспетчерской службой электрическому и тепловому графикам. Диспетчерская служба в случае необходимости вносит определённые изменения в эти графики.

Тема 1.2. Технологическая схема ТЭС

1.2.1. Тепловая схема ТЭС

Принципиальная тепловая схема электростанции (сокращённо ПТС) определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии в электрическую. Схема включает в себя основное и вспомогательное оборудование, участвующее в осуществлении этого процесса, и входящее в состав пароводяного тракта электростанции. На чертеже, изображающим принципиальную тепловую схему, показывается теплоэнергетическое оборудование вместе с линиями (трубопроводами) пара, воды, конденсата и других теплоносителей, связывающими это оборудование в единую систему. Принципиальная тепловая схема изображается как одноагрегатная и однолинейная схема, одинаковое оборудование изображается на схеме условно 1 раз.

Тепловая схема современной электростанции определяется как типами основного оборудования (котельные агрегаты с естественной циркуляцией или прямоточные, турбоагрегаты конденсационные с нерегулируемым отборами пара, теплофикационные с нерегулируемыми и регулируемыми отборами пара, с противодавлением); способом отпуска тепла потребителям (горячей водой, паром непосредственно из отборов или противодавления турбин, через паропреобразователи, паром из регулируемых отборов, от котельного агрегата через редукционно-охладительную установку, сокращённо РОУ); системой регенеративного подогрева питательной воды, сильно зависящей от схемы отпуска тепла и способа приготовления добавочной воды.

Рассмотрим работу тепловой электрической станции (рис.2).

В топке парогенератора (2) сжигается поступающее через горелки (1) топливо. Образующиеся при сжигании топлива газы высокой температуры движутся вдоль кипятильных трубок (3) парогенератора, в нижнюю часть которых поступает вода из барабана (4) парогенератора. Вода подаётся питательным насосом (16) в барабан, из которого котловая вода, перемешанная с питательной, направляется по опускным трубам (на рисунке не показаны) в кипятильные трубы. Проходя по кипятильным трубкам снизу вверх, вода частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь поступает в верхнюю часть барабана (4), где пар отделяется от воды и затем направляется в пароперегреватель (5), где температура пара повышается до 500÷5500С и более. Перегрев пара происходит за счёт теплоты дымовых газов, покидающих топку парогенератора. Пар из пароперегревателя по паропроводам (7) поступает в паровую турбину (6), приводя её во вращение с частотой, необходимой для электрогенератора тока (11).

После турбины пар поступает в конденсатор (12). По трубкам циркуляционным насосом (13) прокачивается охлаждающая вода. В конденсаторе пар конденсируется, и его конденсат откачивается конденсатным насосом (14) в питательный бак (15), то есть в деаэратор для удаления из питательной воды агрессивных газов. Деаэрированная питательная вода подаётся питательным насосом в парогенератор, и этот цикл повторяется.

Деаэрированной водой называется вода, из которой удалены кислород и углекислота. Удаление этих компонентов производится в специальном теплообменнике ― деаэраторе.

Рис.2 Упрощённая схема тепловой электростанции:

1―горелки; 2―парогенератор; 3―кипятильные трубки; 4―барабан; 5―пароперегреватель; 6―паровая турбина; 7―паропроводы; 8―паровпуск; 9―рабочие колёса турбины; 10―вал турбины; 11―генератор; 12―конденсатор; 13―циркуляционный насос; 14―конденсатный насос; 15―питательный бак; 16―питательный насос.

1.2.2. Тепловые нагрузки ТЭЦ

Тепловая энергия требуется для технологических нужд промышленности, для отопления и вентиляции производственных, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха, для горячего водоснабжения (ГВС). Для производственных целей обычно требуется перегретый пар, температура которого на 15÷200С выше температуры насыщения, так как при транспортировке к потребителю часть пара конденсируется и соответственно при этом происходит потеря теплоты. На отопление, вентиляцию от ТЭЦ вода поступает при температуре 95÷1800С, в зависимости от расчётного температурного графика.

Таким образом, централизованная система теплоснабжения включает в себя:

теплоисточник (ТЭЦ или котельная), трубопроводы для транспортирования тепла (пара или воды) и установки теплопотребителей, использующие теплоту для промышленных или бытовых нужд.

Однако летом эта нагрузка несколько меньше, чем зимой. Ведь летом отопления нет. В то же время промышленная и бытовая тепловые нагрузки резко изменяются в течение суток. Кроме того, среднесуточная нагрузка электростанции при использовании теплоты на бытовые нужды в конце недели, в предпраздничные и праздничные дни значительно выше, чем в другие рабочие дни недели.

При небольших изменениях температуры наружного воздуха отопительная и вентиляционная нагрузки жилых помещений в течение суток сохраняются практически постоянными. В тех же условиях отопительная нагрузка общественных зданий и промышленных предприятий может в течение суток заметно изменяться, в нерабочие дни недели ― значительно понижаться. Вентиляционная нагрузка в нерабочее время вообще выключается. Такое изменение расхода теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий и промышленных предприятий приводит к экономии топлива, расходуемого на эти цели.

Рассмотрим суточный график тепловой нагрузки на рис.3 ( ― зима, ―лето).

Отопительная тепловая нагрузка, расход тепла на вентиляцию и кондиционирование воздуха зависят от температуры наружного воздуха и имеют сезонный характер.

Расход теплоты на отопление и вентиляцию ― наибольший зимой и полностью отсутствует в летние месяцы. На кондиционирование воздуха теплота расходуется только летом, поэтому расширение сферы применения кондиционированного воздуха приведёт к повышению эффективности теплофикации.

На кондиционирование воздуха теплота расходуется

Q, только летом, поэтому расширение сферы применения

ГДж/ч кондиционированного воздуха приведёт к повышению

эффективности теплофикации.

ТЭЦ отпускает тепло на отопление по расчётным

графикам в зависимости от температуры наружного

воздуха. Существуют такие расчётные температурные

0 6 12 18 24 ч графики: 95/700С, 130/700С, 150/700С, 180/700С.

Рис. 3. Первая цифра означает температуру прямой сетевой воды, идущей к потребителю на отопление, вторая цифра ― температуру обратной сетевой воды, идущей от потребителя на ТЭЦ. Использование температурного графика от расчётной температуры наружного воздуха на отопление. Температурный график 180/700С используется редко и в основном на Крайнем Севере, где очень холодно. Например, Владивостокская ТЭЦ-1 работает по температурному графику 150/700С при расчётной температуре наружного воздуха –240С, а ВТЭЦ-2 ― по графику 130/700С и в настоящее время является отопительной котельной на мазуте.

Централизованный отпуск тепла ТЭЦ и частично другими источниками (котельными) на отопление, вентиляцию и бытовые нужды составляет около трети всего теплового потребления.

Максимальный расход тепла на отопление соответствует расчётной температуре наружного воздуха tрн, которая принимается равной средней температуре наиболее холодных пятилеток из восьми наиболее холодных зим на пятидесятилетний период.

Температура наружного воздуха зависит от климатических условий местности и в течение года изменяется в широких пределах. Отопительно-вентиляционная нагрузка отключается от потребителей при температуре наружного воздуха +8÷100С, что соответствует продолжительности отопительного сезона около 5000 ч/год при общей продолжительности года 8760 часов.

Приведем несколько примеров продолжительности отопительного сезона некоторых городов при расчётной температуре наружного воздуха для отопления:

г. Анадырь (-400С) 7400 часов г. Благовещенск (-340С) 5088 часов

г. Владивосток (-240С) 4824 часа г. Москва (-260С) 4920 часов

Промышленные предприятия являются круглогодовыми потребителями технологического пара и горячей воды и одновременно сезонными потребителями теплоты с горячей водой для отопления и вентиляции. Пароснабжение таких потребителей должно обеспечиваться с высокой надёжностью, так как перерывы в подаче пара или даже снижение подачи влекут за собой большой материальный ущерб из-за нарушения технологического процесса.

Контрольные вопросы.

1. Из каких основных элементов состоит паровая электростанция?

2. Какая вода называется деаэрированной?

3. Что включает в себя централизованная система теплоснабжения?

4. Что называется теплофикацией?

1.2.3. Отопление и горячее водоснабжение (ГВС)

Как мы уже знаем, отопление действует в холодное время года, и начало отопительного сезона определяется снижением среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +8÷100С в течение трёх суток подряд. И наоборот, окончание отопительного сезона определяется той же температурой +8÷100С, но принимается во внимание повышение наружной температуры воздуха.

Согласно санитарно-гигиеническим нормам температура внутри жилых помещений tв должна поддерживаться на уровне +18÷200С, В школах, детских садах, поликлиниках и больницах ― +200С, в административных зданиях ― +180С, в кинотеатрах ― +140С, в магазинах ― +150С, в учебных институтах и техникумах ― +160С и т.д.

Через отопительные приборы потребителей необходимо передавать столько теплоты, сколько теряет здание с тепловыми потерями QТП, которые зависят от кубатуры здания по наружному обмеру, и от разности внутренней и наружной температур. Отопительные характеристики зданий определяются по материалам типовых серий зданий, применённых для застройки данного района.

Потребление теплоты на горячее водоснабжение (сокращённо ГВС) является круглогодичным, однако средняя нагрузка летом снижается относительно зимней на 15÷25%. График нагрузки ГВС в течение суток подобен суточному графику потребления электроэнергии, который мы рассматривали в прошлом году. Суточные графики нагрузки ГВС различны для рабочих и выходных дней недели. Особенно высокий вечерний пик. Эта нагрузка наблюдается в субботу.

Среднесуточный расход тепла на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, предприятий коммунального обслуживания определяется по нормам расхода горячей воды.

Норма потребления горячей воды принимается по СНиПу (Строительные Нормы и Правила ― руководящие документы). Например: жилые дома с ваннами, душами, умывальниками и т.д. на одного жителя ―100 л/сутки:

общежития с общими душевыми ― 130 л/сутки;
гостиницы с общими ваннами и душами ― 70 л/сутки;
больницы и санатории на одного пациента (одна койка) ― 180 л/сутки;
школы (один учащийся и преподаватель в смену) ― 8 л/сутки.

1.2.4. Системы теплоснабжения

Схемы тепловых сетей зависят от размещения источников тепла (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления, характера тепловой нагрузки и вида теплоносителя.

При выборе схемы тепловой сети исходят из условий надёжности и экономичности, стремясь к получению наиболее простой конфигурации сети и наименьшей длины теплопроводов.

Для транспортирования тепла в качестве теплоносителя используется вода или водяной пар.

Водяные тепловые сети применяются для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагрузки, нагрузки горячего водоснабжения и промышленной технологической нагрузки низкого потенциала (температура ниже 1000С). Паровые сети применяются для удовлетворения промышленной и технологической нагрузок высокого потенциала (температура выше 1000С).

В зависимости от числа параллельно проложенных трубопроводов, используемых для транспортирования тепла, водяные системы теплоснабжения делятся а однотрубные, двухтрубные, трёхтрубные и многотрубные. Минимальное число трубопроводов в открытой системе теплоснабжения ― один, в закрытой ― два. Многотрубные системы обычно представляют собой комбинацию закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Паровые системы теплоснабжения сооружаются двух типов: с возвратом конденсата и без возврата конденсата. В системах с возвратом конденсата конденсат отводится из тепловых приборов потребителей и может использоваться в абонентских установках для ГВС.

По числу параллельно проложенных паропроводов паровые системы делятся на однотрубные, двухтрубные и многотрубные.

В однотрубных паровых системах пар подаётся во все абонентские установки по одному общему трубопроводу. Однотрубные паровые системы применяются тогда, когда всем потребителям требуется пар одного давления, тепловая нагрузка постоянная в течение круглого года допустимы перерывы в подаче пара потребителю. Двухтрубные паровые системы применяются при недопустимости перерывов в подаче пара.

1.2.5. Подпитка тепловой сети

Протяжённость тепловых сетей в городах, особенно в мегаполисах, достигает несколько сотен километров, к тепловым сетям присоединены тысячи потребителей, поэтому утечки теплоносителя неизбежны. Потери тепла в системах теплоснабжения являются внешними потерями, которые характерны именно для ТЭЦ. Потери тепла иногда достигают нескольких сотен тонн в час. Поэтому на ТЭЦ эти потери должны восполняться, причём не сырой водой, а химически обработанной и деаэрированной.

Для восполнения потерь теплоносителя в сетях предусмотрено множество оборудования, собираются схемы подготовки добавочной воды именно для тепловых сетей. К числу оборудования подпитки теплосети можно отнести: подогреватель исходной сырой воды, различные фильтры химической водоочистки, деаэратор подпитки теплосети, причём применяются либо вакуумные деаэраторы, либо деаэраторы атмосферного типа, подпиточный насос и соответствующие соединительные трубопроводы и арматура.

На некоторых электростанциях дополнительно применяются декарбонизаторы, предназначенные для удаления углекислоты из добавочной воды. Декарбонизатор включается, как правило, перед вакуумным деаэратором, и уже насосом подпиточная вода из декарбонизатора направляется в деаэратор. Включение в схему подпитки теплосети декарбонизатора позволяет вместе с вакуумным деаэратором полностью удалить углекислоту из подпиточной воды. Этот способ основан на экспериментально установленном эффекте перераспределения долей углерода, удаляемых из добавочной воды в декарбонизаторах и вакуумных деаэраторах, при изменении температуры исходной воды перед декарбонизатором.

Таким образом, система подпитки добавочной воды для тепловой сети является важнейшим узлом ТЭЦ, к которой предъявляются жёсткие требования.

1.2.6. Основное и вспомогательное оборудование

теплофикационных установок

Вода, подаваемая в тепловую сеть для нужд потребителей, на ТЭЦ подогревается в сетевых подогревателях турбоустановок, в пиковых подогревателях и в пиковых водогрейных котлах, которые относятся к основному теплофикационному оборудованию ТЭЦ. К вспомогательному теплофикационному оборудованию относятся: подпиточная установка теплосети, сетевые насосы, баки-аккумуляторы, рециркуляционные насосы водогрейных котлов и т.д.

Пиковые водогрейные котлы (ПВК) предназначены для установки на ТЭЦ с целью покрытия пиков теплофикационных нагрузок. Пиковые водогрейные котлы обычно устанавливаются в отдельных помещениях на крупных ТЭЦ или в главном корпусе на небольших ТЭЦ. Топливом этих котлов служит большей частью мазут или газ. Ввиду малого использования в течение года пиковые котлы выполняют простыми по конструкции и недорогими. Здание может выполняться лишь для нижней части котлов, верхняя часть их при этом остаётся на открытом воздухе. До ввода в работу ТЭЦ водогрейные котлы можно использовать для временного централизованного теплоснабжения района. Сетевая вода нагревается последовательно в сетевых подогревателях до 110÷1200С, а затем в ПВК до 1500С максимально.

Во избежание коррозии металла котла температура на входе в него должна быть не ниже 50÷600С, что достигается рециркуляцией и смешением горячей и холодной воды. Расчётный КПД водогрейных котлов на газе и мазуте достигает 91÷93%. Выпускаются и используются ПВК на угле. У них своя пылеподготовка, дымососы и другое оборудование.

Пароводяные подогреватели теплоподготовительных установок предназначены для подогрева сетевой воды паром от турбин или от котлов через редукционно-охладительные установки (сокращённо РОУ).

Сетевые насосы служат для подачи горячей воды по теплофикационным сетям и в зависимости от места установки применяются в качестве насосов первого подъёма, подающих воду из обратного трубопровода в сетевые подогреватели; второго подъёма для подачи воды после сетевых подогревателей в теплосеть; рециркуляционных, установленных после пиковых водогрейных котлов.

Сетевые насосы должны обладать повышенной надёжностью, так как перебои или неполадки в работе насосов сказываются на режиме работы ТЭЦ и потребителей.

Основной особенностью работы сетевых насосов являются колебания температуры подаваемой воды в широких пределах, что в свою очередь вызывает изменение давления внутри насоса. Сетевые насосы должны надёжно работать в широком диапазоне подач. Обычно сетевые насосы выполняются центробежными, горизонтальными, с приводом от электродвигателя.

Контрольные вопросы.

1. От чего зависят схемы тепловых сетей?

2. С какой целью на ТЭЦ производится подпитка добавочной водой тепловых сетей?

3. Какое теплофикационное оборудование относится к вспомогательному?

4. Что является основной особенностью работы сетевых насосов и для чего они применяются?

1.2.6. Топливный тракт электростанции

Для создания запаса топлива на случай временных перерывов или снижения его подачи с места добычи а также для возможности разгрузки и хранения топлива, прибывающего на станцию, служат топливные склады. Основные склады обычно рассчитываются на запас топлива месячной потребности при максимальной нагрузке станции. Ёмкость склада в каждом отдельном случае согласовывается с организацией, которая запроектировала станцию, и устанавливается в зависимости от климата районов, по которым проходят железнодорожные пути и может достигать иногда 23-х-месячной потребности топлива. Как правило, топливные склады располагаются вблизи станции и бывают открытого типа (на свежем воздухе). Лишь при расположении складов в городах их иногда во избежание запыления окружающей местности обносят со всех сторон высокими плотными заборами.

Вагоноопрокидыватель имеется и на ТЭЦ-2. Этот процесс гораздо быстрее ручной разгрузки и автоматизирован.

Твёрдое топливо (уголь) обычно подаётся вагонами полуоткрытого типа. Если топливо замёрзшее, то его очень трудно разгружать. Поэтому в основном используются вагоноопрокидыватели. Вагоноопрокидыватель имеется и на ТЭЦ-2. Этот процесс гораздо быстрее ручной разгрузки и автоматизирован.

При погрузочно-разгрузочных операциях на складах топлива всегда имеются весовые потери топлива вследствие раструски, пыления и т.д. Величина этих потерь зависит от способа и количества погрузочно-разгрузочных операций, а также от свойств самого топлива. Например, потери для каменного угля потери составляют примерно 11,5%, для бурого угля и торфа ― 1,52,5%.

В целях уменьшения этих потерь следует стремиться к уменьшению числа перегрузок и избегать сбрасывания топлива с большой высоты.

Рис.4 Схема топливоподачи пылеугольной ТЭС:

1―размораживающее устройство; 2―электротележка-толкатель; 3―разгрузочное устройство; 4―конвейеры от разгрузочного устройства;

5―узел пересыпки;

6―конвейеры в дробильный корпус; 7―дробильный корпус; 8―конвейеры в главный корпус;

9―главный корпус;

10―конвейер на склад; 11―конвейер со склада; 12―загрузочный бункер;

13―узел пересыпки;

14―конвейер в узел пересыпки; 15―роторная погрузочная машина-штабелёр; 16―склад топлива.

Твёрдое топливо (уголь) обычно подаётся вагонами полуоткрытого типа. Если топливо замёрзшее, то его очень трудно разгружать. Поэтому в основном используются вагоноопрокидыватели. Вагоноопрокидыватель имеется и на ВТЭЦ-2. Этот процесс гораздо быстрее ручной разгрузки и автоматизирован.

При погрузочно-разгрузочных операциях на складах топлива всегда имеются весовые потери топлива вследствие раструски, пыления и т.

a:2:{s:4:"TEXT";s:101341:"

Рассмотрим более подробно, как совершается термодинамический процесс. Всякое изменение параметров состояния рабочего тела называется термодинамическим процессом. Каждый процесс совершается при тепловом и механическом взаимодействии рабочего тела с внешней окружающей средой, состояние которой также изменяется. При бесконечно медленном изменении состояния окружающей среды термодинамический процесс будет совершаться с бесконечно малой скоростью. Поэтому давление и температура окружающей среды и также рабочего тела в каждый момент будут различаться на бесконечно малую величину.

При осуществлении такого процесса температура и давление по всей массе рабочего тела будут иметь одно и то же значение, и поэтому рабочее тело будет находиться в равновесном состоянии. В технической термодинамике рабочим телом обычно бывает газ и пары.

Термодинамический процесс, состоящий из непрерывного ряда равновесных состояний, называется равновесным.

Равенство давлений по всей массе рабочего тела характеризует его механическое равновесие, а равенство температур ― термическое равновесие. Отсюда можно сделать вывод: необходимым условием протекания равновесных процессов является существование механического и термического равновесия рабочего тела.

р1 1 Рис. 11.

b 2

р2 v

v1 v2

v1 v2 v

Обычно в термодинамике используется графическое

изображение термодинамических процессов в

различных координатах, например, в системе

координат давления р и удельного объёма v, которое

называется р, v-диаграммой.

По оси ординат откладываются абсолютные

V1 V2 давления, а по оси абсцисс ― удельные объёмы газа.

При заданных значениях р (давления) и удельного

объёма v равновесное состояние изображается точкой, а равновесный процесс – кривой линией.

Изобразим на р, v—диаграмме произвольный равновесный термодинамический процесс 1—2 (рис.11).

Из диаграммы видно, что при переходе газа из начального 1 в конечное 2 состояние происходит уменьшение давления и увеличение удельного объёма газа. Этот процесс расширения газа является прямым процессом, а обратным процессом является процесс сжатия при переходе из состояния 2 в первоначальное состояние 1. При этом происходит увеличение давления и уменьшение удельного объёма газа.

Характерным свойством равновесных термодинамических процессов является их обратимость.

Это значит, что если газ при расширении проходит промежуточные равновесные состояния а и b, то при обратном процессе сжатия из состояния 2 газ пройдёт те же состояния, но в обратной последовательности b и а и возвратится в первоначальное состояние 1. Поэтому такие равновесные процессы называются обратимыми.

На основании всего изложенного можно сделать вывод: в результате протекания сначала прямого, а затем обратного равновесных процессов в термодинамической системе «рабочее тело — окружающая среда» никаких изменений не произойдёт.

Однако, равновесные обратимые процессы применимы только к идеальному газу. Все реальные процессы протекают с большей скоростью и при наличии конечной разности температур и давлений между газом и окружающей средой. Поэтому термическое и механическое равновесие газа не соблюдается, и эти процессы являются неравновесными, а, следовательно, и необратимыми.

Наличие трения является характерным признаком необратимых процессов и сопровождается потерей внешней работы.

Изучать реальные необратимые процессы весьма трудно, и поэтому техническая термодинамика изучает только теоретические обратимые процессы, так как чаще всего на практике отклонение реальных процессов от идеальных незначительно и не принимается во внимание. Если отклонения велики, то переход от идеальных процессов к реальным осуществляется путём введения поправочных коэффициентов, полученных на основании опытов.

1.4.5. Энтальпия

В технической термодинамике подводимое к телу тепло является положительным, а отводимое ― отрицательным. Изменение внутренней энергии газа является положительным при возрастании температуры газа и отрицательным при её уменьшении.

В технической термодинамике важную роль играет величина суммы внутренней энергии системы u и произведение давления системы р на величину удельного объёма системы v. Эта величина называется удельной энтальпией, или теплосодержанием h: h=u+pv. В общем виде энтальпия равна: H=U+PV и измеряется в джоулях (Дж).

Удельная энтальпия представляет собой энтальпию системы, содержащей 1 кг вещества, и измеряется в кДж/кг. Энтальпия также является функцией состояния. То есть параметром состояния. Так как энтальпия является функцией состояния, то изменение энтальпии в любом термодинамическом процессе определяется только начальным и конечным состоянием вещества и не зависит от характера процесса.

По международному соглашению за начало отсчёта энтальпии для воды и водяного пара принята так называемая тройная точка (Т=273,16 К и Р=0,0006 Па), в которой возможно одновременное существование трёх фаз: льда, жидкости и пара.

За начало отсчёта энтальпии для газов может быть принята температура Т=0 К.

В заключение этого вопроса хочется сказать следующее. Экспериментальное подтверждение закона сохранения энергии было получено в работах русских и зарубежных учёных. В 1840 году русский академик Гесс впервые после Ломоносова сформулировал закон сохранения энергии. В середине ХIХ века английский физик Джоуль опытным путём установил, что при совершении одной какой-либо работы выделяется одно и то же количество тепла. Понятно, что справедливо и обратное явление, когда за счёт затраты тепла получается всегда одно и то же количество работы.

Также Джоуль установил, что такая эквивалентность тепла и работы не зависит от способа получения тепла, вида работы, температуры тела и тому подобное. Эквивалентность тепла и работы является опытным подтверждением всеобщего закона сохранения и превращения энергии, который в применении к понятиям термодинамики носит название первого закона термодинамики.

1.4.6. Основные термодинамические процессы в газах

Основными термодинамическими процессами, которые имеют большое значение в технике, являются такие:

1. Изохорный, при котором остаётся постоянным объём газа (v=const).

2. Изобарный, при котором остаётся постоянным давление газа (р=const).

3. Изотермический, при котором остаётся постоянной температура газа (T=const).

4. Адиабатный или изоэнтропный, при котором отсутствует теплообмен газа с окружающей средой и при этом остаётся постоянной энтропия).

Кроме того, техническая термодинамика изучает такой процесс, при котором изменение состояния газа характеризуется изменением всех основных параметров газа (давлением, температурой, удельным объёмом), и при этом теплота либо подводится к газу, либо отводится от него. Такие процессы называются политропными. Все основные процессы технической термодинамики (изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный) являются частными случаями политропного процесса.

1.4.7. Политропный процесс

Политропными называются процессы, происходящие при постоянной теплоёмкости и вызываемые подводом тепла к рабочему телу или отводу тепла от него. Политропный процесс подчиняется уравнению: , где показатель n может иметь любое значение от - до +, а в зависимости от значения n будет изменяться и характер протекания процессов. Для каждого политропного процесса показатель n ― величина постоянная.

р р n=1 n=k n=

n= 0> n >-1

n=0

n=0 (с=ср)

n= n=0 (c=)

n=k n=

v v

n=0 (c=) 0> n >-

(c=cv) n=k (c=0) n=

v v

Политропный процесс расширения. Политропный процесс сжатия.

Рис. 12.

к= ― показатель адиабаты.

Так как изохорный, изобарный, изотермический и адиабатные процессы являются частным случаем политропного процесса, то докажем это. Уравнение политропного процесса имеет вид: .

При n=0 получаем р=const, так как v0=1, а это – уравнение изобарного процесса.

При n=1 получаем рv=const, а это уравнение изотермического процесса.

При n=k получаем рvk=сonst, а это – уравнение адиабатного процесса.

При n=уравнение политропы превращается в уравнение v=const, а это уравнение изохорного процесса.

1.4.8. Изохорный процесс

Изохорным процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме, и выражен уравнением v=const.

1 р1, v1, Т1

2 р2, v2, T2 v

Рис. 13

1 р1, v1, T1

Изохора представляет собой прямую, параллельную оси ординат (рис. 13).

Устройством, удобным для иллюстрации изохорного процесса, может

служить сосуд, в котором нагреваемый или охлаждаемый газ

находится под неподвижно укреплённым поршнем. Газ нагревают или

охлаждают, температура газа уменьшается или увеличивается, а объём

остаётся постоянным (на р, v-диаграмме v1=v2), то есть работа

расширения равна нулю. А поэтому согласно первому закону

термодинамики в изохорном процессе всё подведённое тепло

расходуется на изменение внутренней энергии газа.

Работа в р,v-диаграмме изображается площадью под кривой 1-2, которая в данном случае является прямой, поэтому работа равна нулю.

1.4.9. Изобарный процесс

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Этот процесс можно представить как процесс расширения или сжатия 1 кг газа в цилиндре, закрытом поршнем, на который давит груз, создающий постоянное давление (рис.14а). В этом случае подвод тепла qр приведёт не только к росту температуры газа от Т1 к Т2, но и к перемещению поршня, то есть к совершению работы расширения.

Изобарный процесс выражается уравнением: р=const.

На р, v-диаграмме этот процесс изображается прямой линией 1-2,

Р=const параллельной оси абсцисс (рис.14б).

Рис. 14а Работа расширения на р, v-диаграмме изображается

заштрихованной площадью под линией 1—2.

р Разность энтальпий газа в состояниях 1 и 2 (в р,v-диаграмме)

lР

соответствует тому количеству тепла, которое нужно подвести к

газу или отвести от него для того, чтобы его температура в ходе

v изобарного процесса изменилась (повысилась или понизилась) от

p,v1,T1 p,v2,T2 Т1 до Т2.

Рис. 14б

1.4.10. Изотермический процесс

р Рис.15.

р1 1 Т

р2 2 Т

v1 v2 v

роцесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Уравнение этого процесса имеет вид: T=const.

Линия 1—2 ― это изотермический процесс в р,v-диаграмме.

Согласно закону Бойля—Мариотта рv=const ― уравнение изотермы.

В р, v-диаграмме изотермический процесс изображается гиперболой,

то есть линией, которая симметрично располагается относительно

координатных осей.

В изотермическом процессе вся теплота, сообщаемая газу

расходуется полностью на работу расширения.

В р, v-диаграмме при изотермическом процессе работа ― это площадь под гиперболой.

Итак, основные положения пройденного материала.

Изобарный процесс ― это термодинамический процесс, проходящий при постоянном давлении в системе.

Изохорный процесс ―это термодинамический процесс, проходящий при постоянном объёме системы.

Изотермический процесс ― это термодинамический процесс, проходящий при постоянном температуре системы.

Политропный процесс ― это термодинамический процесс, проходящий при постоянной теплоёмкости газа.

Теплота ― это часть изменения полной энергии системы в термодинамической системе, обусловленная разностью температур с другими системами и наличием трения.

Работа ― это часть изменения полной энергии системы в термодинамичесом процессе, обусловленная действием её против внешних сил.

Теплоёмкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы нагреть его на 10С или 1 К.

Контрольные вопросы.

1. Что является характерным признаком необратимых процессов и сопровождается потерей внешней работы?

А. Окружающая среда. В. Трение. С. Теплота. D. Работа.

2. Какой процесс называется политропным?

А. При постоянном объёме. В. При постоянном давлении.

С. При постоянной температуре. D. При постоянной теплоёмкости.

3. Что такое K=СР/СV?

А. Показатель политропы. В. Показатель изотермы.

C. Показатель адиабаты. D. Показатель изобары.

4. Что такое ?

А. Показатель политропы. В. Показатель изотермы.

C. Показатель адиабаты. D. Показатель изохоры.

. Какой процесс изображён в р, v-диаграмме?

А. Изохорный. В. Изобарный.

С. Изотермический. D. Политропный.

6. Закончите фразу: для каждого политропного процесса показатель политропы n ― величина………….

А. Величина переменная. В. Величина бесконечная.

С. Величина постоянная. D. Величина бесконечно малая.

Р Рис.15а

р1 1 Т1 q=0

р2 2 Т2

v1 v2 v

.4.11. Адиабатный процесс

диабатным называется процесс, который осуществляется без теплообмена между газом и окружающей средой. Или ещё одно определение: адиабатный, или изоэнторпный ― это процесс изменения состояния рабочего тела без подвода и отвода теплоты.

В р,v-диаграмме адиабатный процесс 1—2. Внешнее

тепло в адиабатном процессе не участвует, то есть q=0.

Такой процесс соответствует случаю, когда сосуд, вмещающий в себя газ, изолирован в тепловом отношении от окружающей среды.

В адиабатном процессе работа расширения совершается только за счёт внутренней энергии газа и при сжатии, происходящем за счёт действия внешних сил, вся совершаемая ими работа идёт на увеличение внутренней энергии газа. На р, v-диаграмме внутренняя работа газа ― это площадь фигуры 1-v1-v2-2.

Уравнение кривой адиабатного процесса имеет вид: рvk=сonst. В этом выражении k называется показателем адиабаты, или коэффициентом Пуассона.

На р,v-диаграмме при расширении газа направление процесса от точки 1 к точке 2 и величина внутренней работы газа ℓ положительна. И, наоборот, при сжатии газа (от точки 2 к точке 1) величина внутренней работы газа ℓ отрицательна.

Адиабатному расширению газа, когда его внутренняя энергия уменьшается, соответствует понижению его температуры, и наоборот, адиабатному сжатию газа, когда его внутренняя энергия увеличивается, соответствует повышение его температуры.

Проведённое выше рассмотрение политропного и основных термодинамических процессов позволяет сделать следующие выводы:

1. Основные термодинамические процессы ― изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный ― являются частными случаями политропных процессов, охватывающих совокупность процессов, определяемых уравнением рvn=const, с различными значениями показателя степени (политропы) n: от - до +.

2. В политропном процессе в общем случае подводимое к газу тепло расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы.

3. В изотермическом процессе всё подводимое к газу тепло расходуется на совершение работы увеличения его объёма, а внутренняя энергия газа остаётся при этом неизменной. При изотермическом сжатии всё тепло, в которое превращается работа внешних сил при неизменной внутренней энергии газа, отводится от него.

4. В изохорном процессе всё подводимое к рабочему телу тепло расходуется на увеличение внутренней энергии рабочего тела.

5. В изобарном процессе только часть подводимого тепла расходуется на изменение внутренней энергии, а остальная часть его расходуется на работу расширения рабочего тела.

1.4.12. Круговые процессы или циклы

Круговые процессы или циклы ― это процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное состояние. При непрерывной работе машины цикл постоянно повторяется.

Р Рис.16.

1 а

V1 V2 V

Как мы уже знаем, величины работы и количества тепла в

каком-либо произвольном политропном термодинамическом

ℓ

процессе зависят от характера процесса (показателя политропы).

Знак работы (положительный или отрицательный) зависит от

направления процесса (сжатия или расширения).

Если между точками 1 и 2 рабочее тело осуществляет

последовательно ряд процессов расширения на пути 1-а-2,

а затем также последовательно ― ряд процессов сжатия на пути

2-b-1, то в итоге рабочее тело совершит круговой процесс, или термодинамический цикл. Этот цикл описывает изменение термодинамических параметров рабочего тела и преобразование тепла в работу в тепловых машинах.

Суммарная работа цикла будет измеряться заштрихованной площадью 1-а-2-b и эта площадь выражает полезную работу.

Циклы бывают прямые и обратные. Прямые циклы осуществляются в тепловых машинах, в которых теплота переходит в работу, а обратные ― в холодильных установках, где работа переходит в теплоту. Если процессы, входящие в цикл, являются равновесными и обратимыми, то и цикл является обратимым. Если какой-либо процесс, входящий в цикл, неравновесный, то и весь цикл будет неравновесным и, следовательно, необратимым.

Полезная работа цикла равна разности количеств тепла, подведённого и отведённого при совершении цикла. В круговых процессах начальное и конечное состояния рабочего тела совпадают, поэтому изменение его внутренней энергии равно нулю.

Степень термодинамического совершенства прямого цикла характеризуется термическим коэффициентом полезного действия (КПД), который представляет собой отношение полезно использованного в цикле тепла qпол ко всему подведённому в нём тепла.

Обозначим через q1 всё подведённое в цикле тепло, а через q2 ― всё отведённое, то, согласно второму закону термодинамики, которое мы изучим в следующем разделе, qпол=q1-q2 и, следовательно, термический КПД цикла можно выразить следующим образом:

Из этого выражения следует:

1. В рассматриваемом цикле всегда ηt<1, так как по второму закону термодинамики q2 всегда больше нуля.(q2>0).

2. В данном интервале температур цикл тем эффективнее, чем меньше величина , то есть чем больше в цикле подводится и меньше отводится тепла или, иначе говоря, чем больше подводимое тепло используется на совершение работы.

1.4.13. Второй закон термодинамики

Вспомним, что первым законом термодинамики устанавливаются:

1. Эквивалентность взаимных превращений тепла и работы и, следовательно, количественные отношения между теплом и работой при этих превращениях.

2. Постоянство энергии изолированной термодинамической системы.

3. Взаимная связь между теплом, внутренней энергии системы и работой изменения объёма, совершаемой ею или совершаемой над ней окружающей средой.

Этих закономерностей недостаточно для того, чтобы на их основе можно было решать целый ряд практических вопросов, таких как установление факторов, определяющих условия возникновения термодинамических процессов, направления и границы их развития, условия превращения тепловой энергии в механическую.

Хаотическое движение молекул, являющееся своеобразной особенностью внутренней энергии идеального газа, отличает энергию этого вида движений от энергий направленного движений.

В отличие от неорганизованного характера внутренней энергии идеального газа, каждая молекула которого движется в своём направлении и со своей скоростью, при энергии направленного характера движение молекул или электронов происходит в определённом направлении. Энергия направленного характера свойственна механической, электрической и другим видам энергии.

Например, энергией направленного характера являются: механическое вращение вала турбины или насоса, движение рабочей среды по трубе, движение электрического тока по проводам (проводнику) и т.д.

Характерная особенность тепловой энергии идеального газа, то есть ненаправленного движения, проявляется и в том, что она в отличие от энергии направленного движения не может полностью превращаться в энергию другого вида.

Наблюдения за явлениями природы показывают, что:

1. Возникновение и развитие самопроизвольно протекающих в ней естественных процессов, работа которых может быть использована для нужд человека, возможно лишь при отсутствии равновесия между участвующей в процессе термодинамической системой и окружающей средой.

2. Самопроизвольно протекающие процессы всегда характеризуются односторонним их протеканием от более высокого потенциала к более низкому (например, от более высокой температуры к более низкой, или от более высокого давления к более низкому).

3. При протекании самопроизвольных процессов термодинамическая система стремится к тому, чтобы прийти в равновесие с окружающей средой, например, равенством давления и температуры системы и окружающей среды. Как вы поняли, что самопроизвольное протекание процессов в природе происходит без участия человека.

Односторонность протекания термодинамических процессов и то, что тепловая энергия направленного движения проявляется в хаотическом движении молекул, находят отражение в особенностях взаимного превращения тепла и работы. Если работа может быть превращена в тепловую энергию полностью, то при обратном превращении в работу возможно превратить лишь часть тепловой энергии, теряя безвозвратно всю другую её часть.

Многие тысячелетия потребовалось человечеству, с тех пор как были установлены способы превращения механической энергии в тепловую, чтобы решить обратную задачу: превращение тепла в работу и создать непрерывно работающий тепловой двигатель. Лишь в ХVIII веке появились паровые машины, назначение которых состоит в превращении тепла в работу.

Из наблюдений за явлениями природы следует также, что для того чтобы заставить процесс протекать в направлении, обратном направлению протекания самопроизвольного процесса, необходимо затратить взятую из внешней среды энергию.

При соответствующей затрате энергии, получаемой из внешней среды, можно сжимать рабочее тело, способное самопроизвольно лишь расширяться, при этом можно также осуществить перенос тепла от менее нагретого тела к более нагретому.

Формулировки второго закона термодинамики, данные различными учёными, вылились в форму постулатов, полученных в результате развития положений, высказанных французским учёным Сади Карно.

Постулат ― это утверждение, принимаемое за истинное, хотя и недоказуемое, поэтому аксиоматичное.

В частности, постулат немецкого учёного Клазиуса состоит в том, что тепло не может переходить от холодного тела к тёплому без компенсации. Сущность постулата английского учёного Томпсона заключается в том, что невозможно осуществить цикл теплового двигателя без переноса некоторого количества тепла с более высокой температурой к источнику с более низкой температурой.

Эту формулировку надо понимать так, что для того чтобы работала периодически действующая машина, необходимо, чтобы были минимум два источника тепла различной температуры.

При этом в работу может быть превращена лишь часть тепла, забираемого из высокотемпературного источника, в то время как другая часть тепла должна быть передана низкотемпературному источнику. Высокотемпературный источник иногда называют теплоотдатчиком, а низкотемпературный ― холодильником.

Таким образом, второй закон термодинамики показал на основании наблюдений за рабочими машинами, какие условия должны выполняться для превращения теплоты в работу:

1. Должно быть два источника тепла: горячий и холодный.

2. Тепло переходит от тел более нагретых к менее нагретым телам.

3. В круговом процессе подводимая теплота не может быть полностью превращена в работу.

4 Самопроизвольное протекание естественных процессов возникает и развивается при отсутствии равновесия между участвующей в процессе термодинамической системой и окружающей средой.

5. Ход самопроизвольно протекающих процессов происходит в направлении, приводящим к установлению равновесия термодинамической системы с окружающей средой, и по достижении этого равновесия, процессы прекращаются.

6. Процесс может протекать в направлении, обратном самопроизвольному процессу, если энергия для этого заимствуется из внешней среды.

Наглядно суть второго закона термодинамики можно представить, если рассмотреть работу простейшей паротурбинной установки.

Рис.17.

з этой схемы (рис.17) следует, что конденсационная паровая турбина может непрерывно работать при условии превращения пара в жидкость (конденсат). Это связано с тем, что часть тепла рабочего тела должна быть безвозвратно поглощена в конденсаторе. Аналогично этой схеме паротурбинной установки можно во всякой другой теплосиловой установке всегда установить наличие двух разнотемпературных источников тепла.

1.4.14. Цикл Карно

При исследовании свойств обратимых процессов особое значение имеет цикл, который был исследован в 1824 году французским учёным Карно.

Этот простейший цикл состоит из двух изотерм и двух адиабат. Цикл Карно состоит в преобразовании тепла в работу при наличии только двух источников тепла: горячего с температурой Т1 и холодильника с температурой Т2, температура которого меньше температуры Т1. В изотерме 1—2 Т1=const, в изотерме 3—4 Т2= const.

p 1 q1

T2 3

Рис.18

так, в прямом цикле Карно рабочее тело расширяется сначала при Т1=const с подводом тепла q1 на участке 1—2, затем в адиабатном процессе 2—3 до точки 3, охлаждаясь до температуры Т2, после чего сжимается сначала при Т2= const до точки 4 с отводом тепла q2, а затем по адиабате 4—1 до восстановления первоначальных параметров в точке 1.

При адиабатном сжатии (4—1) происходит увеличение внутренней энергии газа и температура его повышается от Т2 до Т1. Таким образом, в цикле Карно работа адиабатных процессов расширения и сжатия равна по абсолютной величине и обратна по знаку, поэтому на результирующую работу цикла не оказывают влияния. Это значит, что работа газа за цикл будет равна разности работ, которую он совершает при изотермическом расширении и сжатии.

Это ― прямой цикл Карно. Обратный цикл Карно состоит из тех же процессов, что

и прямой, но изменение состояния газа происходит в направлении против часовой стрелки. Сначала происходит адиабатное расширение 1—4 и температура рабочего тела понижается от температуры Т1 до Т2. При последующем расширении газа по изотерме 4—3 газ получает теплоту от холодильника в количестве q2 при постоянной температуре Т2. Затем газ сжимается по адиабате 3—2 и по изотерме 2—1 газ возвращается в исходное состояние. При адиабатном сжатии температура газа повышается от температуры Т2 до Т1, а при изотермическом сжатии газ отдаёт горячему источнику теплоту в количестве q1 при постоянной температуре Т1.

На осуществление обратного цикла Карно затрачивается внешняя работа цикла lц, которая на р,v-диаграмме изображается площадью 1—2—3—4.

Термический КПД прямого цикла Карно, как и любого другого цикла, равен:

или через температуры, которое является окончательным КПД цикла Карно: .

Последняя формула КПД позволяет сделать следующие выводы:

1. Термический КПД цикла Карно зависит только от температуры горячего источника Т1 и температуры холодильника Т2.

2. Чем выше температура горячего источника и чем ниже температура холодильника, тем выше термический КПД цикла Карно.

3. Так как температура холодильника Т2 всегда положительна, то термический КПД цикла Карно всегда меньше единицы. Это значит, что теплоту q1, подводимую в цикле к рабочему телу, невозможно полностью превратить в работу, часть её в количестве q2 отдаётся холодильнику.

4. Термический КПД цикла Карно не зависит от природы рабочего тела, так как в формулу КПД входят только температуры, а не такие параметры, которые характеризуют свойства рабочего тела (газовая постоянная, показатель адиабаты и другие).

5. Цикл Карно ― это термодинамический цикл, который нельзя осуществить в действительной установке, так как невозможно подвести тепло при постоянной температуре (Т=const).

Для обратного цикла Карно критерием эффективности служит холодильный коэффициент: , где q2 ― тепло, подведённое к рабочему телу от холодильника.

Общим для прямого и обратного циклов Карно является то, что в соответствии со вторым законом термодинамики они могут быть осуществлены только при наличии разности температур между горячим источником и холодильником, то есть до тех пор, пока рассматриваемая термодинамическая система не придёт в состояние термического равновесия.

Итак, основные положения пройденного материала.

Адиабатный процесс совершается в физической системе, не получающей теплоту извне и не отдающей её, то есть отсутствует теплообмен рабочего тела с внешней средой.

Цикл Карно ― это обратимый круговой процесс, в котором совершается наиболее полное превращение теплоты в работу или работы в теплоту.

Круговые процессы или циклы ― это процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное состояние

Для обратного цикла Карно критерием эффективности служит холодильный коэффициент.

Контрольные вопросы.

1. Как оценивается степень совершенства прямого цикла Карно?

А. Температурой. В. Энтальпией. С. Коэффициентом полезного действия.

2. Что соответствует адиабатному расширению газа, когда его внутренняя энергия уменьшается?

А. Понижение температуры. В. Повышение температуры. С. Постоянство температуры.

1.4.15. Энтропия как параметр термодинамической системы.

В 1850 году немецкий учёный Клаузиус впервые предложил для установления связи между количеством тепла и температурой особую функцию, названную энтропией, которая в отличие от теплоёмкости обладает свойствами параметра состояния:

кДж/(кг·К).

При рассмотрении термодинамических процессов в качестве параметров состояния рабочего тела использовались его температура, давление, удельный объём, внутренняя энергия и энтальпия. Однако с их помощью нельзя графически изображать количества тепла, участвующее в том или ином процессе, как это делалось применительно к работе, изображавшейся в р, v-диаграмме. В связи с этим в термодинамике пользуются ещё одним параметром состояния рабочего тела ― энтропией.

Эта величина обладает особыми свойствами и является мерой необратимости процессов, а также мерой снижения работоспособности изолированной системы.

Термический КПД обратимого цикла Карно равен: , откуда:

или и

Однако нам известно, что подводимая теплота q1 ― величина положительная, а отводимая q2 ― величина отрицательная. Тогда: .

Отношение теплоты к абсолютной температуре, при которой она подводится к телу или от него отводится, называется приведённой теплотой. Поэтому для обратимого цикла Карно алгебраическая сумма приведённых теплот равна нулю. Это будет справедливо для любого обратимого процесса.

Одним из особых свойств энтропии является то, что изменение энтропии системы, которая состоит из горячего источника, рабочего тела и холодильника, в результате прохождения обратимого цикла равно нулю. Энтропия изолированной системы остаётся постоянной.

Таким образом, чтобы вычислить изменени

a:2:{s:4:"TEXT";s:111875:"

1.5.6. Основные узлы и конструкция паровой турбины

Паровая турбина является двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в механическую работу вращающегося ротора по преодолению сил сопротивления приводимой машины (электрического генератора, питательного насоса, компрессора, вентилятора и др.).

Всякая турбина состоит из неподвижных и вращающихся частей. Совокупность всех неподвижных частей принято называть статором, турбины, а вращающихся ― ротором. Рассмотрим типичную мощностью 50 МВт с начальными параметрами пара 8,8 МПа, 535°С (рис.30). В этой турбине применен комбинированный ротор. Первые 19 дисков, работающих в зоне высокой температуры, откованы как одно целое с валом турбины, последние три диска ― насадные. Применение насадных дисков в зоне высокой температуры, как правило, не допускается во избежание ослабления натяга их на валу из-за ползучести. Выполнение же трех последних дисков цельноковаными потребовало бы увеличения диаметра поковки ротора.

Совокупность неподвижной сопловой решетки, закрепленной в сопловых коробках или диафрагмах, со своей вращающейся рабочей решеткой, закрепленной на следующем по ходу пара диске, принято называть ступенью турбины. Проточная часть рассматриваемой одноцилиндровой турбины состоит из 22 ступеней, из которых первая называется регулирующей, вторая ― первой нерегулируемой, а все остальные, кроме последней, ― промежуточными.

В каждой сопловой решетке поток пара ускоряется в сопловых каналах специально выбранного профиля и приобретает необходимое направление для безударного входа в каналы между рабочими лопатками. Усилия, развиваемые потоком пара на рабочих лопатках, вращают диски и связанный с ними вал, который передает вращающий момент ротора турбины на приводимую машину (генератор, воздуходувку и др.).

По мере понижения давления пара при прохождении от первой к последней ступени удельный объем его сильно растет, что требует увеличения проходных сечений сопловых и рабочих решеток и соответственно высоты лопаток и среднего диаметра ступеней.

К переднему торцу ротора прикреплен приставной конец вала, на котором установлены бойки двух предохранительных выключателей (датчики автомата безопасности 22), воздействующие на стопорный и регулирующие клапаны, которые прекращают доступ пара в турбину при повышении частоты вращения ротора на 10÷12 % по сравнению с расчетной.

Рис.30 Конструкция одноцилиндровой конденсационной турбины

К-50-90:

1―ротор турбины; 2―корпус турбины; 3―опорно-упорный подшипник; 4―опорный подшипник; 5―регулирующий клапан; 6―сопловая коробка; 7―кулачковый вал; 8―сервомотор; 9―главный масляный насос; 10―регулятор скорости; 11―следящий золотник; 12―картер переднего подшипника; 13―валоповоротное устройство; 14―соединительная муфта; 15―выхлопной патрубок турбины; 16―насадные диски; 17―рабочие лопатки; 18―диафрагмы; 19―обоймы диафрагм; 20―обоймы переднего концевого уплотнения; 21―перепускная труба (от стопорного к регулирующему клапану); 22―датчики автомата безопасности; 23―фундаментная плита; 24―патрубки отбора пара на регенерацию.

Приставной конец вала с помощью гибкой муфты соединен с валом главного масляного насоса, корпус которого своим всасывающим патрубком прикреплен к приливу картера переднего подшипника.

Главный масляный насос предназначен для подачи масла в систему смазки подшипников турбины и генератора (при давлении 0,15 МПа) и в систему регулирования (при давлении 2 МПа), обеспечивающую автоматическое поддержание заданной частоты вращения ротора турбины. Датчиком частоты вращения является быстроходный упругий регулятор скорости, установленный на конце вала насоса. Со стороны выхода пара ротор турбины соединен полугибкой муфтой с ротором генератора.

Рис.31 (продолжение рис. 30)

Статор турбины состоит из корпуса, в который вварены сопловые коробки, соединенные с помощью сварки с клапанными коробками, установлены обоймы концевых уплотнений, обоймы диафрагм, сами диафрагмы и их уплотнения. Корпус этой турбины кроме обычного горизонтального разъема имеет два вертикальных разъема, разделяющих его на переднюю, среднюю части и выходной патрубок. Передняя часть корпуса ― литая, средняя и выходной патрубок ― сварные.

К неподвижным частям турбины относятся также картеры се подшипников. В переднем картере расположен опорно-упорный подшипник, в заднем ― опорные подшипники роторов турбины и генератора.

1.5.7. Принципиальная схема конденсационной установки,

устройство конденсатора

Основными потребителями технической воды на электростанциях являются конденсаторы паровых турбин. Необходимый вакуум в конденсаторе создаётся при конденсации пара охлаждающей водой и отсоса воздуха пароводяными или водоводяными эжекторами. Глубина вакуума в конденсаторах турбин зависит от количества и температуры подаваемой в них охлаждающей воды. При эксплуатации турбоагрегатов, кроме того, на глубину вакуума оказывает влияние степень и характер загрязнение трубок конденсаторов, плотность вакуумной системы, работа эжекторов и т.д. Расчётный вакуум, на который запроектирована турбоустановка в комплексе с конденсатором, выбирается с учётом конструкции и технических характеристик последней ступени турбины. Расчётный вакуум в принципе должен учитывать также стоимость топлива, сжигаемого на электростанции. Например, на турбоагрегате типа К-300-240 ухудшение вакуума на 1% при постоянном расходе пара на турбину вызывает снижение её мощности на 0,8÷1,0% её номинального значения.

При вакуумах ниже расчётного наряду со значительным ухудшением экономичности уменьшается также располагаемая мощность турбины, так как расход пара через неё ограничен конструкцией проточной части.

Температура воды перед конденсаторами турбин зависит от системы технического водоснабжения и района расположения станции, а также от технической характеристики искусственных охладителей, если они применяются. Основная потеря теплоты в турбинной установке происходит в её конденсаторе.

Конденсатор в цикле Карно является холодильником (по второму закону термодинамики).

В состав конденсационной установки турбины входит следующее оборудование: собственно конденсатор, конденсатный и циркуляционный насосы, эжектор, циркуляционные трубопроводы с арматурой и т.д.

Конденсатор — теплообменный аппарат, предназначенный для конденсации отработавшего в турбине пара при низком давлении. Конденсация пара происходит при соприкосновении его с поверхностью, температура которой ниже, чем температура насыщения при данном давлении в конденсаторе. Конденсация пара сопровождается выделением теплоты, затраченной ранее на испарение жидкости, которая отводится при помощи охлаждающей среды. В зависимости от вида охлаждающей среды конденсаторы разделяются на водяные (охлаждающая среда — вода) и воздушные (охлаждающая среда — воздух). Современные паротурбинные установки снабжены водяными конденсаторами. Воздушные конденсаторы имеют по сравнению с водяными более сложную конструкцию и не получили в настоящее время широкого распространения. Водяные конденсаторы делятся на два типа: смешивающие и поверхностные. В смешивающих конденсаторах пар конденсируется на поверхности капель охлаждающей воды. В поверхностных конденсаторах пар и охлаждающая вода разделены стенками металлических трубок. Пока на ТЭС России используются только поверхностные конденсаторы.

Конденсационная установка паровой турбины состоит из собственно конденсатора и дополнительных устройств, обеспечивающих его работу (рис.32). Подача охлаждающей воды в конденсатор осуществляется циркуляционным насосом. Конденсатные насосы служат для откачки из нижней части конденсатора (1) конденсата и подачи его в систему регенеративного подогрева питательной воды. Воздухоотсасывающие устройства предназначены для удаления воздуха, поступающего в турбину и конденсатор вместе с паром и через неплотности фланцевых соединений, концевые уплотнения и др.

Схема простейшего поверхностного конденсатора приведена на рис.33. Он состоит из корпуса, торцевые стороны которого закрыты трубными досками. В эти доски завальцованы конденсаторные трубки, сообщающиеся с водяными камерами. Передняя водяная камера разделяется горизонтальной перегородкой, которая делит все конденсаторные трубки на две секции, образующие так называемые «ходы» воды (на схеме два хода). Вода поступает в водяную камеру через патрубок и проходит по трубкам, расположенным ниже перегородки. В задней камере вода переходит во вторую (верхнюю) секцию трубок. По трубкам этой секции вода идет в обратном направлении, совершая второй «ход», попадает в переднюю камеру и через выходной патрубок удаляется из конденсатора. Число ходов воды бывает от одного до четырех, в соответствии с чем устанавливается число разделительных перегородок в водяных камерах. В современных конденсаторах турбин большой единичной мощности число ходов охлаждающей воды редко превышает два.

Пар, поступающий из турбины в паровое пространство конденсатора, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода. Теоретической основой обеспечения низкого давления пара в конденсаторе является однозначная связь между давлением и температурой конденсирующейся среды. Поскольку температура конденсации определяется климатическими условиями и составляет 25÷45°С, то в конденсаторе поддерживается низкое давление, составляющее в зависимости от режима 3÷10 кПа.

Рис.32 Принципиальная схема конденсационной установки:

1―конденсатор;

2―циркуляционный насос;

3―конденсатный насос;

4―воздухоотсасывающее устройство.

Рис.33 Схема двухходового поверхностного конденсатора:

1―корпус; 2, 3―крышки водяных камер; 4―трубные доски; 5―конденсаторные трубки; 6―приёмный паровой патрубок; 7―конденсатосборник; 8―патрубок отсоса паровоздушной смеси; 9―воздухоохладитель; 10―паронаправляющий щит; 11, 12―входной и выходной патрубки для воды; 13―разделительная перегородка; 14―паровое пространство конденсатора; 15÷17―соответственно входная, поворотная и выходная камеры охлаждающей воды; А―вход пара; Б―отсос паровоздушной смеси; В, Г―вход и выход охлаждающей воды; Д―отвод конденсата.

Чем ниже температура и больше расход охлаждающей среды, тем более глубокий вакуум можно получить в конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.

Пар, поступающий в конденсатор из выходного патрубка турбины, всегда содержит воздух, попадающий в турбину через неплотности фланцевых соединений, через концевые уплотнения ЦНД и т.п. Наличие воздуха уменьшает теплоотдачу от пара к поверхности охлаждения. Удаление воздуха (точнее, паровоздушной смеси) из конденсатора производится воздухоотсасывающим устройством через патрубок (8). В целях уменьшения объема отсасываемой паровоздушной смеси се охлаждают в специально выделенном с помощью перегородки (10) отсеке конденсатора — воздухоохладителе (9).

Конденсатор в современных турбинах выполняет и другие функции. Например, при пусках и остановках, когда котел вырабатывает большее количество пара, чем требуется турбине, или когда параметры пара не соответствуют необходимым, его направляют (после предварительного охлаждения) в конденсатор, не допуская потерь дорогостоящего рабочего тела путем его выброса в атмосферу. Для возможности приема такого «сбросного» пара конденсатор оборудуется специальным приемно-сбросным устройством.

Кроме того, в конденсатор обычно направляют конденсат из коллекторов дренажей паропроводов, уплотнений, некоторых подогревателей и вводят добавку химически очищенной воды для восполнения потерь конденсата в цикле.

1.5.8. Воздухоотсасывающие устройства

Воздухоотсасываюшие устройства предназначены для удаления паровоздушной смеси из конденсатора и циркуляционной системы и поддержания необходимого вакуума. В паротурбинных установках применяют следующие типы воздухоотсасывающих устройств: пароструйные и водоструйные эжекторы и воздушные насосы.

Принципиальная схема эжектора изображена на рис.34. Рабочее тело (пар — в пароструйном эжекторе, вода — в водоструйном) подается под давлением в приемную камеру, откуда через сопло (или несколько сопл) с большой скоростью направляется в камеру смешения, соединенную с паровым пространством конденсатора. Струя пара или воды, обладая большой кинетической энергией, увлекает за собой паровоздушную смесь из камеры в суживающуюся часть канала переменного сечения и далее поступает в диффузор, в котором происходит торможение потока и преобразование кинетической энергии в потенциальную. Вследствие этого давление на выходе из диффузора превышает давление во внешней среде и происходит постоянное удаление паровоздушной смеси из конденсатора.

Рис.34 Принципиальная схема эжектора:

1―приемная камера;

2―сопло;

3―камера смешения; 4―суживающаяся часть канала; 5―диффузор.

Самое широкое распространение в паротурбинных установках получили пароструйные эжекторы, которые выполняются одно-, двух- и трехступенчатыми. Одноступенчатые эжекторы создают разрежение до 0,073÷0,08 МПа и применяются в качестве пусковых (для быстрого отсоса воздуха из конденсатора при пусках турбины). Двух- и трехступенчатые эжекторы создают более глубокое разрежение и применяются в качестве рабочих, обеспечивая устойчивую и надежную работу турбины при глубоком вакууме.

1.5.9 Питательные и циркуляционные насосы

Питательные насосы в теплосиловых установках являются весьма ответственным элементом технологиче6ской схемы электростанции. Современные питательные насосы выполняются многоступенчатыми с числом ступеней, зависящим от частоты вращения, диаметра ступеней и напора, создаваемого насосом.

Современный питательный насос имеет весьма развитую систему защиты, блокировок, сигнализации и контроля. Это позволяет обеспечивать безопасность работы питательного агрегата и бесперебойную подачу воды в парогенератор.

Все питательные насосы должны иметь на напорной линии обратный клапан, который предохраняет насос от появления обратного тока воды при его аварийном останове.

Циркуляционные насосы предназначены для снабжения электростанции охлаждающей и технической водой. Основная часть подаваемой воды направляется в конденсатор турбин, а остальная часть расходуется на следующие цели:

1. Охлаждение масла в маслоохладителях турбогенератора и питательного насоса.

2. Охлаждение водорода в газоохладителях генератора.

3. Охлаждение воздуха в воздухоохладителях возбудителей генератора, электродвигателях питательных насосов.

4.Охлаждение масла в подшипниках всех прочих вращающихся механизмов электростанции.

5. На прочие нужды, например, на гидрозолоудаление, химическую водоочистку, подпитку тепловой сети и т.д.

Контрольные вопросы.

1. Какое оборудование входит в состав конденсационной установки?

2. Для чего предназначен конденсатор турбины?

3. Для чего предназначено воздухоотсасывающее устройство конденсатора?

4. Куда подаётся на электростанцию охлаждающая и техническая вода?

Тема 1.6. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

1.6.1. Общие положения.

Таким образом, централизованная система теплоснабжения включает в себя:

Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ в качестве источника теплоты называется теплофикацией. Тепловая нагрузка электростанции, определяемая расходом теплоты на производственные процессы и бытовые нужды (горячее водоснабжение), практически не зависит от температуры наружного воздуха. Однако летом эта нагрузка несколько меньше, чем зимой. Ведь летом отопления нет. В то же время промышленная и бытовая тепловые нагрузки резко изменяются в течение суток. Кроме того, среднесуточная нагрузка электростанции при использовании теплоты на бытовые нужды в конце недели, в предпразничные и праздничные дни значительно выше, чем в другие рабочие дни недели.

Теплоцентрали могут

иметь турбины с

противодавлением или

РОУ или конденсационные с

регулируемыми отборами

пара, или те и другие.

В схемах с турбинами с

противодавлением типа Р

Система регенерации весь отработавший пар

подаётся тепловому

Рис. 35. потребителю, поэтому

существует прямая зависимость между вырабатываемой электроэнергией и расходом этого пара.

При пониженных электрических нагрузках часть пара необходимо пропускать помимо турбины через редукционно-охладительную установку (РОУ).

При высоких электрических нагрузках небольшой потребности в паре у теплового потребителя недостающая электроэнергия должна вырабатываться на электростанциях с турбинами конденсационного типа, или на этой же станции при наличии разнотипных турбин. Таким образом, установка будет использоваться достаточно эффективно только в том случае, если она рассчитана на ту часть тепловой нагрузки, которая сохраняется в течение большей части года. Давление пара за турбиной должно быть выбрано таким, какое требуется потребителю.

На электростанциях с турбинами, имеющими регулируемые отборы, выработка электроэнергии и отпуск теплоты могут изменяться в достаточно широких пределах независимо друг от друга. При этом полная номинальная электрическая мощность, если это требуется может быть достигнута в отсутствии тепловой нагрузки. Турбины такого типа имеют один, два или три регулируемых отборов. При одном регулируемом отборе отводимый от турбины пар может поступать на производственные нужды (турбины типа П) или на теплофикацию (турбины типа Т). При двух регулируемых отборах либо оба отбора являются теплофикационными (турбины типа Т), либо один из них является производственным, а другой теплофикационным (турбины типа ПТ). Как мы знаем, имеются также турбоустановки с одним производственным и двумя теплофикационными отборами (например, ПТ-80-130/13).

Так общими являются линии промышленного отбора пара турбин типа ПТ и Р, линии обратного конденсата внешних потребителей, добавочной воды, подпиточной воды тепловых сетей. Однако сетевые подогревательные установки выполняют обычно индивидуальными у каждого турбоагрегата типа Т или ПТ. На такой сложной ТЭЦ с разнотипными турбоагрегатами принципиальная тепловая схема включает по одному турбоагрегату каждого типа. ПТС такой ТЭЦ включает схемы отпуска пара и горячей воды, а также регенеративного подогрева питательной воды для каждого турбоагрегата, подготовки добавочной и подпиточной воды.

РОУ

Система регенерации

Рис.36.

1.6.2. Регулирование тепловой нагрузки

Как мы уже знаем, тепло для отопления, ГВС и бытовых нужд теплоэлектроцентраль отпускает с горячей водой.

Сетевую воду подогревают в теплообменниках поверхностного типа паром из отборов или противодавления теплофикационных турбин и подают насосами по трубопроводам горячей воды к потребителям. После отдачи тепла (охлаждения)в отопительных установках потребителей вода вновь возвращается на ТЭЦ. Система трубопроводов горячей и охлаждённой воды образует тепловую сеть. Соответственно воду, циркулирующую по тепловой сети, называют сетевой водой, насосы – сетевыми насосами, а теплообменники на ТЭЦ ― сетевыми подогревателями. Трубопроводы, по которым подаётся к потребителям горячая вода, называют подающими, а те, по которым охлаждённая вода возвращается на ТЭЦ ― обратными.

Мы же знаем, что отопительная и вентиляционная тепловые нагрузки зависят от температуры наружного воздуха. Поэтому необходимо регулировать отпуск теплоты в соответствии с изменением нагрузки.

Применяется преимущественно центральное регулирование, осуществляемое на ТЭЦ и дополняемое местными автоматическими регуляторами. При центральном регулировании применяется либо количественное регулирование, сводящееся к изменению расхода сетевой воды в подающем трубопроводе при неизменной её температуре, либо качественное, при котором расход воды остаётся постоянным, а меняется её температура.

Качественное регулирование позволяет поддерживать давление греющего пара из отборов турбины на сетевые подогреватели в соответствии с требуемой температурой сетевой воды, понижая или повышая это давление путём уменьшения или увеличения расхода пара на сетевые подогреватели. Меньше давление и температура пара в теплофикационном отборе турбины, на меньшую температуру нагреют сетевую воду в соответствии с наружной температурой воздуха, то есть в соответствии с расчётным температурным графиком. Такой метод регулирования отпуска тепла энергетически наиболее выгоден и получил преимущественное распространение.

Приведу пример температурного графика 150/700С. При температуре наружного воздуха –100С и расчётной температуре по г. Владивостоку –240С температура прямой сетевой воды должна быть 109,60С, а обратной 56,30С. При –200С температура прямой сетевой воды должна быть 138,60С, а обратной –66,20С.

1.6.3. Покрытие основной и пиковой отопительной нагрузок

На крупных ТЭЦ для повышения температуры прямой сетевой воды, идущей на отопление, применяются пиковые водогрейные котлы (ПВК).

На ТЭЦ с отопительной нагрузкой можно применять турбины с противодавлением или с конденсацией и отбором пара. Однако применение на ТЭЦ турбин с противодавлением очень ограничено, так как сезонная отопительная нагрузка не обеспечивает круглогодичного производства электроэнергии на тепловом потреблении. Поэтому возможная мощность турбин с противодавлением, отпускающих тепло на отопление и бытовых нужд, не превышает 5÷10% общей мощности теплофикационных турбин отопительного назначения. Выбор давления пара в отопительных отборах турбин зависит от графиков температуры сетевой воды и отопительной нагрузки, а также от способа покрытия пиков нагрузки: от пиковых сетевых подогревателей или от пиковых водогрейных котлов.

Для удешевления пиковые водогрейные котлы устанавливают частично на открытом воздухе, а дымовые газы из них отводят или в относительно невысокие металлические трубы, устанавливаемые на перекрытии над ними, или часто ― в основные железобетонные дымовые трубы ТЭЦ, около которых в этом случае устанавливают водогрейные котлы. Пиковые водогрейные котлы можно одновременно рассматривать как некоторой тепловой резерв вне периодов пиковой отопительной нагрузки.

Давление пара в отопительном отборе теплофикационных турбин типа Т принято регулируемым в пределах от 0,12 до 0,25 МПа, то есть выше атмосферного, чтобы исключить возможный присос воздуха. ухудшающего теплообмен в сетевых подогревателях. Пар из отбора турбины направлялся в основные сетевые подогреватели, а пиковые сетевые подогреватели обогревались паром из парогенераторов через РОУ. А РОУ всегда в этом случае неэкономичны.

В дальнейшем, особенно на современных мощных турбоагрегатах, пиковые сетевые подогреватели были заменены пиковыми водогрейными котлами, а основной подогрев сетевой воды стали осуществлять в двух последовательно включённых сетевых подогревателях, питаемых паром из двух регулируемых теплофикационных отборов турбины. Давление пара в верхнем отборе регулируется обычно в пределах 0,06÷0,25 МПа, в нижнем изменяется ― в пределах 0,05÷0,20 МПа. Давление верхнего отбора регулируют поворотной диафрагмой, устанавливаемой за камерой нижнего отбора.

Если нижний теплофикационный отбор осуществляется на отводе пара из цилиндра среднего давления турбины, то регулирующую диафрагму устанавливают перед входом пара в первую ступень ЦНД. Ступени турбины между двумя теплофикационными отборами образуют так называемый промежуточный, или теплофикационный отсек.

Теплофикационные турбины с промышленным и отопительным отбором (типа ПТ), изготовленные на УТМЗ, имеют два отопительных отбора, кроме промышленного. Часто в конденсаторе крупных турбин встроен теплофикационный пучок для подогрева сетевой воды.

В холодные дни отопительного сезона теплота к сетевой воде в сетевых подогревателях подводится из отборов турбины и от ПВК или пиковых сетевых подогревателей. ПВК или пиковые сетевые подогреватели включаются в работу, когда расходы пара в отборах достигают максимума. Это происходит при определённой температуре наружного воздуха , которая, как мы знаем, называется расчётной температурой отбора.

1.6.3. Схемы включения сетевых подогревателей

Обычно пар к сетевым подогревателям подводится из нерегулируемых отборов, поэтому тепловые режимы их существенно зависят от давления в отборах, а следовательно, от электрической мощности турбин. На крупных теплоэлектроцентралях сетевая установка подключается к регулируемому теплофикационному отбору пара (основные подогреватели), а пиковые ― через РОУ или от общей магистрали 1,27 МПа.

Современные турбоагрегаты ТЭЦ имеют двухступенчатые сетевые подогревательные установки, к которым подаётся пар из верхнего и нижнего теплофикационных отборов турбины.

Вода из обратной тепломагистрали теплосети поступает на ТЭЦ с давлением в зависимости от местных условий, обычно до 0,4 МПа. При наличии в конденсаторах турбин встроенных теплофикационных пучков сетевая вода предварительно нагревается в них и затем сетевым насосом первого подъёма прокачивается через сетевые подогреватели.

После сетевых подогревателей насосами второго подъёма вода подаётся при низких температурах наружного воздуха через ПВК или пиковые сетевые подогреватели, а при повышенных температурах наружного воздуха – помимо них в тепловую сеть.

Давление воды после сетевых насосов второго подъёма зависит от протяжённости тепловой сети, рельефа местности, гидравлических сопротивлений сети и пиковых водогрейных котлов и составляет примерно 2 МПа.

Давление за насосами первого подъёма определяется гидравлическими сопротивлениями сетевых подогревателей и трубопроводов, а также условиями предотвращения вскипания подогретой воды перед насосами второго подъёма.

У каждой ступени сетевых подогревателей устраивают обводы воды, которые можно использовать для регулирования её температуры за ступенями. Конденсат греющего пара из каждого сетевого подогревателя насосом отводится в деаэратор питательной воды или непосредственно в линию основного конденсата.

При сверхкритическом начальном давлении пара в прямоточных парогенераторах необходимо очищать конденсат греющего пара сетевых подогревателей от солей, которые могут попасть в конденсат из-за присоса сетевой воды. В этих случаях конденсат греющего пара верхней ступени сетевых подогревателей целесообразно сливать каскадно в нижнюю ступень, а общий поток конденсата после охлаждения направляется на глубокое химическое обессоливание.

При включённых пиковых подогревателях их конденсат греющего пара обычно направляют в паровое пространство основных подогревателей. Температура после пиковых подогревателей лежит в пределах 130÷1500С.

1.6.4. Основное и вспомогательное оборудование

теплофикационных установок

Вода, подаваемая в тепловую сеть для нужд потребителей, на ТЭЦ подогревается в сетевых подогревателях турбоустановок, в пиковых подогревателях и в пиковых водогрейных котлах, которые относятся к основному теплофикационному оборудованию ТЭЦ. К вспомогательному теплофикационному оборудованию относятся: подпиточная установка теплосети, сетевые насосы I-ой и II-ой ступеней, баки-аккумуляторы, рециркуляционные насосы водогрейных котов и т. д.

Пиковые водогрейные котлы предназначены для установки на ТЭЦ с целью покрытия пиков теплофикационных нагрузок. Пиковые водогрейные котлы обычно устанавливаются в отдельных помещениях на крупных ТЭЦ или в главном корпусе на небольших ТЭЦ. Топливом этих котлов служит большей частью мазут или газ. Ввиду малого использования в течение года пиковые котлы выполняют простыми по конструкции и недорогими. Здание может выполняться лишь для нижней части котлов, верхняя часть их при этом остаётся на открытом воздухе. До ввода в работу ТЭЦ водогрейные котлы можно использовать для временного централизованного теплоснабжения района. Сетевая вода нагревается последовательно в сетевых подогревателях до 110÷1200С, а затем в ПВК до 1500С максимально.

Широко применяются водогрейные котлы типов ПТВМ-100 и ПТВМ-180 на газе и мазуте с номинальной теплопроизводительностью 419 и 760 ГДж/ч при подогреве 2140 и 3840 т/ч воды соответственно от 104 до 1500С.

Пароводяные подогреватели теплоподготовительных установок предназначены для подогрева сетевой воды паром от турбин или от котлов через РОУ. До 1967 г. выпускались вертикальные пароводяные подогреватели сетевой воды типов БО и БП, которые установлены на многих ТЭЦ и котельных. В зависимости от характера покрываемых нагрузок подогревателям присваивали обозначение БО ― для основной нагрузки и БП ― для пиковой. Число после буквенного обозначения соответствует площади поверхности нагрева в м2, например, БО-350.

В настоящее время вместо подогревателей типа БО и БП выпускаются вертикальные подогреватели сетевой воды типа ПСВ и горизонтальные типа ПСГ. Например, ПСВ-500-3-23, где ПСВ ― подогреватель сетевой воды, 500 ― площадь поверхности нагрева, м2, 3 ― допустимое избыточное давление по пару, кг/см2, 23 ― допустимое избыточное давление по воде, кг/см2. Цифра 3 говорит, что этот подогреватель является основным, так как давление пара невелико. В качестве пиковых применяются подогреватели типа ПСВ-315-14-23, ПСВ-500-14-23 и т.д. Горизонтальные ― ПСГ-2300-3-8-II, ПСГ-2300-2-8-I и другие. Все обозначения в цифрах те же, а римские I и II обозначают номер регулируемого теплофикационного отбора турбины (верхний и нижний).

Вода в пароводяных сетевых подогревателях подаётся внутрь трубок, изготовленных из латуни Л-68. Наружный диаметр трубок у вертикальных подогревателей составляет 19 мм при толщине стенки 0,75 мм, а в подогревателях типа ПСГ наружный диаметр трубки ― 24 мм при толщине её в 1 мм.

При использовании пароводяных сетевых подогревателей первой ступенью нагрева служат охладители конденсата типа ОГ-6, ОГ-35, ОГ-130 и т.д., где цифра обозначает площадь поверхности охлаждения в м2.

Деаэраторы подпитки теплосети относятся к вспомогательному оборудованию теплофикационной установки.

Для подпитки тепловых сетей с открытой системой горячего водоснабжения (ГВС) используется вода только вода питьевого качества. При закрытых системах ГВС, при установке у потребителей местных подогревателей воды. Также должна использоваться питьевая вода. Деаэрация подпиточной воды производится в атмосферных и вакуумных деаэраторах. Количество и производительность деаэраторов подпиточной воды выбирается по её расходу. Резервных деаэраторов не устанавливается.

Баки-аккумуляторы устанавливаются на ТЭЦ при схемах теплоснабжения с непосредственным водозабором на ГВС для выравнивания неравномерности потребления горячей воды в течение суток. Баки выбирают на основании почасового графика расхода воды за сутки наибольшего водопотребления. При отсутствии суточного графика водозабора вместимость баков-аккумуляторов разрешается принимать равной 10-кратному среднему расходу горячей воды за отопительный период.

Сетевые насосы могут работать как на ТЭЦ, так и на промежуточных насосных станциях теплофикационных систем (на протяжённых теплосетях, когда напора сетевых насосов, установленных на ТЭЦ, не достаточно для преодоления гидравлических сопротивлений сети). Сетевые насосы должны обладать повышенной надёжностью, так как перебои или неполадки в работе насосов сказываются на режиме работы ТЭЦ и потребителей. Основной особенностью работы сетевых насосов являются колебания температуры подаваемой воды в широких пределах, что в свою очередь вызывает изменение давления внутри насоса. Сетевые насосы должны надёжно работать в широком диапазоне подач.

Сетевые насосы предназначены для работы на чистой воде с содержанием твёрдых включений не более 5 мг/кг с размером частичек до 0,2 мм. Обычно сетевые насосы ― центробежные, горизонтальные, с приводом от электродвигателя.

В качестве сетевых насосов применяются такие: СЭ-3200-160 (подача ― 3200 м3/ч, напор ― 160 м вод. ст. или 1,57 МПа), СЭ-5000-160 (подача ― 5000 м3/ч, напор ― 160 м вод. ст. или 1,57 МПа) и другие.

Основным отличительным признаком сетевых насосов является количество ступеней, по которому сетевые насосы делятся на одно- и двухступенчатые.

Трубопроводы и арматура тепловых сетей при рабочей температуре сетевой воды выше 1150С независимо от давления должны соответствовать требованиям «Правил устройств и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды».

Контрольные вопросы.

1. Что включает в себя централизованная система теплоснабжения?

2. Для чего предназначена ТЭЦ?

3. Какое регулирование тепловой сети в основном применяется на ТЭЦ и почему?

4. Для чего предназначен пиковый водогрейный котёл (ПВК)?

5. Для чего предназначен пароводяной подогреватель на ТЭЦ?

6. Для чего пр

Отзывы клиентов

…Компания «Бриз Моторс» достойна доверия. Установленные ДГУ доказали свою надежность. Полный сервис: грамотный персонал, монтаж, наладка, послегарантийное обслуживание…

Генеральный директор ООО «ПСГ» Блок-Монолит»
Е.Б. Маханек

…На протяжении последних двух лет ваша компания исполняет обязательства по всем контрактам. Поставка и обслуживание проходят на высоком техническом уровне…

Заместитель генерального директора по техническим вопросам ООО «Газпромнефть-Центр»
В.М. Дудкин

…Сотрудники компании проявили профессионализм, быстро и точно в срок решили все возникшие вопросы по поставке, обслуживанию и оформлению соответствующих документов…

Генеральный директор ООО «Монтаж-Строй»
Д.А. Пономарев

…Высокий профессионализм сотрудников компании как на стадии подбора, так и на стадии монтажа, технического обслуживания поставленного ДГУ Iveco Motors GE Cursor 400E…

Директор СПб ГСУ «Психоневрологический интернат №6»
Н.В. Задвинский

…В 2012 году для обеспечения гарантированного энергоснабжения производственного процесса «Бриз Моторс» поставил дизель-генератор FPT GS NEF100MA мощностью 80 кВт, в кратчайшие сроки проведены пуско-наладочные работы…

Зам. генерального директора по качеству ОАО «Щегловский вал»
В.Н. Фролов

… Индивидуальный подход квалифицированных менеджеров, наличие оборудования на складе в Санкт-Петербурге, гибкие условия резервирования…

Генеральный директор ЗАО «Петро Инжиниринг»
Д.Н. Демиденко

…Специалисты ООО «Бриз Моторс» выполнили полный комплекс работ по поставке, монтажу и пуско-наладке дизельной электростанции мощностью 320 кВт…

Директор ГБУ «Психоневрологический интернат №5» (Москва)
Н.В. Лопаткина

Дизельные электростанции со скидкой. Продажа

Вам нужна дешевая дизельная электростанция? Посмотрите наш каталог ДГУ по специальной цене.
Возможно, будет выгоднее купить дизельную электростанцию, чем брать ее в аренду.

БМ (Россия) БМ 1000LS Mitsubishi
1000 кВт
БМ (Россия) БМ 1000LS Baudouin
1000 кВт
Weichai WPG1100 B7
800 кВт

Запросить коммерческое предложение

Нужна консультация отдела продаж или инженера для расчета проекта - звоните:

8 (800) 600-33-96

или пришлите запрос на

info@brizmotors.ru

Электростанции Дизельные 16-3000 кВт Газовые 100-2000 кВт Контейнерные ДЭС Высоковольтные 6,3 и 10,5 кВ Передвижные (шасси) Портативные 2-15 кВт ДЭС 1-3 МВт Производители (заводы)	Дизельные двигатели Судовые двигатели прогулочные коммерческие судовые дизель-генераторы Промышленные двигатели Для электростанций Для насосного оборудования Для ирригационных насосов Для пожарных насосов	Электрооборудование Осветительные мачты Генераторы Marelli АВР на 2 и 3 ввода 50-2000А ИБП 30-200 кВт РУНН 0,4 кВ Панели управления ComAp ГОСТы Справочник ДЭС

Газовые двигатели