Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Паросиловые установки




Промышленное производство тепловой и электрической энергии в на­стоящее время осуществляется путём последовательных преобразований энергии органического или ядерного топлива в энергию водяного пара, а за­тем в механическую энергию вращения вала паровой турбины, сочленённой с электрогенератором. Основными энергетическими агрегатами этой схемы являются паросиловые установки, которые для централизованного энерго­снабжения крупных промышленных районов и населённых пунктов объеди­нены в тепловые электрические станции (ТЭС). По назначению ТЭС де­лятся на два вида:

- конденсационные электрические станции (КЭС);

- теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).

Отличие их состоит в том, что КЭС вырабатывают только электрическую энергию, а ТЭЦ, наряду с электрической, производит ещё и тепловую энер­гию. Крупные КЭС принято называть ГРЭС (Государственная районная элек­тростанция) Структурная схема конденсационной тепловой электрической станции приведена на рис. 5.6

Рис. 5.6     1 – паровой котёл; 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – водяной насос; 7 – конденсатный насос; 8 – питательный бак; 9 – питательный насос Органическое топливо, в

качестве которого используется каменный уголь, мазут или газ, сгорает в топке парового котла 1. Теплота, полученная при сгорании топлива, нагре­вает очищенную воду, циркулирующую по трубам парового котла, в резуль­тате чего она превращается в насыщенный пар. В пароперегревателе 2 при дальнейшем нагреве насыщенный пар переходит в перегретый с большим запасом тепловой энергии. В паровой турбине 3 потенциальная энергия пара при его расширении частично переходит в механическую энергию вращения вала паровой турбины 3 с электрогенератором 4, далее обработанный пар из турбины 3 поступает в конденсатор 5, где охлаждается циркуляционной водой, подаваемой насосом 6. В результате охлаждения при малом давлении пар переходит в жидкость (конденсат). Образовавшийся конденсат насосом 7 подаётся в питательный бак 8. Насос 9 осуществляет дозированную подачу конденсата из питательного бака в паровой котёл 1 и цикл повторяется.

Экономичность работы тепловой электростанции оценивается её общим КПД ( ):

ηПТ 0,4 , (5.10)

где = 0,5 – термический КПД цикла;

= 0,9 – КПД парового котла;

ηПТ = 0,86 - КПД паровой турбины.

В уравнении (5.10) наименьшим сомножителем является . Для его повы­шения необходимо обеспечить высокие значения начальных парамет­ров пара перед входом в паровую турбину, а так же низкие значения конеч­ных параметров. Это достигается установкой пароперегревателя на выходе пара из котла и применением конденсаторов закрытого типа с глубоким ва­куумом.

Эффективность работы пароси­лового цикла КЭС можно резко уве­личить путём использования тепла отработанного пара для отопления, горя­чего водоснабжения или для различных технологических процессов. На станциях такого типа, которые называются теплоэлектроцентралями, терми­ческий КПД в 1,5 ÷ 2 раза больше, чем на КЭС или ГРЭС. На рис. 5.7 пред­ставлена схема теплоэлектроцентрали, снабженной турбиной с регули­руемым отбором пара.

Схема ТЭЦ отличается от схемы КЭС (рис. 5.6) наличием теплофика­ционного контура . Тело для теплофикационного контура в виде отработан­ного пара, отбирается в точке А и направляется в бойлер 10, где пар отдаёт часть тепловой энергии холодной сетевой воде и после охлаждения в виде конденсата насосом 7 перекачивается в питательный бак 8. Насос 12 осуще­ствляет циркуляцию нагреваемой воды в теплофикационном контуре. КПД теплоэлектроцентрали определяется по формуле (5.11):

= , (5.11)

 

  Рис. 5.7 Схема ТЭЦ: 10 – подогреватель воды (бойлер); 11- потребитель горячей воды; 12 – водяной насос; 7 – конденсатный насос.

Схема ТЭЦ отличается от схемы КЭС (рис. 5.6) наличием теплофикаци­онного контура . Тело для теплофикационного контура в виде отработанного пара, отбирается в точке А и направляется в бойлер 10, где пар отдаёт часть тепловой энергии холодной сетевой воде и после охлаждения в виде конден­сата насосом 7 перекачивается в питательный бак 8. Насос 12 осуществляет циркуляцию нагреваемой воды в теплофикационном контуре. КПД теплоэлектроцентрали определя­ется по формуле (5.11):

= , (5.11)

где ЭГ, QГ - количество электрической и тепловой энергии в год, МДж;

ВГ - годовой расход топлива, кг;

- низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг.

Из уравнения (5.11) видно, что дополнительная составляющая тепловой энергии увеличивает КПД теплоэлектроцентрали, который для крупных ТЭЦ может быть равен 0,8.

Известно, что запасы органического топлива на нашей планете стреми­тельно иссякают и промышленно развитые страны уже давно находятся в поисках новых видов топлива для большой энергетики. В настоящее время единственным практически значимым и достаточно освоенным новым источ­ником энергии является ядерное топливо, в частности изотоп урана U235.

Ядерная энергетика начала развиваться с 1954 года* и с тех пор её доля в структуре мирового энергопотребления постоянно растёт [6].

Атомная электростанция (АЭС) вырабатывает электрическую и тепло­вую энергию за счёт тепла выделяемого при ядерной реакции. В зависимости

от способа передачи теплоты рабочему телу (воде) АЭС подразделяются на одноконтурные и двухконтурные [1]. В одноконтурной АЭС, выделяющаяся в реакторе теплота передаётся рабочему телу путём непосредственного его нагревания в активной зоне реактора. Принципиальная схема одноконтурной атомной станции показана на рис. 5.8:

Рис. 5.8

В атомном реакторе 1 осуществляется управляемая ядерная реакция расщепления урана U235, сопровождающаяся выделением большого количе­ства теплоты**, Циркулирующее в реакторе жидкое рабочее тело, например, вода, нагревается и превращается в пар. Образовавшийся пар поступает в

паровую турбину 2, механически со­членённую с электрогенератором 3. Отработавший пар в конденсаторе 4 конденсируется и в виде конденсата насосом 5 подаётся в реактор 1 и цикл рабочего тела замыкается. Биологи­ческая защита от радиоактивного излучения (поз.6) выполнена в виде стены из барритобетона, которая изолирует реактор от других элементов энергети­ческого контура.

В одноконтурных схемах применяется также газовый теплоноситель, ко­торый после непосредственного нагрева в активной зоне реактора использу­ется в замкнутом цикле газотурбинной установки. С точки зрения безопасно­сти недостатком одноконтурной схемы является: возможность загрязнения турбины продуктами тепловыделяющих элементов реактора и следы радио­активности рабочего тела, что опасно для обслуживающего персонала.

В двухконтурной атомной электростанции (рис. 5.9) эти недостатки исключены за счёт использования двух теплоносителей, циркулирующих

 

Рис. 5.9

по отдельным контурам. В первичном контуре промежуточный теплоноситель нагревается в реакторе 1 и поступает в парогенератор 7, где отдаёт теплоту рабочему телу энергетического контура и насосом 8 возвращается в реактор. В первичном контуре в качестве теплоносителя наряду с водой использу­ются жидкие металлы, газы и некоторые высокотемпературные органические вещества. Энергетический контур состоит из тех же элементов, что типовая паросиловая установка, в которой рабочим телом является вода. В пароге­нераторе 7 вода за счёт теплоты теплоносителя первичного контура превра­щается в пар и поступает в паровую турбину 3 и далее по типовой схеме че­рез конденсатор 4 насосом 5 в виде конденсата возвращается в парогенера­тор.

 

*Первая в мире АЭС построена в СССР (г. Обнинск, 1954 г.)

** При расщеплении 1 кг урана выде­ляется количество теплоты экви­валентное сжиганию 2,5 тыс. тонн угля.

 

Термический КПД циклов атомных электростанций, как и парового цикла, зависит от начальных и конечных значений параметров пара. Начальные па­раметры пара в атомных реакторах лимитируются допустимой температурой покрытий тепловыделяющих элементов реактора, которая составляет 400 ÷ 600°С, а также предельной температурой ядерного горючего, при которой происходят его фазовые превращения. Выражения для КПД атомных элек­тростанций аналогичны соответствующим выражениям для КПД ТЭС, рабо­тающих на органическом топливе. Действительный КПД современных АЭС достигает 17 ÷ 36%, что объясняется невозможностью обеспечения высоких начальных значений параметров пара.

Несмотря на отмеченные недостатки, атомные электростанции имеют преимущества в сравнении с тепловыми. К ним относятся возможность регу­лировать тепловую мощность в широком диапазоне, а также относительно малая величина топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой энергии, которая составляет 15 ÷ 40%, вместо 50 ÷ 60% на тепловых электростанциях. Если на АЭС, наряду с выработ­кой электроэнергии, получают плутоний, который сам является атомным топ­ливом, то величина топливной составляющей уменьшается ещё больше.

 







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 994. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия