Общая энергетика

Вопросы. 1. Нарисовать принципи альную технологическую схему трёхконт урной АЭС и объяснить назначение всех элементов схемы . Основные особенности АЭС. 2. Нарисовать схему конденсатора турбины и объяснить назначение и устро й ство. 3. Схема снабжения котлов газом . Подготовка к сжиганию газообраз ного то п лива 4. Влияние ТЭЦ на окружающую среду. 5. Технологическая схе ма КЭС . Назначение каждого элемента схемы . Осно в ные особенно сти КЭС. 1. Нарисовать пр инципиальную технологическую схему трё х контурной АЭС и объяснить назначение всех элементов сх е мы. Принци пиальная техн ологическая схема трёхконтурной АЭС выглядит след у ющим образом : На схеме обозначены : 1. Ядерный реактор с первичной биологической защитой. 2. Вторичная биологиче ская защита. 3. Турбина. 4. Генератор. 5. Конденсатор. 6. Циркуляционные насо сы. 7. Регенеративный тепл ообменник. 8. Резервуар с водо й. 9. Парогенератор. 10. Промежуточный тепло обменник. Т – повышающий трансформатор. ТСН – трансформатор собственных нужд. РУ ВН – распределительное устройство высокого напряжения (110 кВ и выше ). РУ СН – распр еделительное устройство собс твенных нужд. I ; II ; III – контуры АЭС. Установка , в которой происходит управляе мая цепная ядерная реакция , называется ядерны м реактором 1 . В него загружается ядерное топливо , например – уран – 238. Ядерный реактор служит для нагрева теплоносителя и пре дставляет и з себя , в принципе , котёл. Биологическая защита 2 выполняет функции изолятора реактор а от окруж а ющ его пространства для того , чтобы в него не проникли мощные потоки нейтр о нов , альфа -, бета -, гамма - лучи и осколки деления . Биологическая защит а пр едн а з начена для создания безопасных условий работы обслуживающего персонала. Турбина 3 пр едназначена для преобразования энергии пара в механическую энергию вращения ротора электри ческого генератора . Генератор 4 вырабатывает электрическую энергию , которая поступает на повышающий трансфор матор Т , где прео бразуется до необходимых величин для дальнейш ей передачи в линии эле к тропередач . Часть энергии также передаётся на ТСН – понижающий трансформ а тор собственных нужд. Отработанный в турбине пар поступает в кон денсатор . Конденсатор 5 сл у жит для охлаждения пара , который , конденсируясь , затем подаётся циркуляцио н ным насосом 6 через регенеративный обменник 7 в паро генератор 9 . В рег енер а тивном обмен нике вода охлаждается до исходной величины. Разогретый в реакторе теплоноситель первого контура ( Na ) отдаёт тепло в промежуточном тепло обменнике 10 теплоноси телю второго контура ( Na ). А тот , в свою очередь , отда ёт тепло рабочему телу ( H 2 O ) в парогенераторе. Циркуляционные насосы служат для движен ия теплоносителя в контур ах схемы , а также для подачи охлаждающей воды в конденсатор из резервуара 8 . Таким образом , принципиально АЭС отличаю тся от ТЭС только тем , что р а бочее тело на ни х получает тепло в парогенераторе при сжи гании ядерного топлива в ядерном реакторе , а не орга нического топлива в котла х , как это имеет место на ТЭС. Многоконтурная схема АЭС обеспечивает р адиационную безопасность и с о здаёт удобства для обслуживания оборудования . Выбор числа контуров определ я ется в зависимост и от типа реактора и свойств теплоносит еля , характеризующих его пригодность для использования в качестве рабочего тела в турбине. Особенности АЭС : 1. Атомные элек трические станции не зависят от месторасполож ения источника сырья , а потому могут соору жаться в любом географическом месте , в том числе и труднодоступном. 2. Для работы АЭС требуется небольшое количество топлива (100-150 т . в год ). 3. Атомные стан ции не загрязняют атмосферу . Выбросы радиоакт ивных газов и аэрозолей не превышают вели чин , разрешённых санитарными нормами. 4. АЭС могу т работать по свободному графику нагр узки. 5. Коэффициент полезного действия атомных станций 35-38 %. 2. Нарисовать схему конденсатора турбин ы и объяснить назн а чение и устройство. Конденсатор – устройство , предназначенное для охлаждения и конденсации пара , выходящего из турбины. Экономичность работы паровой турбины в большой степени зависит от к о нечного давления п ара , с понижением которо го увеличивается используемый те п ловой перепад и возрастает КПД турбоу становки. Из трёх параметров пара , определяющих экономичность турбины – начал ь ное давление , начальная температура и конечное давление , последний параметр оказывает наибольшее влияние на коэффициент полезного действия турбины . Сн и жение давления пара после выхода из турбины производится в конденсаторе , в к о тором поддерживается давление 0,005 – 0,0035 МПа. Конденсатор представляет из себя цилинд рический корпус , внутри которого имеется боль шое количество латунных трубок 2 , по которым подаётся через патр у бок 1 охлаждающая во да . Вода , поступающая в конденсатор имеет температуру 10 – 20 o С , проходя по трубкам нагревается до температуры 25 – 30 o С и выходит через патрубок 5 . Пар из турбины поступает в кон денсатор через патрубок 4 , соприкасается с холодными трубками , конденсируется и насосом КН откачивается через патрубок 3 Если воду для охлаждения пара забира ют из реки , подают в конденсатор , а зат ем сбрасывают в реку , то такую систему водо снабжения называют пр ямоточной. Если воды в реке не хватает , то сооружают искусственный водоём . С одной с тороны пруда вода подаётся в конденсатор , а в другую сторону пруда сбрасывае т ся нагретая в конденсаторе вода. В замкнутых системах водоснабжения для охлаждени я воды , нагретой в конденсаторе , сооружают градирни – специальные устройства , высотой о коло 50 метров . Вода вытекает струйками из о тверстий лотков , разбрызгивается и стекая вни з , охлаждается . Внизу расположен резервуар , где вода собирается и зате м ци р куляционными нас осами ЦН опять п одаётся в конденсатор. 3. Схема снабжения котлов газом . Подготовка к сжиганию газ о образного топлива. Природный газ – высокоэффективны й вид топлива . Высокая теплота сгор а ния , практическое отс утствие в нём серы и золы пр едопр еделяет его использование прежде всего бытовы ми потребителями , отопительными котельными , а также пр о мышленны ми предприятиями , расположенными вблизи городов и на городских ТЭЦ. Схема снабжен ия котлов (парогенератора ) газом На схеме обозначены : 1. Трубопровод ; 2. Дросселирующий клапан ; 3. Газовые магистрали ; 4. Клапан ; 5. Диафр агма ; 6. Горелки ; Поступающий по трубопроводам 1 газ дросселируется с помощью клапанов 2 до давления 0,,3 МПа. В случае резкого сужения сече ния трубопровода происходит увеличение скорости за счёт падения давления , как при ист ечении через сопло . Ес ли затем с е чение трубопровода резко увеличить , то в результате трения и завихрения потока скорость гасится и переходит в тепло , а начальное давление н е восстанавливается . Этот процесс называется дросселированием. Дросселирование применяется для р егулирован ия и для снижения давления. Затем газ поступает в газовые магистр али котельной 3 , о т которых подв о дится к парогенератору . На подводящих к котлу трубопроводах помимо отключ а ющей задвижки устана вливают клапан 4 , регулирующий подачу газа к котлу и ди а фрагма 5 для замера расхода газ а . В пределах парогенератора имеется разводка газа к каждой горелке 6 . На тепловых электрических станциях устана вливаются котлы большой п а ропроизводительности , оборудованные камер ными топками. В камерных топках сжигают газообразное топливо без всякой подготовки. При сжигании газообразного топлива имеют место лишь две стадии – под о грев и сгорание . Первичное смесеобразование газа и воздуха осу ществляется с п о мощью горелок , в которых организуется закручивание потока воздуха . Восплам е нен ие газа происходи т на поверхности газовой струи и затем распространяется на весь поток. 4. Влияние ТЭЦ на окружающую среду. Из всех , существующих на нынеш ний день видов электростанций тепловые станци и , работающие на органическ ом топливе , более всего загрязняют атмосферу . Объёмы загр язнения окружающей среды и вид загрязнения зависят от типа и мо щ ности станций. Результатом работы тепловых станций является загрязнение атмосферы у г лекислотой , выделяющейся при сжигании топлива , оки сью углерода , ок ислами с е ры , у глеводородами , окислами азота , огромными количеств ами твёрдых частиц (з о ла ) и другими вредными веществами . Кроме того происходит значительное тепл о вое загрязнение водо ёмов при сбрасывании в них тёплой воды. Увеличение количес тва углекислоты в атмосфере Земли ведёт к возникнов е нию так называемого «парникового эффекта» . Углекислый газ поглощ ает длинн о волново е излучение нагретой поверхности Земли , нагре вается и тем самым спосо б ствует сохранению на ней тепл а . Увеличение доли углек ислого газа в атмосфере может привести к повышению на несколько градусов температуры низких слоёв атмосферы , а это в свою очередь , может привести к таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши. Наряду с увеличением содержания углекис лог о газа , происходит уменьш е ние доли кислорода в атмосфере , который расходуется на сжигание топлива на тепловых станциях. Вредное воздействие на животный и ра стительный мир оказывает загрязн е ние атмосферы окисью сер ы . Наибольшее загрязнение атмосферы серой приходи т ся как раз на долю электростанций и отопительны х установок. Вредное воздействие окиси углерода на человека и животных состоит в том , что она , соединяясь с гемоглобином крови , оче нь быстро лишает организм кисл о рода. Станции , работающие на угле по тр ебляют его в больших количествах и больше всего выбрасывают загрязняющих атмосферу вещ еств . Выбросы в атмосф е ру зависят от качества сжигаемого угля. Сбросы горячей воды в водоёмы и повышение вследствие этого их темпер а туры приводят к нарушению экологиче ского равновесия , установи вшегося в ест е ственных условиях , что неблагоприятно вли яет на флору и фауну . Тепловое загря з нение водоёмов мо жет быть уменьшено с переходом на замкнут ые циклы испол ь зования воды. Таким образом мы видим , что влияние ТЭЦ на биосфер у огромно и неблаг о приятно . Но не смотря на это пока тепловые электростанции и теплоэлектроцентр а ли остаются преобладающими при производст ве электроэнергии и тепла для нужд челове ка. 5. Т ехнологическая схема КЭС . Назначение к ажд ого элемента схемы . Основные особенности КЭС. К – котёл (парогенератор ) предназначен дл я получения пара из питательной воды ; ПН – питательный насос – для подачи питательной воды в котёл ; ДВ – дутьевой вентилятор – для подачи воздуха в топку котла , для поддерживания процесса гор ения ; Д – дымосос – для удаления дымовых газов из котла ; БН – багерный насос – для удаления золы и шлака из котла ; ПП – пароперегрев атель – для получения пара высоких парам етров ; Т – паровая турбина ; Г – электрический генератор – для выработки электроэнергии ; Кр – конденсатор для охлаждения пара ; ЦН – циркуляционн ый насос – для подачи воды в конденс атор ; КН – конденсатный насос – для удаления конденсата из конденсатора ; Да – деаэратор – для у даления газов из конденсата ; для восполнения потерь туда же подаётся химически очищенная вода ; Т – повышающий трансформатор ; РУ ВН – распр еделительное устройство высокого напряжения (110 кВ и выше ) ТСН – трансформат ор собственных нужд ; РУ СН – распр еделите льное устройство собственных нужд – для электропитания двигателей и освещения ; Конденсационные электрические станции КЭС – это тепловые паротурби н ные электростанции , в которых теплота , выделяющаяся при сжигании органическ о го топлива превр ащается сначала в механическую энергию , а затем в электрич е скую. Характерный пр изнак КЭС – отработанный в турбине пар не используется для нестанционных нужд , а подвергается охлаждению (конденсации ) в специал ь ных устройствах – конденсаторах , после чего направляется обратно в котёл . Для работы КЭС тр ебуется большое количество воды . Поэтому стро ят их вблизи водо ё мов . В качестве топлива на конденс ационных электрических станциях используется уго ль , нефть или природный газ. Твёрдое топлив о (уголь ) сначала дробится специальными д робилками , затем подсушивается и размельч ается до пылевидного состояния специальными м ельн и цами . Угольна я пыль вместе с воздушным потоком подаётс я в топку котла дуть е вым вентилятором ДВ для лучшего сгорания топлива. Продукты сгорания топлива (дымовые газы ) пройдя золоуловители с пом о щью дымососа Д выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Теплота , получаемая при сжигании топлива , используется для получения п а ра . Пар из котла (паро генератора ) подаётся в пароперегреватель ПП , где его пар а метры (темпера тур а и давление ) доводятся до необходимых вел ичин , а затем по п а ропроводу поступает на рабочие лоп атки паровой турбины Т . Если между рабочими лопатками турбины не происходит расширения пара , то есть давление пара не меняется , то такая турбин а называется а ктивной . У реактивной турбины происходит расширение пара , проходящего через к а налы рабочих лопаток . В зависимости от показат елей расширения пара турбины х а рактеризуются степенями реак тивности . Сейчас турбины выполняют многоступе н чатыми , причём в одной тур бине могут быть как акт ивные , так и реактивные (с ра з ной степенью реактивности ) ступени. В турбине энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора ген ератора Г , вырабатыва ющего электрическую энергию. Отработавший в турбине пар после свое го расширения от начального давл е ния на входе турбины – 30 МПа до конечного на выходе 0,0035 МПа поступает в конденсатор турбины Кр , где превращается в воду – кон денсат , который конде н сатным насосом КН откачивается и проходит через деаэрато р Да . Там из вод ы уд а л яются газы и к ней добавляется химически очищенная вода , чтобы восполнить п о тери . После чего вода вновь подаётся в котёл , и затем ц икл превращения воды п о вторяется. Система технического водоснабжения КЭС вк лючает в себя источник вод о снабжения ( водоём ) , циркуляционные насосы ЦН , которыми охлажд ающая вода из водоёма подаётся в конденса тор , а также подводящие и отводящие водово ды. Основные особенности КЭС : 1. Строится по в озможности ближе к месторождениям топлива. 2. Работает по своб одному графику выраб отки электроэнергии ( график выработки не зависит от теплового потребления ). 3. Низкоманёвренные – разворот турбин и набор нагрузки из холодного состояния требует 3-10 часов ). 4. Выработанная электр оэнергия отдаётся в электрические сети пов ы шенных напряжени й 110 – 750 кВ. 5. Имеют сравнительно низкий КПД : 30 – 40 %, максимум 42 %. ЛИТЕРАТУРА : 1. Гиршфельд В.Я ., К ароль Л.А . «Общий курс электростанций» . М . Э нергия 1976 г. 2. Поярков К.М . «Эле ктрические станции , подстанции , линии и сети» . М . Высшая школа 1983 г. 3. Веников В.А ., Путя тин Е.В . «Введение в специальность» Электроэне ргетика . Высшая школа 1988 г.