Курс лекций общая энергетика

Курс «Общая энергетика» является дисциплиной общепрофессионального цикла. Мы будем изучать технологию производства электрической и тепловой энергии на электрических станциях различного типа (тепловых, атомных, газовых и парогазовых).

Тепловые электрические станции Типы электрических станций 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 призводства электроэнергии, называются конденсационными (сокращённо КЭС).

Основные элементы паровых электростанций

Технологическая схема ТЭС 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.

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.

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

Ядерные двигатели

Сжигание жидкого топлива на электростанции Как мы уже знаем, электростанции, работающие на жидком топливе, используют в основном мазут и очень редко сырую нефть. Мазут доставляют на электростанции железнодорожным, водным, трубопроводным транспортом. Трубопроводный транспорт применяется в случаях, когда электростанция расположена вблизи нефтеперерабатывающих заводов или магистральных мазутопроводов. Жидкое топливо по своей природе приспособлено для факельного сжигания в камерных топках парогенераторов.

Тракт шлакозолоудаления Система удаления и складирования золы и шлака современных крупных электростанций, называемая золоудалением, представляет собой сложный комплекс. Её назначением является удаление шлака, образующегося в топках, и золы, уловленной золоуловителями парогенераторов, транспорт их за пределы территории электростанции и организация их складирования на золошлакоотвалах.

Органическое топливо Виды органического топлива К основным видам органического энергетического топлива относятся бурые и каменные угли, полуантрацит и антрацит, торф, горючие сланцы, мазут, природный, доменный и другие газы.

Характеристики топлива. Основными техническими характеристиками топлив являются: теплота сгорания, выход газообразных горючих веществ при нагреве (выход летучих веществ), зольность топлива, свойства золового остатка, влажность и сернистость топлива, выход летучих и кокса.

Элементы теории термодинамики Общие определения в технической термодинамике и теплопередаче Историческое развитие термодинамики связано с именами выдающихся учёных, таких, как Ломоносов, который сформулировал закон сохранения энергии. Этот закон позволил получить первое начало термодинамики, создателями которого считаются Майер, Джоуль, Гельмгольц, и другие. Открытие второго начала термодинамики, указывающего направленность термодинамических процессов, связано с такими именами, как Карно, Томсон, Больцман и другими.

Термодинамический процесс 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.

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

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.

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).

Термодинамические процессы водяного пара При расчётах связанных с термодинамическими процессами, совершаемыми парами, ставятся задачи по определению начальных и конечных параметров пара, изменения его внутренней энергии и энтальпии, количества подведённой или отведённой теплоты и работы изменения объёма и изменения давления.

Основные параметры воды и водяного пара

Основное тепловое оборудование ТЭС Общие сведения о паровых котлах Теплоэлектростанции большой мощности являются паротурбинными установками, основными агрегатами которых являются парогенератор и паровая турбина с электрогенератором.

Основные параметры и обозначения паровых котлов К основным параметрам паровых котлов государственный стандарт (ГОСТ) относит номинальную паропроизводительность, номинальное давление пара, номинальную температуру первичного и промежуточного перегрева пара, номинальную температуру питательной воды.

Паровые турбины Развитие паротурбиностроения в настоящее время характеризуется увеличением единичных мощностей паровых турбин, повышением их надежности, экономичности и маневренности. Отечественная промышленность располагает большими производственными мощностями, квалифицированными кадрами и выпускает паровые турбины, зачастую превышающие по своим показателям лучшие мировые образцы.

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.).

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

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) Тепловая энергия требуется для технологических нужд промышленности, для отопления и вентиляции производственных, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха, для горячего водоснабжения (ГВС).

Компоновка главного корпуса и генеральный план ТЭС Основные требования, предъявляемые к компоновке тепловых электрических станций Под термином «компоновка» понимается взаимное расположение основных производственных цехов и прочих цехов электростанции, а также расположение в них основного и вспомогательного оборудования. Компоновка помещений и оборудования электростанции является одним из наиболее трудных и ответственных этапов проектирования. Необходимо иметь в виду, что проектирование и постройка электростанции продолжается 3÷4 года, эксплуатируется же она несколько десятков лет. Поэтому ошибки, допущенные в компоновке, будут сказываться в течение всего времени существования электростанции.

Строительная компоновка главного корпуса ТЭС Агрегаты на электростанции нумеруются в порядке их установки. Торцевая стена главного корпуса со стороны первых турбин и котла называется постоянным торцом. Противоположный торец называется временным. Он переносится по мере установки новых агрегатов. Продольные ряды колонн обозначаются буквами А, Б, В, Г, Д, а поперечные ― цифрами 1,2,3,4 и т.д.

Генеральный план электростанции Генеральный план электростанции (генплан) представляет собой план размещения на основной производственной площадке электростанции её основных и вспомогательных сооружений. Генплан ― это важнейшая составная часть ситуационного плана электростанции, включающего кроме производственной площадки источник и систему водоснабжения, жилой посёлок, золошлакоотвалы, примыкающие железнодорожные пути и автодороги, выводы линии электропередачи, электрических кабелей и теплопроводов, топливный склад (если он размещён вне ограды основной производственной площадки), шлакозолопроводы.

Газотурбинные, парогазовые и атомные электрические станции Газотурбинные электростанции Газотурбинная установка ― это тепловой двигатель, рабочее тело в котором является газом, полученным при сгорании органического топлива.

Атомные электростанции. Общие сведения В 50-х годах 20-го века тепловые электростанции пополнились новым видом ― атомными электростанциями (АЭС), на которых энергия деления ядра атома, выделяемая в виде тепловой энергии, преобразуется в электрическую. Вещество, выделяющее энергию деления ядра атома, называют условно ядерным горючим (топливом). В настоящее время имеются два класса тепловых электростанций – на органическом и ядерном топливе (горючем).

Принципиальные тепловые схемы АЭС В настоящее время строятся АЭС, работающие по различным схемам. В зависимости от типа реактора, вида теплоносителя и по числу замкнутых контуров теплоносителя и рабочего тела различают три типа тепловой схемы АЭС: одноконтурную, двухконтурную и трёхконтурную. Но всё же наибольшее распространение получили двухконтурные АЭС с водяным теплоносителем и одноконтурные с реактором кипящего типа.

Альтернативные источники получения электрической энергии Нетрадиционные способы получения электрической энергии Электростанции, использующие нетрадиционные виды энергии

Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Солнце нагревает воздух и вызывает ветры, волнующие поверхность океана. Оно же нагревает воду, накапливающую тепловую энергию. Солнечное и лунное притяжение вызывает приливы и отливы, периодически перемещающие огромные массы воды.

Есть еще один источник энергии, заключенной в океане, который будоражит воображение изобретателей. Это — энергия морских течений, могучих рек в океане, несущих невообразимые массы воды. Крупнейшие из них — Гольфстрим и Куросио — несут, соответственно, 83 и 55 млн. м3 воды в секунду. С точки зрения энергетики, это означает примерно 3 млрд. неиспользованных кВт! Трудно пройти мимо столь обильного и постоянного источника энергии. Проекты использования энергии морских течений на благо людей не заставили себя ждать.

Различные типы ветроагрегатов Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока, который затем можно преобразовать в переменный ток. При использовании ветра возникает серьёзная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в период безветрия.

Энергетическое производство и окружающая среда Экология Существует образное выражение, что мы живём в эпоху трёх «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает всё более и более пристальное внимание человечества.

Экологические проблемы тепловой энергетики Теплоэнергетику справедливо называют основой основ технического прогресса. На тепловых электростанциях вырабатывается около 90% общего объёма электроэнергии. Эта отрасль стоит на первом месте и по масштабам воздействия на окружающую среду. Тепловые электростанции, потребляя свыше 1/3 добываемого в мире топлива, могут оказать существенное влияние как на атмосферу окружающих районов, так и на биосферу в целом.

Экологические проблемы ядерной энергетики Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам АЭС относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, так как их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объёмами.