Курс лекций общая энергетика

Начертательная геометрия
Фронтально проецирующая плоскость
Фронтальная плоскость уровня
Фронталь плоскости
Прямая, параллельная плоскости
Взаимная параллельность плоскостей
Примеры изображения плоскостей общего и частного положения
Задание поверхности на комплексном чертеже
Определитель поверхности
Алгоритм конструирования поверхности
Развертывающиеся поверхности
Комплексный чертеж призматической поверхности
Задание кривых линейчатых поверхностей
Задание цилиндрической поверхности общего вида на комплексном чертеже
Неразвертывающиеся линейчатые поверхности с двумя направляющими
Алгоритм построения цилиндроида
Коноид
Поверхности вращения
Поверхности вращения второго порядка
Сфера образуется вращением окружности
Эллипсоид вращения
Гиперболоид вращения
Тор- поверхность вращения 4 порядка
Сконструировать поверхность: тор-кольцо
Винтовые поверхности
Решение позиционных и метрических задач
Позиционные задачи
Решение главных позиционных задач
Конические сечения
Построить линию пересечения сферы
Метрические задачи.
Построение плоскости, касательной к поверхности
Задачи на определение расстояний между геометрическими фигурами
Преобразование комплексного чертежа
Плоский чертёж
Третья основная задача преобразования комплексного чертежа
Решение четырех основных задач преобразованием комплексного чертежа
Плоскость общего положения поставить в положение проецирующей
Решение позиционных задач с помощью преобразования комплексного чертежа
Технические чертежи

Изображения на технических чертежах

Разрезы
Классификация разрезов
Соединение части вида и части разреза
Сечения
Выносные элементы
По наглядному изображению построить три вида детали и выполнить необходимые разрезы.
Построить три вида детали и выполнить необходимые разрезы
Сфера
Аксонометрия
Изометрия окружности
Прямоугольная диметрия
Энергетика
  • Тепловые электрические станции
  • Основные элементы паровых электростанций
  • Технологическая схема ТЭС
  • Отопление и горячее водоснабжение (ГВС)
  • Топливный тракт электростанции
  • Сжигание жидкого топлива на электростанции
  • Тракт шлакозолоудаления
  • Виды органического топлива
  • Характеристики топлива
  • Элементы теории термодинамики
  • Термодинамический процесс
  • Изобарный процесс
  • Круговые процессы или циклы
  • Энтропия как параметр термодинамической
    системы
  • Термодинамические процессы водяного пара
  • Основные параметры воды и водяного пара
  • Основное тепловое оборудование ТЭС
  • Основные параметры и обозначения
    паровых котлов
  • Паровые турбины
  • Основные узлы и конструкция паровой турбины
  • Принципиальная схема конденсационной
    установки
  • Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
  • Компоновка главного корпуса
    и генеральный план ТЭС
  • Строительная компоновка главного корпуса ТЭС
  • Генеральный план электростанции
  • Газотурбинные, парогазовые электрические
    станции
  • Атомные электростанции
  • Принципиальные тепловые схемы АЭС
  • Альтернативные источники получения
    электрической энергии
  • Приливные электростанций (ПЭС).
  • Энергия морских течений
  • Различные типы ветроагрегатов
  • Экология
  • Экологические проблемы тепловой энергетики
  • Экологические проблемы ядерной энергетики
  •  

    Газотурбинные, парогазовые и атомные электрические станции

    Газотурбинные электростанции

    Газотурбинная установка ― это тепловой двигатель, рабочее тело в котором является газом, полученным при сгорании органического топлива.

    Газотурбинные электростанции как самостоятельный источник энергоснабжения в крупной энергетике распространения не получил. На Дальнем Востоке имеется только одна газотурбинная электростанция, это ― Якутская ГРЭС.

    Мощность газовой турбины значительно меньше мощности паровой турбины и доходит до 200 МВт. Газотурбинные электростанции имеют КПД не выше 35÷40%, то есть ниже, чем у современных паротурбинных электростанций. По капитальным затратам газотурбинные электростанции на газовом топливе проще и дешевле паротурбинных, однако использование сернистого мазута и твёрдого топлива на газотурбинных электростанциях имеет значительные технические трудности и экономически пока не оправдываются.

    В зависимости от вида применяемого топлива газотурбинные станции работают по открытому (или разомкнутому) или по закрытому (замкнутому) циклу.

     воздух топливо продукты сгорания 

     

     камера 

     сгорания электрогенератор 

     

     компрессор газовая турбина 

     Рис.43.

    Рассмотрим простейшую газотурбинную установку (рис.43). Она состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины с электрогенератором.

    Принцип работы газотурбинной установки (ГТУ) следующий: атмосферный воздух в компрессоре сжимается и под давлением поступает в камеру сгорания, куда подаётся также газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания направляются из камеры сгорания в газовую турбину, для которой они служат рабочим телом. Отработавшие в турбине продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Большая часть мощности газовой турбины (до 65%) передаётся электрическому генератору, остальная потребляется воздушным компрессором.

    Теперь разберём работу газотурбинной электростанции открытого типа.

    Газотурбинная установка открытого типа ― это ГТУ, в которой рабочее тело поступает из атмосферы, однократно проходит через все элементы ГТУ и выбрасывается в атмосферу. ГТУ открытого типа выполняются по простому циклу (мы уже рассмотрели эту схему) и по сложным циклам.

    Газотурбинные установки по сложным циклам включают одну или несколько ступеней промежуточного охлаждения воздуха при сжатии в компрессоре. Рассмотрим одну из таких открытых схем ГТУ.

     5 1―электрогенератор;

     2―компрессор низкого

     2 4 6 1 давления;

     8 3―воздухоохладитель;

     4―компрессор высокого

     давления; 5―регенератор;

     воздух t0=7000С 6―газовая турбина;

     3 7 7―камера сгорания;

     Рис.44. 8―пусковой двигатель.

    Температура отработавших газов при атмосферном давлении очень высока (380÷4400С). По этой причине велика потеря с физическим теплом уходящих газов. Тепло это можно частично использовать в регенераторе дл подогрева воздуха перед камерой сгорания. Регенератор (поверхностный теплообменник) служит для утилизации теплоты (охлаждения выхлопных газов) путём подогрева воздуха перед его подачей в камеру сгорания. Коэффициент теплопередачи от газа к воздуху через металлическую стенку невысок, поэтому поверхность нагрева, габариты и стоимость регенератора велики. Разместить регенератор можно на открытом воздухе, около здания электростанции или в пристройке к нему.

    Первоначально газотурбинные установки предназначались для покрытия основной нагрузки, и их оборудовали, как правило, регенераторами.

    В настоящее время признано, что газотурбинные установки должны служить для покрытия пиковой части нагрузки, регулирования частоты электрического тока, поэтому должны быть простыми и мобильными. На таких ГТУ с невысоким использованием мощности устанавливать регенератор нецелесообразно.

    Мощность ГТУ открытого типа ограничена. При двух — трёх последовательно включённых компрессорах начальное давление газа перед турбиной не превышает 1,0÷1,5 МПа. А объём газа велик, что затрудняет повышение мощности такой установки.

    На отечественных электростанциях с газовыми турбинами таких типов как ГТ-25-700, ГТУ-50-800, ГТ-100-750-2 принята начальная температура газов 700÷8000С, а на ГТУ-200-1000 ― 10000С.

    Компоновка газотурбинных электростанций существенно отличается от компоновок паротурбинных электростанций. Газотурбинные агрегаты обычно устанавливаются поперечно в машинном зале с пролётом 36 м и ячейкой блока в 24 м. Дымовые газы отводятся в дымовую трубу высотой 120 м с тремя металлическими газоотводящими стволами.

    1. 8.2. Область применения ГТУ

    По назначению ГТУ разделяются на энергетические ― для привода электрогенератора, приводные ― для привода компрессоров газоперекачивающих станций, металлургических и химических производств, насосов пожаротушения и перекачки нефти и т.д., транспортные ― в качестве двигателей в авиации, водном, железнодорожном и автомобильном транспорте.

    Нас интересуют только энергетические ГТУ, которые в зависимости от продолжительности работы под нагрузкой в течение года разделяются на базовые, полупиковые, пиковые и ГТУ аварийного резерва.

    Важной особенностью энергетических ГТУ является зависимость их показателей от параметров наружного воздуха, и в первую очередь от его температуры. Под её влиянием изменяется расход воздуха через компрессор, соотношение внутренних мощностей компрессора и газовой турбины, и в итоге – электрическая мощность ГТУ и её КПД.

    Изменение электрического КПД ГТУ в сторону его уменьшения особенно значительно при температуре наружного воздуха выше +5÷100С. С повышением температуры наружного воздуха до +15÷400С этот КПД уменьшается на 13÷27% в зависимости от температуры газов перед газовой турбиной и вида сжигаемого топлива.

    Парогазовые установки электростанции

    Сочетание паротурбинной и газотурбинной установок, объединяемых общим технологическим циклом, называется парогазовой электростанцией. Смысл объединения этих установок в единое целое заключается в снижении потерь отработавшего тепла газовых турбин или тепла уходящих газов парогенераторов и, следовательно, в повышении КПД парогазовой электростанции по сравнению с отдельно взятыми паротурбинной или газотурбинной электростанциями.

    Практическое применение нашли ПГУ:

    1. С низконапорной паропроизводящей установкой (ННППУ).

    2. С высоконапорной паропроизводящей установкой (ВНППУ).

    3. С подогревом питательной воды паропроизводящей установке теплотой уходящих газов ГТУ.

    4. С котлами-утилизаторами без промежуточного перегрева в паросиловой части цикла.

    В основном применение в России получили парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами и ПГУ со сбросом отработавших газов в топочную камеру парогенераторов.

     


     Рис.45:

    топливо 6 1 2 1―паровая турбина;

     2―электрогенератор;

     3―конденсатор;

     4―питательный насос;

     5 7 2 3 5―компрессор;

     6―высоконапорный

     парогенератор;

     воздух продукты сгорания 4 7―газовая турбина.

    Высоконапорный парогенератор работает на газовом или очищенном жидком топливе с давлением в топочной камере и газоходах 0,45÷0,55 МПа. Дымовые газы, выходящие из парогенератора с высокой температурой и избыточным давлением, направляются в газовую турбину. На одном валу с газовой турбиной находится воздушный компрессор, нагнетающий воздух в топочную камеру парогенератора.

    Особенностью такой парогазовой установки заключается в том, что не требуется дымосос для удаления уходящих газов высоконапорного парогенератора. Уходящие газы являются рабочим телом газовой турбины, которая используется для привода электрогенератора, и, кроме того, воздушного компрессора, замещающего дутьевой вентилятор.

    Пар из высоконапорного парогенератора направляется к конденсационной паровой турбине, имеющей обычную тепловую схему, то есть с регенеративным подогревом, деаэрацией и т.д.

    Благодаря использованию уходящих газов парогенератора в турбине и дополнительному использованию отработавшего тепла газовой турбины в экономайзерах для подогрева питательной воды парогенератора, КПД такой парогазовой электростанции с высоконапорным парогенератором выше, чем КПД паротурбинной, а тем более газотурбинной электростанции, и может достичь 42÷43%.

    Применение схемы со сбросом отработавших газов турбины в топочную камеру парогенератора основано на том, что в камере сгорания топливо в газообразном состоянии сжигают с большим избытком воздуха. По этой причине содержание кислорода в отработавших газах турбины достаточное (16÷18%) для сжигания основной массы топлива в парогенераторе.

    Парогазовые электростанции со сбросом отработавших газов в топочную камеру парогенератора имеют те преимущества, что при этом используется парогенератор обычной конструкции и возможно использование в нём любого вида топлива (твёрдого, жидкого, газового). В камере сгорания газотурбинной установки сжигают при этом в относительно меньшем количестве газ или жидкое топливо.

    Парогазовая установка может состоять из паротурбинного и газотурбинного энергоблоков обычного типа. Примером может служить сочетание серийного паротурбинного энергоблока 300 МВт с газотурбинной установкой ГТ-100-750-2.

    Такое объединение двух установок в общий парогазовый энергоблок имеет целью быстрое увеличение мощности паротурбинным блоком на 40÷45 МВт при отключении регенеративных подогревателей высокого давления (ПВД) в периоды пиковых нагрузок и быстрого их роста. Чтобы сохранить нормальный режим работы парогенератора, питательную воду подогревают отработавшими газами газотурбинной установки, например, в двух последовательно включённых дополнительных экономайзерах. При этом температура отработавших газов ГТУ снижается примерно до 1900С, КПД комбинированного парогазового энергоблока достигает примерно 40% при значении КПД паротурбинного энергоблока около 39%.

    К парогазовым относятся также установки с парогазовыми турбинами, работающими на парогазовой смеси. В такой установке в камеру сгорания для снижения температуры продуктов сгорания топлива до требуемого значения впрыскивают воду. Испаряясь, вода с газами в виде парогазовой смеси направляется в турбину. Использование воды в камере сгорания позволяет снизить избыток воздуха для горения по сравнению с обычной газотурбинной установкой и, следовательно, несколько повысить КПД установки. Отработавшая парогазовая смесь удаляется в атмосферу непосредственно или через регенератор, в котором подогревается вода перед камерой сгорания.

    Все схемы парогазовой установки предполагают частичное или полное использование высококачественного органического топлива (природного газа или жидкого газотурбинного топлива), что тормозит их широкое внедрение. В качестве примера: ПГУ мощностью 250 МВт установлена на Молдавской ГРЭС. За рубежом парогазовые установки получили широкое распространение: США, Англия, Япония, Германия, Франция. Лучшие зарубежные ПГУ работают с КПД нетто 46÷49%, они полностью автоматизированы.

    Большое разнообразие существующих схем парогазовых установок и сложные связи между основным оборудованием ПГУ ― газовой турбиной, паровым котлом, паровой турбиной ― вызывают определённые трудности при расчёте энергетических показателей ПГУ. Эти трудности возрастают при комбинированной выработке в ПГУ электрической и тепловой энергии.

    Парогазовые установки характеризуются сложным распределением теплоты топлива между видами отпускаемой энергии, что необходимо учитывать при определении энергетических показателей.

    Парогазовые установки со сбросом газов газовой турбины в топку парового котла характеризуются тем, что уходящие газы газовой турбины являются высокоподогретыми (до 450÷5500С) окислителем с содержанием кислорода 14÷16%. По этой причине их целесообразно использовать для сжигания основной массы топлива в паровом котле.

    Парогазовые установки с котлами-утилизаторами почти нигде не применяется из-за небольшой мощности установки и низкого КПД, так как пар в таком котле можно нагреть лишь до начальных параметров пара: давление ―4,0÷4,4 МПа и температура 400÷4600С.

    Энергетика