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
  •  

    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.

    Технология производства электроэнергии на тепловых электростанциях с использованием органических топлив связана с превращением практически всех затраченных материальных ресурсов и большей части энергии топлива в отходы, выбрасываемые в окружающую среду, в том числе и тепловые сбросы. Уменьшение количества теплоты, отводимой с охлаждающей водой, достигается при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии на ТЭЦ. Однако в любом случае существенным в защите естественных водоёмов и рек от вредного теплового воздействия является переход от прямоточных систем водоснабжения к оборотным. Источниками загрязнения атмосферы являются производственные стоки и вредные выбросы продуктов сгорания.

    К сточным водам тепловых электростанций относятся следующие воды: содержащие нефтепродукты, после обмывки поверхностей нагрева паровых котлов, сбросные после установок химической очистки, консервации и промывок оборудования, а также систем гидрозолоудаления.

    Количество сточных вод, содержащих нефтепродукты, не зависит от мощности станции и типа оборудования, хотя при использовании жидкого топлива оно несколько выше, чем для ТЭС на твёрдом топливе. В то же время в основном количество их зависит от качества монтажа и эксплуатации оборудования электростанции.

    Совершенствование конструкции оборудования, тщательное соблюдение правил его эксплуатации позволяют снизить до минимальных значений количество поступающих в сточные воды нефтепродуктов, а применение различного типа ловушек и отстойников позволяет исключить их попадание в окружающую среду.

    Например, для ТЭС с охлаждающей водой сбрасывается от 4 до 7 кДж теплоты на каждый 1 кВт·час выработанной электроэнергии. По санитарным нормам тепловые сбросы не должны повышать собственную температуру водоёма более чем на 50С в зимнее время и 30С в летнее.

    Итак, какие же сбросы вредных веществ производятся от тепловых электростанций?

    1. Выбросы в атмосферу летучей золы, двуокиси серы, окислов азота.

    2. Сбросы в природные водоёмы различных сточных вод.

    3. Сбросы в водоёмы и водостоки больших количеств тепла, главным образом после конденсаторов, а также различных охладителей (тепловое загрязнение).

    Наибольшие выбросы вредных веществ имеют место у крупных конденсационных электростанций, расположенных, как правило, в относительно малонаселённых местностях с ограниченным количеством других источников загрязнения атмосферы (заводов, фабрик и т.д.). Эти электростанции, имея громадные мощности, потребляют наименее ценные сорта топлива, являются источниками огромных выбросов золы, сернистого газа и окислов азота.

    В нашей стране преимущественное применение получило комбинированное тепло и электроснабжение городов от ТЭЦ. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла позволяет существенно сократить расход топлива на энергоснабжение, обеспечить наиболее совершенные способы сжигания, очистки и выброса дымовых газов в высокие слои атмосферы, что недостижимо при наличии многочисленных котельных и бытовых печей.

    Вместе с тем энергоснабжение от ТЭЦ увеличивает количество топлива, сжигаемого в зоне расположения города, и требует специальных мероприятий по снижению концентраций вредных веществ в дымовых газах с учётом фоновой загазованности от других источников.

    В выбросах тепловых электростанций содержится также значительное количество металлов и их соединений. При пересчёте на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 миллионов доз, железа ― 400 миллионов доз, магния ― 1,5 миллиона доз. Смертельный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния на всё живое через воду, почву и воздух.

    Таким образом, тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, включая человека, растения и другие организмы и их сообщества.

    Серьёзные экологические проблемы связаны с твёрдыми отходами тепловых электростанций ― золой и шлаком. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, всё же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей, которые способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

    Выбросы тепловых электростанций являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. Такие абразивные материалы как окислы кремния и алюминия способны разрушать лёгочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи пылеугольных ТЭС.

    Серьёзную проблему вблизи тепловых электростанций представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжёлых металлов.

    В районе расположения крупной теплоэлектростанции в воздушный бассейн попадают шумы в основном от источников, расположенных на открытом воздухе. Сюда относятся периодические сбросы пара через предохранительные клапаны, продувка барабанных парогенераторов, постоянный шум от повышающих трансформаторов, градирен. Особенно вреден шум от осевых дымососов, который может распространяться на большое расстояние. На окружающую среду могут оказывать некоторое влияние электромагнитные поля высоковольтных линий электропередачи между тепловой электростанцией и потребителями электрической энергии.

    Министерством здравоохранения и социального развития Российской Федерации установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, которые являются практически безвредными для людей, животных и растительности. Максимальная разовая норма относится к двадцатиминутному времени отбора пробы, среднесуточная ― к 24 часам. Поскольку максимум концентрации вредных веществ перемещается по территории в зависимости от направления ветра, состояния атмосферы, а значение максимума зависит от режима работы оборудования, погодных и других факторов, усреднённые по времени значения оказываются во много раз меньше максимальных разовых.

    Для охраны здоровья людей, сохранения растительного и животного мира наибольшее значение имеет уменьшение среднего воздействия вредных выбросов за длительный период времени, например, за год.

    Вместе с тем влияние энергетики на среду и её обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей, то есть топлива. Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

    Таким образом, охрана окружающей среды на современном этапе является одной из актуальнейших проблем не только в теплоэнергетике но и в других отраслях промышленности.

    Город и охрана природы

    Города возникли три тысячи лет назад. В древнейших городах нашей планеты Вавилоне и Иерусалиме уже существовали строжайшие правила по охране окружающей среды. Мастера-ремесленники создали совершенную систему водоснабжения, построили даже своеобразный мусоропровод. Примерно в это же время появляются и первые законы охраны природы: ограничения в кожевенном производстве, которое считалось самым ядовитым. Кузнецам и горшечникам разрешалось строить мастерские только за пределами городской черты, «дабы дым и копоть не отравляли воздух».

    В городах Древнего Рима существовал ряд служб, которые сегодня с полным основанием можно назвать экологическими. В обеспечении водоснабжения города участвовали сотни людей. Они обслуживали сложные и дорогостоящие инженерные сооружения, подававшие воду в город из источников. Системы водоснабжения имели своеобразные механизмы очистки воды от биологических загрязнителей. Для подачи и накопления питьевой воды римляне использовали серебряные резервуары и трубопроводы. Конечно, за этими действиями не стояли научные знания по биологической очистке воды. А лишь многовековый опыт.

    Случались и трагические ошибки. Так, в Московском Кремле в период с первой половины ХVI века по тридцатые годы ХVIII века действовал водопровод со свинцовыми трубами и резервуарами. Это послужило одной из важнейших причин высокого уровня детских смертей и наследственных уродств среди членов царской семьи, родившихся и выросших в Кремле.

    В настоящее время накоплены десятки миллионов тонн золы и шлаков тепловых электростанций, а за год тепловые электростанции России за год выбрасывают в отвалы около 100 млн. т золы и шлака.

    Повышение утилизации отходов является величайшей экономической и экологической задачей.

    Затраты на организацию по переработке вторичного сырья в 2÷3 раза ниже, чем на строительство предприятий первичного сырья. Отходы углеобогащения, зола и шлаки тепловых электростанций повышают качество кирпича и цемента. Существенно возрастают их прочность, морозостойкость и долговечность возводимых сооружений.

    Зола и шлаки занимают большие площади земель, неблагоприятно влияют на окружающую среду. В тоже время в них заключены огромные богатства. В них присутствуют различные ценные компоненты, вплоть до редких металлов. Золу можно использовать в качестве строительного материала. Она заменяет песок, глину, известь, щебень.

    Например, для производства кирпича зола широко используется на Украине. Примерно 700 тыс. т золы идёт в качестве заполнителя для приготовления бетона и железобетона. Сотни тысяч тонн золы и шлака применяется в дорожном строительстве.

    Ещё один пример. В Таллиннском политехническом институте в 80-х годах прошлого века разработана технология производства высокомарочного сланцезольного портландцемента, хорошо твердеющего при пропаривании. Этот цемент был использован в конструкциях сборного железобетона при строительстве Таллиннской телебашни, дымовой трубы Санкт-Петербургской атомной электростанции.

    Из сланцевой золы теплоэлектростанций можно ежегодно получать 12 млн. т портландцемента. При этом можно сберечь примерно 690 млн. кВт·часов электроэнергии, свыше 1 млн. т условного топлива.

    В хозяйственный оборот вовлекаются только одна десятая (1/10) часть золошлаковых отходов, менее 4% отходов углеобогащения. Вместо экономии материальных, топливно-энергетических ресурсов получаются огромные потери и прямые убытки, связанные со складированием отходов.

    Выход может быть один: при строительстве новых тепловых электрических станций переходить на малоотходные и безотходные технологические процессы. Строительство комбинированных производств, например, тепловая электростанция и кирпичный завод, целесообразно в районах сосредоточения тяжёлой промышленности с большой потребностью в строительных материалах, изделиях и конструкциях.

    Как вы знаете, на месте золоотвала Владивостокской ТЭЦ-1 сооружена стоянка для автотранспорта.

    Таким образом, шлаки и зола от тепловых электрических станций ― это вторичные ресурсы для строительной и других отраслей промышленности.

    Экологические проблемы гидроэнергетики

    Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных земель под водохранилища. В России, где за счёт использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. Га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.

    Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек. Так, Волга практически на всём протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.

    Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по разным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счёт ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, часть почвы и т.д.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена.

    В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что усиливает потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Всё это создаёт условия для зарастания водоёмов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых синезелёных (они называются цианями). Ухудшение качества воды ведёт к гибели многих её обитателей.

    Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50÷100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина в Египте, построенная на Ниле в 60-е годы прошлого века, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

    Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых районах испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км3 воды. Это примерно 2÷3 годовые нормы потребления воды городом Москва.

    С повышением испарения связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые бахчевые культуры не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений.

    Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 году в Индийском штате Гунжарат в результате прорыва плотины вода унесла 15 тыс. жизней людей.

    Энергетика