Энергетика

    Содержание.

    1. Круговой процесс или цикл.                                                                                                        3

    2. Барабанный парогенератор, конструкция,  схема циркуляции.                                                3

    3. Тепловая схема электростанции  с поперечными связными.                                                    4 

    4. Нетрадиционные способы получения  электрической энергии.                                               7

    Список  литературы.                                                                                                                         10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Круговой процесс или цикл.

    Круговой  процесс (цикл) в термодинамике, процесс, при котором физическая система (например, пар), претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамические параметры и характеристические функции состояния системы (температура Т, давление р, объём V, внутренняя энергия U, энтропия S и др.) в конце Круговой процесс вновь принимают первоначальное значение и, следовательно, их изменения при Круговой процесс равны нулю (DU = 0 и т. д.). Все изменения, возникающие в результате Круговой процесс, происходят только в среде, окружающей систему. Система (рабочее тело) на одних участках Круговой процесс производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Q_n, полученных от внешних источников, а на др. участках Круговой процесс работу над системой совершают внешние силы (часть её идёт на восстановление внутренней энергии системы). Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии), произведённая в Круговой процесс системой или над системой работа (А) равна алгебраической сумме количеств теплоты (Q), полученных или отданных на каждом участке Круговой процесс (DU = Q — А = 0,А = Q). Отношение А/Q_n (совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты) называется коэффициентом полезного действия (кпд) Круговой процесс. 
  Различают равновесные (точнее, квазиравновесные) Круговой процесс, в которых последовательно проходимые системой состояния близки к равновесным, и неравновесные Круговой процесс, у которых хотя бы один из участков является неравновесным процессом. У равновесных Круговой процесс кпд максимален. На рисунке дано графическое изображение равновесного (обратимого) Карно цикла, имеющего максимальное кпд.

      Круговой процесс называется прямым, если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику). Круговой процесс, результатом которого является перевод определённого количества теплоты от холодильника к нагревателю за счёт работы внешних сил, называется обратным Круговой процесс или холодильным циклом. 

    Круговой  процесс сыграли в физике, химии, технике выдающуюся роль. Расчёт различных равновесных Круговой процесс явился исторически первым методом термодинамических исследований. Этот метод дал возможность на основе анализа рабочего цикла идеальной тепловой машины (цикла Карно) получить математическое выражение второго начала термодинамики и построить термодинамическую температурную шкалу. Многие важные термодинамические соотношения (Клапейрона—Клаузиуса уравнение и др.) были получены при рассмотрении соответствующих Круговой процесс В технике Круговой процесс применяются в качестве рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания, различных теплосиловых и холодильных установок (см. Цикл двигателя, Холодильные циклы).

    2. Барабанный парогенератор,  конструкция, схема  циркуляции.

    Котельный агрегат (парогенератор) предназначен для получения (генерации) пара заданных параметров из поступающей в нее питательной воды. Представляет собой смесь конденсата турбины и химически обработанной воды, выполняющей потери конденсата. Тепло, необходимое для генерации пара, выделяется в парогенераторе при сжигании энергетического топлива ( угля, торфа, мазута или газа). В барабанный парогенератор, угольная пыль вмасте снеобходимым для горения воздухом через горелки поступают в топочную камеру, где она сгорает на лету во взвещанном состоянии. Образующегосяпри горении продукты – топочные газы – имеют высокую температуру до 1700^оС. Стены потолки и низ топочной камерыпокрыты стальными трубми диаметром 40-60 мм, образующими экраны. Внетри труб нанесенных экранов движется кипящая вода, а в трубах потолочного экрана пар. Энергия, излучаемая топочными газами, воспринимается экранами и передается воде и пару. Поэтому топочные экраны являются радиационными поверхностями нагрева. Экраны защищают ограждающие конструкции топки от воздействия высоких темпертур. По мере движения топочных газов вверх происходит выгорание топлива и одновременно охлаждение продуктов сгорания.

    Непосредственно за топкой расположен ширмовой проперегреватель, конструктивно выполненный в виде лент из труб. Эти ленты (ширмы) отстоят друг от друга на 500-800мм. Теплообмен между продуктами сгорания и ширмами происходит как за счет конвекции, так и за счет радиации. Такие поверхности нагрева называют полурадиационными. За ширмами в горизонтальном газоходе размещается конвективная ступень пароперегревателя, выполненная в виде многорядного пучка труб, расположенных в шахматном или коридорном порядке. В опускном газоходе расположен экономайзер, к которому подводится питательная вода. Проходя через экономайзер, вода нагревается до температуры насыщения, а иногда в ней происходит образование небольшого количества пара. В первом случае экономайзер называется не кипящим, а во втором- кипящим. Перед выходом из прогенератора продукты сгорания проходят воздухоподогреватель, где они  подогревают воздух, идущий на горение, а сами охлаждаются до 120-150^оС. После очистки в золоуловителях дымовые газы отсасываются дымососом и направляются по газоходам в дымовую трубу.

    Схема парогенератора с принудительной циркуляцией.

1-барабан; 2- водоподводящие трубы;

3- насос принудительной  циркуляции;

4- экранные (подъемные) трубы;

5- конвективный  пучок; 6- паронагреватель;

7- водяной экономайзер; 8- воздухоподогреватель. 
 
 
 
 

    3. Тепловая схема  электростанции с  поперечными связными.

Основные  принципы работы ТЭС.

     На  рис. 1 представлена типичная тепловая схема конденсационной установки на органическом топливе.

    Эту схему называют схемой с промежуточным  перегревом пара. Как известно из курса  термодинамики, тепловая экономичность такой схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше, чем в схеме без промежуточного перегрева.

    Рассмотрим  принципы работы ТЭС. Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку котла (1). В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину (2). Назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию. 

    Рис.1 Принципиальная тепловая схема ТЭС

    1 – паровой котёл; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – подогреватели  низкого давления; 7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – подогреватели  высокого давления; 10 – дренажный насос. 

    Все движущиеся части турбины жёстко связаны с валом и вращаются  вместе с ним. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору следующим образом. Пар высокого давления и температуры, имеющий  большую внутреннюю энергию, из котла  поступает в сопла (каналы) турбины. Струя пара с высокой скоростью, чаще выше звуковой, непрерывно вытекает из сопел и поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на диске, жёстко связанном с валом. При этом механическая энергия потока пара превращается в механическую энергию ротора турбины, а точнее говоря, в механическую энергию ротора турбогенератора, так как валы турбины и электрического генератора (3) соединены между собой. В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

    После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру, поступает в конденсатор (4). Здесь пар с помощью охлаждающей воды, прокачиваемой по расположенным внутри конденсатора трубкам, превращается в воду, которая конденсатным насосом (5) через регенеративные подогреватели (6) подаётся в деаэратор (7).

    Деаэратор служит для удаления из воды растворённых в ней газов; одновременно в нём, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается  паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация проводится для  того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара.

    Деаэрированная  вода питательным насосом (8) через подогреватели (9) подаётся в котельную установку. Конденсат греющего пара, образующийся в подогревателях (9), перепускается каскадно в деаэратор, а конденсат греющего пара подогревателей (6) подаётся дренажным насосом (10) в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора (4).

    Наиболее  сложной в техническом плане  является организация работы ТЭС  на угле. Вместе с тем доля таких  электростанций в отечественной  энергетике высока (~30%) и планируется  её увеличение.

    Технологическая схема такой электростанции, работающей на углях, показана на рис.2.

          Рис.2 Технологическая схема пылеугольной ТЭС

    1 – железнодорожные вагоны; 2 –  разгрузочные устройства; 3 – склад; 4 – ленточные транспортёры; 5 – дробильная установка; 6 – бункера сырого угля; 7 – пылеугольные мельницы; 8 – сепаратор; 9 – циклон; 10 – бункер угольной пыли; 11 – питатели; 12 – мельничный вентилятор; 13 – топочная камера котла; 14 – дутьевой вентилятор; 15 – золоуловители; 16 – дымососы; 17 – дымовая труба; 18 – подогреватели низкого давления; 19 – подогреватели высокого давления; 20 – деаэратор; 21 – питательные насосы; 22 – турбина; 23 – конденсатор турбины; 24 – конденсатный насос; 25 – циркуляционные насосы; 26 – приемный колодец; 27 – сбросной колодец; 28 – химический цех; 29 – сетевые подогреватели; 30 – трубопровода; 31 – линия отвода конденсата; 32 – электрическое распределительное устройство; 33 – багерные насосы.

    Топливо в железнодорожных вагонах (1) поступает к разгрузочным устройствам (2), откуда с помощью ленточных транспортёров (4) направляется на склад (3), со склада топливо подаётся в дробильную установку (5). Имеется возможность подавать топливо в дробильную установку и непосредственно от разгрузочных устройств. Из дробильной установки топливо поступает в бункера сырого угля (6), а оттуда через питатели – в пылеугольные мельницы (7). Угольная пыль пневматически транспортируется через сепаратор (8) и циклон (9) в бункер угольной пыли (10), а оттуда питателями (11) к горелкам. Воздух из циклона засасывается мельничным вентилятором (12) и подаётся в топочную камеру котла (13).

    Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после выхода из неё проходят последовательно газоходы котельной установки, где в пароперегревателе (первичном и вторичном, если осуществляется цикл с промежуточным перегревом пара) и водяном экономайзере отдают теплоту рабочему телу, а в воздухоподогревателе – подаваемому в паровой котёл воздуху. Затем в золоуловителях (15) газы очищаются от летучей золы и через дымовую трубу (17) дымососами (16)выбрасываются в атмосферу.

    Шлак  и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухоподогревателем и  золоуловителями, смываются водой  и по каналам поступают к багерным насосам (33), которые перекачивают их на золоотвалы.

    Воздух, необходимый для горения, подаётся в воздухоподогреватели парового котла  дутьевым вентилятором (14). Забирается воздух обычно из верхней части котельной и (при паровых котлах большой производительности) снаружи котельного отделения.