В списке систем, генерирующих электрическую и тепловую энергию на современных предприятиях, числятся парогазовые установки электростанции . Они являются комбинированными по своему принципу действия и включают 2 базовых этапа:

1. сжигание исходного топлива (газа) и за счет этого вращение газотурбинной установки;
2. нагревание продуктами сгорания, образовавшимися в первой стадии, воды в котле-утилизаторе с образованием водяного пара, используемого в паровой турбине, активирующей паросиловой электрогенератор.

За счет рационального использования теплоты, получаемой при сжигании топлива, удается сэкономить топливо, на 10 % увеличить экономичность системы, в разы повысить КПД оборудования, на 25 % снизить расходы.

Работа парогазовой установки становится возможной за счет использования в качестве исходного топлива либо природного газа, либо продуктов нефтяной отрасли (в частности – ДТ). Конфигураций оборудования, в зависимости от его мощности и специфики применения может быть несколько. Так производители могут совмещать обе турбины на едином валу, комплектуя эту комбинацию двухприводным генератором. Преимущество такого устройства – в наличии в его арсенале 2 режимов работы: простого газового цикла и комбинированного.

Несмотря на достаточное сложное устройство, парогазовая установка (ПГУ) имеет очень важную особенность, выделяющую ее на фоне прочих систем генерации электричества. Речь идет о рекордно высоком коэффициенте полезной деятельности, составляющем в отдельных случаях свыше 60 %.

Преимущества парогазовой установки

Принцип работы парогазовой установки имеет специфический характер, она, в отличие от аналогичных систем, потребляет меньше ресурсов (в особенности – воды) на каждую единицу энергии, получаемой с ее помощью. Также эксперты отрасли отмечают, что парогазовые конструкции выделяются:

• большей степенью экологичности (уменьшается выброс парниковых газов);
• компактными габаритами;
• сравнительной скоростью возведения (менее 1-го года);
• меньшей потребностью в топливе.

Стоит отметить, что производители ПГУ не останавливаются на достигнутом. Современный парогазовый генератор эволюционирует намного быстрее, чем предыдущие версии этой техники. Сегодня активно разрабатываются конструкции, работающие на возобновляемых источниках энергии, биотопливе: отходах деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства.

Типы парогазовых установок

Классифицировать парогазовые системы можно в зависимости от их конструкции и технологических особенностей:

• по принципу действия: когенерационные, с вытеснением регенерации, с низконапорным парогенератором, с высоконапорным парогенератором, с котлами-утилизаторами;
• по количеству газотурбинных установок различают системы с 1, 2, 3 базовыми ГТУ;
• по виду используемого расходного вещества: газовые, жидкотопливные, работающие на биомассе и т.д.;
• по разнообразию контуров КУ или котлов-утилизаторов, выделяют одно-, двух- и трехконтурные модули.

Многие энергетики также говорят о том, что важно различать системы, разнящиеся своим принципом действия. В частности, сегодня существует паровой электрогенератор , в котором имеется стадия промежуточного перегрева пара, а есть модификации, которые лишены этого этапа. В процессе выбора ПГУ важно обращать внимание на эти особенности работы изделий, так как они могут отразиться на продуктивности и эффективности электростанций в целом.

Применение парогазовых установок

Несмотря на тот факт, что на Западе уже давно стали использовать ПГУ для получения доступного электричества, в нашей стране данные технологии до последнего времени не были востребованы. И только с 2000-х годов у российских промышленных предприятий появился устойчивый интерес к парогазовым системам.

Согласно статистике, более 30 крупных энергоблоков, базирующихся на использовании парогазовых технологий, начали свою работу в разных регионах России на протяжении последних 10-ти лет. Эта тенденция будет лишь усиливаться как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, поскольку очень показательные результаты демонстрируют парогазовые установки, эксплуатация которых обходится не слишком дорого, а результат всегда превосходит ожидания.

Комбинированные электростанции могут использоваться для снабжения электричеством промышленных предприятий и целых населенных пунктов.

На нашем сайте Вы сможете найти парогазовые установки, которые уже прошли проверку на качество и мощность в европейских странах. Все парогазовые установки, представленные на сайте, находятся в исправном состоянии и обеспечиваются стабильную работу для промышленности.

€ 6.980.000

6 x Новые — 17,1 МВт — HFO / DFO / газогенератор.
Цена в евро: 6 980 000, — от завода за штуку
При покупке всех 6 генераторов, можно договориться о цене

Оценка электрической эффективности 47,2%.
Устройство может работать как с тяжелым топливом (HFO), так и дизельным топливом и газом.

Узел ПГУ на МАЗ предназначен для уменьшения усилия, необходимого для выключения сцепления. На машинах встречаются агрегаты собственной разработки, а также импортные изделия Wabco. Принцип действия устройств одинаковый.

Устройство и принцип работы

Пневмогидравлические усилители (ПГУ) выпускаются в нескольких модификациях, отличающихся местом расположения магистралей и конструкцией рабочего штока и защитного чехла.

В устройство ПГУ входят следующие детали:

• гидравлический цилиндр, установленный под педалью сцепления, совместно с поршнем и обратной пружиной;
• пневматическая часть, включающая в себя поршень, общий для пневматики и гидравлики, шток и возвратную пружину;
• контролирующий механизм, оборудованный диафрагмой с выпускным клапаном и пружиной обратного хода;
• клапанный механизм (для впуска и выпуска) с общим штоком и упругий элемент для возврата деталей в нейтральное положение;
• индикаторный шток износа накладок.

Для устранения зазоров в конструкции имеются поджимные пружины. В соединениях с вилкой управления сцеплением люфты отсутствуют, что позволяет отслеживать степень износа фрикционных накладок. По мере уменьшения толщины материала происходит утапливание поршня в глубину корпуса усилителя. Поршень воздействует на специальный индикатор, информирующий водителя об остаточном ресурсе сцепления. Замена ведомого диска или накладок требуется при достижении индикаторным стержнем длины 23 мм.

Усилитель сцепления оснащен штуцером для подключения к штатной пневматической системе грузового автомобиля. Нормальная работа узла возможна при давлении в воздушных магистралях не менее 8 кгс/см². Для крепления ПГУ к раме грузовика имеются 4 отверстия под шпильки М8.

Принцип работы устройства:

1. При нажатии на педаль сцепления происходит передача усилия на поршень гидравлического цилиндра. Одновременно нагрузка подается на поршневую группу следящего штока.
2. Следящее устройство автоматически начинает изменять положение поршня в пневматической силовой секции. Поршень воздействует на управляющий клапан следящего устройства, открывая подачу воздуха в полость пневматического цилиндра.
3. Давление газа обеспечивает силовое воздействие на вилку управления сцеплением через отдельный шток. Следящий контур обеспечивает автоматическую корректировку давления в зависимости от усилия нажатия ногой на педаль сцепления.
4. После отпускания педали происходит сброс давления жидкости, а затем закрытие клапана подачи воздуха. Поршень пневматической секции уходит в исходную позицию.

Смотрите » Устройство и эксплуатация кабины МАЗа

Неисправности

К неисправностям ПГУ на грузовиках МАЗ относят следующее:

1. Заедание привода из-за набухания уплотнительных манжет.
2. Поздняя реакция исполнительного механизма по причине густой жидкости или заедания поршня следящего компонента привода.
3. Увеличение усилия на педали. Причиной неисправности может стать выход из строя впускного клапана для сжатого воздуха. При сильном разбухании уплотнительных элементов заклинивает следящий механизм, что вызывает снижение эффективности устройства.
4. Сцепление выключается не до конца. Дефект возникает из-за неправильной регулировки свободного хода.
5. Падение уровня жидкости в бачке из-за трещин или затвердевания уплотнительной манжеты.

Как заменить

Замена ПГУ МАЗ предусматривает установку новых шлангов и магистралей. Все узлы должны иметь внутренний диаметр не менее 8 мм.

Процедура замены состоит из шагов:

1. Отсоединить магистрали от старого узла и открутить точки крепления.
2. Демонтировать узел с автомобиля.
3. Установить на штатное место новый агрегат, произвести замену поврежденных магистралей.
4. Затянуть точки крепления с необходимым моментом. Изношенные или ржавые метизные изделия рекомендуется заменить новыми.
5. После установки ПГУ требуется проверить перекос рабочих штоков, который не должен превышать 3 мм.

Как отрегулировать

Под регулировкой подразумевается изменение свободного хода муфты отключения сцепления. Проверка зазора выполняется смещением рычага вилки от сферической поверхности гайки толкателя усилителя. Операция проводится вручную, для уменьшения усилия требуется демонтировать пружину рычага. Нормальным является ход в пределах 5-6 мм (замеренный на радиусе 90 мм). Если измеренное значение находится в пределах 3 мм, то его следует довести до нормы вращением сферической гайки.

После регулировки требуется проверить полный ход толкателя, который должен составлять не менее 25 мм. Тест производится путем полного утапливания педали сцепления.

При меньших значениях усилитель не обеспечивает полного разведения дисков сцепления.

Дополнительно настраивается свободный ход педали, соответствующий началу работы главного цилиндра. Величина зависит от зазора между поршнем и толкателем. Нормальным считается ход 6-12 мм, измеренный по средней части педали. Настройка зазора между поршнем и толкателем выполняется поворотом эксцентрикового пальца. Регулировка выполняется при полностью отпущенной педали сцепления (до контакта об резиновый упор). Палец вращается до момента получения требуемого свободного хода. Затем затягивается гайка на регуляторе и устанавливается страховочный шплинт.

Смотрите » Технические характеристики и инструкция по ремонту МАЗа сельхозника

Как прокачать

Прокачка ПГУ на МАЗе производится следующим образом:

1. Изготовить самодельный нагнетательный прибор из пластиковой бутылки емкостью 0,5-1,0 л. В крышке и донной части сверлятся отверстия, в которые затем устанавливаются ниппели от бескамерных шин.
2. Из детали, смонтированной в донце емкости, требуется удалить золотниковый клапан.
3. Заполнить бутылку свежей тормозной жидкостью на 60-70%. При заливке следует закрыть отверстие в клапане.
4. Соединить емкость шлангом со штуцером, установленным на усилителе. Для подключения используется клапан без золотника. Перед установкой магистрали требуется снять защитный элемент и ослабить штуцер, повернув на 1-2 оборота.
5. Подать сжатый воздух в бутылку через клапан, установленный в крышке. Источником газа может служить компрессор с пистолетом для подкачки шин. Установленный на узле манометр позволяет контролировать давление в емкости, которое должно находиться в пределах 3-4 кгс/см².
6. Под воздействием давления воздуха жидкость поступает в полости усилителя и вытесняет имеющийся внутри воздух.
7. Процедура продолжается до момента исчезновения пузырьков воздуха в расширительном бачке.
8. После заполнения магистралей необходимо закрутить штуцер и довести уровень жидкости в бачке до требуемого значения. Нормальным считается уровень, расположенный на 10-15 мм ниже кромки заливной горловины.

Допускается обратная методика прокачки, когда жидкость подается под давлением в бачок. Заливка продолжается до момента прекращения выхода пузырьков газа из штуцера (предварительно открученного на 1-2 оборота). После заправки клапан затягивается и закрывается сверху защитным резиновым элементом.

Как и в любом другом автомобиле, на котором используется похожее устройство, главная задача сцепления, это облегчение жизни водителю, а если конкретней, то пневмогидравлический усилитель делает так, что водителю приходится тратить меньше усилий при выжимании педали сцепления. И для большегрузных автомобилей подобное облегчение очень кстати.

Рассмотрим на примере, устройство сцепления и других моделей МАЗ. Принцип работы выглядит следующим образом - нажатие педали вызывает повышение давления на гидравлический поршень, и такое же давление испытывает поршень следящего устройства. Как только это происходит, включается автоматика следящего устройства и меняет уровень давления в силовом пневматическом цилиндре. Крепится само устройство на фланце картера.

Вариантов усилителей достаточно много, но если говорить конкретно по минским грузовикам, то большинство из них объединяет одна не слишком приятная особенность – часто так случается, что в процессе эксплуатации из ПГУ начинает подтекать жидкость. Естественно, что первая приходящая мысль - это может быть признаком поломки, случившейся из-за перегрузок, причем серьезной.

Если же подобных перегрузок после установки (замены) усилителя не было, сразу возникает другая версия – подсунули бракованный! А что, сегодня подделывают все, хоть отдельные или 238, хоть Brabus SV12 в сборе к «мерину» шестисотому. Не подделывают, наверное, только комплектующие к русской «калине» и украинской «таврии» - материал дороже получается.

Но шутки в сторону, тем более что вытекание жидкости из пневмогидравлического усилителя симптом серьезный. На самом деле все не так трагично, дело в том, что это может быть свидетельством не поломки, а всего лишь неправильной регулировки. «Всего лишь», потому что ремонт ПГУ МАЗ сцепления, не сложен и при определенных навыках не займет много времени.

Самое главное, это определить рабочих ход для штока усилителя. Чтобы это сделать, потребуется сам шток оттянуть от рычага, отводя его при этом в сторону, так чтобы он полностью вышел из корпуса. После рычаг сцепления необходимо повернуть по направлению от штока, выбирая все возможные зазоры. Затем измеряется расстояние между поверхностью рычага и концом штока.

Если это расстояние меньше 50 мм, то это означает, что в работе плунжер штока будет выходить до упора, тем самым, открывая выход жидкости. Все что требуется, это переставить рычаг на один шлиц ближе к усилителю. Если же расстояние больше, то причина подтекания в другом, и лучше провести более детальную проверку в автосервисе. Впрочем, повторимся, но чаще всего регулировки будет предостаточно.

Устройство, схема ПГУ МАЗ

1 6430-1609205 Корпус цилиндра
2 6430-1609324 Манжета
3 6430-1609310 Кольцо
4 6430-1609306 Шайба
5 6430-1609321 Манжета
6 6430-1609304 Втулка
7 Кольцо 033-036-19-2-2 Кольцо 033-036-19-2-2
8 6430-1609325 Манжета
9 Кольцо 018-022-25-2-2 Кольцо 018-022-25-2-2
10 6430-1609214 Поршень следящий
11 Кольцо 025-029-25-2-2 Кольцо 025-029-25-2-2
12 6430-1609224 Пружина
13 Кольцо 027-03 0-19-2-2 Кольцо 027-03 0-19-2-2
14 6430-1609218 Седло
15 500-3515230-10 Клапан усилителя сцепления
16 842-8524120 Пружина
17 Кольцо 030-033-19-2-2 Кольцо 030-033-19-2-2
18 6430-1609233 Опора
19 6430-1609202 Цилиндр
20 373165 Шпилька М10х40
21 6430-1609203 Гильза
22 375458 Шайба 8 ОТ
23 201458 Болт М8-6gх25
24 6430-1609242 Пружина
25 6430-1609322 Манжета
26 6430-1609207 Поршень
27 6430-1609302 Кольцо
28 Кольцо 020-025-30-2-2 Кольцо 020-025-30-2-2
29 6430-1609236 Вал
30 6430-1609517 Уплотнитель
31 6430-1609241 Шток
32 6430-1609237 Крышка
33 6430-1609216 Пластина цилиндра
34 220050 Винт М4-6gх8
34 220050 Винт М4-6gх8
35 64221-1602718 Колпак защитный
36 378941 Заглушка М14х1,5
37 101-1609114 Клапан перепускной
38 12-3501049 Колпачок клапана
39 378942 Заглушка М16х1,5
40 6430-1609225 Сапун
41 252002 Шайба 4
42 252132 Шайба 14
43 262541 Пробка кг 1/8"
43 262541 Пробка кг 1/8"
44 Кольцо 008-012-25-2-2 Кольцо 008-012-25-2-2
45 6430-1609320 Трубка
46 6430-1609323 Уплотнитель
Ссылка на эту страницу: http://www..php?typeauto=2&mark=11&model=293&group=54

Парогазовыми называются энергетические установки, в которых теплота уходящих газов ГТУ прямо или косвенно используется для выработки электроэнергии в паротурбинном цикле. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.

Принципиальная схема парогазовой установки (из лекции Фоминой).

ГТ ЭГ пар

компрессор Котёл утилизатор К

воздух ЭГ

питательная вода

КС – камера сгорания

ГТ – газовая турбина

К – конденсационная паровая турбина

ЭГ – электрогенератор

Парогазовая установка состоит из двух отдельныхустановок: паросиловой и газотурбинной.

В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтянойпромышленности (мазут, солярка). На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 градусов по Цельсию позволяет получать перегретый пар при давлении около 100атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.

Перспективы развития ПГУ (из учебника Аметистова).

1. Парогазовая установка - самый экономичный двигатель, используемый для получения электроэнергии. Одноконтурная ПГУ с ГТУ, имеющей начальную температуру примерно 1000 °С, может иметь абсолютный КПД около 42 %, что составит 63 % от теоретического КПД ПГУ. Коэффициент полезного действия трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара, в которой температура газов перед газовой турбиной находится на уровне 1450 °С, уже сегодня достигает 60 %, что составляет 82 % от теоретически возможного уровня. Нет сомнений в том, что КПД можно увеличить еще больше.

2. Парогазовая установка - самый экологически чистый двигатель. В первую очередь это объясняется высоким КПД - ведь вся та теплота, содержащаяся в топливе, которую не удалось преобразовать в электроэнергию, выбрасывается в окружающую среду и происходит ее тепловое загрязнение. Поэтому уменьшение тепловых выбросов от ПГУ по сравнению с паросиловой будет ровно в той степени, на сколько меньше расход топлива на производство электроэнергии.

3. Парогазовая установка - очень маневренный двигатель, с которым в маневренности может сравниться только автономная ГТУ.

4. При одинаковой мощности паросиловой и парогазовой ТЭС потребление охлаждающей воды ПГУ примерно втрое меньше.

5. ПГУ имеет умеренную стоимость установленной единицы мощности, что связано с меньшим объемом строительной части, с отсутствием сложного энергетического котла, дорогой дымовой трубы, системы регенеративного подогрева питательной воды, использованием более простых паровой турбины и системы технического водоснабжения.

6. ПГУ имеют существенно меньший строительный цикл. ПГУ, особенно одновальные, можно вводить поэтапно. Это упрощает проблему инвестиций.

Парогазовые установки практически не имеют недостатков, скорее следует говорить об определенных ограничениях и требованиях к оборудованию и топливу. Установки, о которых идет речь, требуют использования природного газа. Для России, где доля используемого для энергетики относительно недорого газа превышает 60 % и половина его используется по экологическим соображениям на ТЭЦ, имеются все возможности для сооружения ПГУ.

Все это говорит о том, что строительство ПГУ является преобладающей тенден­цией в современной теплоэнергетике.

КПД ПГУ утилизационного типа:

ηПГУ = ηГТУ + (1- ηГТУ)*ηКУ*ηПТУ

ПТУ - паротурбинная установка

КУ – котёл-утилизатор

В общем случае КПД ПГУ:

Здесь - Qгту количество теплоты, подведенной к рабочему телу ГТУ;

Qпсу - количество теплоты, подведенной к паровой среде в котле.

1. Принципиальные тепловые схемы отпуска пара и тепла с ТЭЦ. Коэффициент теплофикации α ТЭЦ. Способы покрытия пиковой тепловой нагрузки на ТЭЦ,

ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) - предназначены для централизованного снабжения потребителей теплом и электроэнергией. Их отличие от КЭС в том, что они используют тепло отработавшего в турбинах пара для нужд производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Из-за такого совмещения выработки электроэнергии и тепла достигается значительная экономия топлива в сравнении с раздельным энергоснабжением (выработкой электроэнергии на КЭС и тепловой энергии на местных котельных). Благодаря такому способу комбинированного производства, на ТЭЦ достигается достаточно высокий КПД, доходящий до 70%. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах и городах с высоким потреблением тепла. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.

ТЭЦ привязаны к потребителям, т.к. радиус передачи теплоты (пара, горячей воды) составляет приблизительно 15 км. Загородные ТЭЦ передают горячую воду при более высокой начальной температуре на расстояние до 30 км. Пар для производственных нужд давлением 0.8-1.6 МПа может быть передан на расстояние не более 2-3 км. При средней плотности тепловой нагрузки мощность ТЭЦ обычно не превышает 300-500 МВт. Только в крупных городах, таких как Москва или Санкт-Петербург с большой плотностью тепловой нагрузки имеет смысл строить станции мощностью до 1000-1500 МВт.

Мощность ТЭЦ и тип турбогенератора выбирают в соответствии с потребностями в тепле и параметрами пара, используемого в производственных процессах и для отопления. Наибольшее применение получили турбины с одним и двумя регулируемыми отборами пара и конденсаторами (см. рис). Регулируемые отборы позволяют регулировать выработку тепла и электроэнергии.

Режим ТЭЦ - суточный и сезонный - определяется в основном потреблением тепла. Станция работает наиболее экономично, если ее электрическая мощность соответствует отпуску тепла. При этом в конденсаторы поступает минимальное количество пара. Зимой, когда спрос на тепло максимален, при расчетной температуре воздуха в часы работы промпредприятий нагрузка генераторов ТЭЦ близка к номинальной. В периоды, когда потребление тепла мало, например летом, а также зимой при температуре воздуха выше расчетной и в ночные часы электрическая мощность ТЭЦ, соответствующая потреблению тепла, уменьшается. Если энергосистема нуждается в электрической мощности, ТЭЦ должна перейти в смешанный режим, при котором увеличивается поступление пара в части низкого давления турбин и в конденсаторы. Экономичность электростанции при этом снижается.

Максимальная выработка электроэнергии теплофикационными станциями "на тепловом потреблении" возможна только при совместной работе с мощными КЭС и ГЭС, принимающими на себя значительную часть нагрузки в часы снижения потребления тепла.

сравнительный анализ способов регулирования тепловой нагрузки.

Качественное регулирование.

Преимущество: стабильный гидравлический режим тепловых сетей.

Недостатки:

■ низкая надежность источников пиковой тепловой мощности;

■ необходимость применения дорогостоящих методов обработки подпиточной воды теплосети при высоких температурах теплоносителя;

■ повышенный температурный график для компенсации отбора воды на ГВС и связанное с этим снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении;

■ большое транспортное запаздывание (тепловая инерционность) регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения;

■ высокая интенсивность коррозии трубопроводов из-за работы системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с температурами теплоносителя 60-85 ОС;

■ колебания температуры внутреннего воздуха, обусловленные влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у абонентов;

■ снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха, что приводит к колебаниям температуры внутреннего воздуха;

■ при переменной температуре сетевой воды существенно осложняется эксплуатация компенсаторов.

Парогазовыми называются энергетические установки (ПГУ) , в которых теплота уходящих газов ГТУ прямо или косвенно используется для выработки электроэнергии в паротурбинном цикле.

На рис. 4.10 показана принципиальная схема простейшей парогазовой установки, так называемого утилизационного типа. Уходящие газы ГТУ поступают в котёл-утилизатор - теплообменник противоточного типа, в котором за счет тепла горячих газов получают пар высоких параметров, направляемый в паровую турбину.

Рисунок 4.10. Принципиальная схема простейшей парогазовой установки

Котёл-утилизатор представляет собой шахту прямоугольного сечения , в которой размещены поверхности нагрева, образованные сребрёнными трубами, внутрь которых подаётся рабочее тело паротурбинной установки (вода или пар). В простейшем случае поверхности нагрева котла-утилизатора состоят из трёх элементов: экономайзера 3, испарителя 2 и пароперегревателя 1. Центральным элементом является испаритель , состоящий из барабана 4 (длинного цилиндра, заполняемого наполовину водой), нескольких опускных труб 7 и достаточно плотно установленных вертикальных труб собственно испарителя 8. Испаритель работает на принципе естественной конвекции . Испарительные трубы находятся в зоне более высоких температур, чем опускные. Поэтому в них вода нагревается, частично испаряется и поэтому становится легче и поднимается вверх в барабан. Освобождающееся место заполняется более холодной водой по опускным трубам из барабана. Насыщенный пар собирается в верхней части барабана и направляется в трубы пароперегревателя 1. Расход пара из барабана 4 компенсируется подводом воды из экономайзера 3. При этом поступающая вода, прежде чем испариться полностью, многократно пройдет через испарительные трубы. Поэтому описанный котёл-утилизатор называется котлом с естественной циркуляцией .

В экономайзере происходит нагрев поступающей питательной воды практически до температуры кипения . Из барабана сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, где перегревается сверх температуры насыщения. Температура получаемого перегретого пара t 0 всегда, конечно, меньше, чем температура газов q Г , поступающих из газовой турбины (обычно на 25 - 30 °С).

Под схемой котла-утилизатора на рис. 4.10 показано изменение температур газов и рабочего тела при их движении навстречу друг другу. Температура газов плавно уменьшается от значения q Г на входе до значения q ух температуры уходящих газов. Движущаяся навстречу питательная вода повышает в экономайзере свою температуру до температуры кипения (точка а ). С этой температурой (на грани кипения) вода поступает в испаритель. В нём происходит испарение воды. При этом её температура не изменяется (процесс a - b ). В точке b рабочее тело находится в виде сухого насыщенного пара. Далее в пароперегревателе происходит его перегрев до значения t 0 .

Образующийся на выходе из пароперегревателя пар направляется в паровую турбину, где, расширяясь, совершает работу. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсируется и с помощью питательного насоса 6 , повышающего давление питательной воды, направляется снова в котёл-утилизатор.

Таким образом, принципиальное отличие паросиловой установки (ПСУ) ПГУ от обычной ПСУ ТЭС состоит только в том, что топливо в котле-утилизаторе не сжигается, а необходимая для работы ПСУ ПГУ теплота берётся от уходящих газов ГТУ. Общий вид котла – утилизатора приведен на рис.4.11.

Рисунок 4.11. Общий вид котла – утилизатора

Электростанция с ПГУ показана на рис. 4.12, на котором изображена ТЭС с тремя энергоблоками. Каждый энергоблок состоит из двух рядом стоящих ГТУ 4 типа V94.2 фирмы Siemens , каждая из которых свои уходящие газы высокой температуры направляет в свой котёл-утилизатор 8 . Пар, генерируемый этими котлами, направляется в одну паровую турбину 10 с электрогенератором 9 и конденсатором, расположенным в конденсационном помещении под турбиной. Каждый такой энергоблок имеет суммарную мощность 450 МВт (каждая ГТУ и паровая турбина имеют мощность примерно 150 МВт). Между выходным диффузором 5 и котлом-утилизатором 8 установлена байпасная (обводная) дымовая труба 12 и газоплотный шибер 6 .

Рисунок 4.12. Электростанция с ПГУ

Основные преимущества ПГУ.

1. Парогазовая установка - в настоящее время самый экономичный двигатель, используемый для получения электроэнергии.

2. Парогазовая установка - самый экологически чистый двигатель. В первую очередь это объясняется высоким КПД - ведь вся та теплота, содержащаяся в топливе, которую не удалось преобразовать в электроэнергию, выбрасывается в окружающую среду и происходит её тепловое загрязнение. Поэтому уменьшение тепловых выбросов ПГУ по сравнению с паросиловой примерно соответствует уменьшению расхода топлива на производство электроэнергии.

3. Парогазовая установка - очень маневренный двигатель, с которым в маневренности может сравниться только автономная ГТУ. Потенциально высокая маневренность ПТУ обеспечивается наличием в её схеме ГТУ, изменение нагрузки которой происходит в течение нескольких минут.

4. При одинаковой мощности паросиловой и парогазовой ТЭС потребление охлаждающей воды ПГУ примерно втрое меньше. Это определяется тем, что мощность паросиловой части ПГУ составляет 1/3 от общей мощности, а ГТУ охлаждающей воды практически не требует.

5. ПГУ имеет более низкую стоимость установленной единицы мощности, что связано с меньшим объёмом строительной части, с отсутствием сложного энергетического котла, дорогой дымовой трубы, системы регенеративного подогрева питательной воды, использованием более простых паровой турбины и системы технического водоснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным недостатком всех тепловых электростанций является то, что все виды применяемого топлива являются невосполнимыми природными ресурсами, которые постепенно заканчиваются. Кроме того, ТЭС потребляют значительное количество топлива (ежедневно одна ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава угля) и являются самыми экологически «грязными» источниками электроэнергии, особенно если они работают на высокозольных сернистых топливах. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных и гидравлических электростанций, ведутся разработки электрических станций, использующих восполняемые или другие альтернативные источники энергии. Однако, несмотря ни на что ТЭС являются основными производителями электроэнергии в большинстве стран мира и останутся таковыми, как минимум в ближайшие 50 лет.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛЕКЦИИ 4

1. Тепловая схема ТЭЦ – 3 балла.

2. Технологический процесс производства электроэнергии на ТЭС – 3 балла.

3. Компоновка современных ТЭС – 3 балла.

4. Особенности ГТУ. Структурная схема ГТУ. КПД ГТУ – 3 балла.

5. Тепловая схема ГТУ – 3 балла.

6. Особенности ПГУ. Структурная схема ПГУУ. КПД ПГУ – 3 балла.

7. Тепловая схема ПГУ – 3 балла.

ЛЕКЦИЯ 5

АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ. ТОПЛИВО ДЛЯ АЭС. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА. ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АЭС С ТЕПЛОВЫМИ РЕАКТОРАМИ. РЕАКТОРЫ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СОВРЕМЕННЫХ АЭС

Основные понятия

Атомная электростанция (АЭС) это электростанция, вырабатывающая электрическую энергию путём преобразования тепловой энергии, выделяющейся в ядерном реакторе (реакторах) в результате управляемой цепной реакции деления (расщепления) ядер атомов урана. Принципиальное отличие АЭС от ТЭС только в том, что вместо парогенератора используется ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии.

Радиоактивные свойства у урана впервые обнаружил французский физик Антуан Беккерель в 1896 году. Английский физик Эрнест Резерфорд впервые осуществил искусственную ядерную реакцию под действием – частиц в 1919 году. Немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрасман открыли в 1938 году, чтоделение тяжёлых ядер уранапри бомбардировке нейтронами сопровождается выделением энергии. Реальное использование этой энергии стало делом времени.

Первый ядерный реактор построен в декабре 1942 года в США группой физиков Чикагского университета под руководством итальянского физика Энрико Ферми . Впервые была реализована незатухающая реакция деления ядер урана. Ядерный реактор, названный СР-1, состоял из графитовых блоков, между которыми были расположены шары из природного урана и его двуокиси. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер 235 U , замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления ядер. Реакторы, в которых основная доля делений происходит под действием тепловых нейтронов, называют реакторами на тепловых (медленных) нейтронах; в таких реакторах замедлителя значительно больше чем урана.

В Европе первый ядерный реактор Ф-1 был изготовлен и запущен в декабре 1946 года в Москве группой физиков и инженеров во главе с академиком Игорем Васильевичем Курчатовым . Реактор Ф-1 был набран из графитовых блоков и имел форму шара диаметром примерно 7,5 м. В центральной части шара диаметром 6 м в отверстиях графитовых блоков были размещены урановые стержни. Реактор Ф-1, как и СР-1, не имел системы охлаждения, поэтому работал на малых уровнях мощности: от долей до единиц ватта.

Результаты исследований на реакторе Ф-1 послужили основой проектов для промышленных реакторов. В 1948 году под руководством И. В. Курчатова начались работы по практическому применению энергии атома для получения электроэнергии.

Первая в мире промышленная атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в г. Обнинске Калужской области . В 1958 г. была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а в апреле 1964 г. генератор 1-й очереди дал электроэнергию потребителям. В сентябре 1964 года был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969 года. В 1973 году запущена Ленинградская АЭС.

В Великобритании первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 году в Колдер-Холле. Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

Мировыми лидерами по производству ядерной электроэнергии являются:США (788,6 млрд. кВт ч/год), Франция (426,8 млрд. кВт ч/год), Япония (273,8 млрд. кВт ч/год), Германия (158,4 млрд. кВт ч/год) и Россия (154,7 млрд. кВт ч/год). На начало 2004 года в мире действовал 441 энергетический ядерный реактор, российское ОАО «ТВЭЛ» поставляет топливо для 75 из них.

Крупнейшая АЭС в Европе - Запорожская АЭС г. Энергодар (Украина) - 6 атомных реакторов суммарной мощностью 6 ГВт. Крупнейшая в мире АЭС - Касивадзаки-Карива (Япония) - пять кипящих ядерных реакторов (BWR ) и два продвинутых кипящих ядерных реактора (ABWR ), суммарная мощность которых составляет 8,2 ГВт.

В настоящее время в России работают АЭС: Балаковская, Белоярская, Билибинская, Ростовская, Калининская, Кольская, Курская, Ленинградская, Нововоронежская, Смоленская.

В разработках проекта Энергетической стратегии России на период до 2030 года предусмотрено увеличение производства электроэнергии на атомных электростанциях в 4 раза.

Атомные электростанции классифицируются в соответствии с установленными на них реакторами:

l реакторы на тепловых нейтронах , использующие специальные замедлители для увеличения вероятности поглощения нейтрона ядрами атомов топлива;

l реакторы на быстрых нейтронах .

По виду отпускаемой энергии атомные станции делятся на:

l атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии;

l атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию.

В настоящее только в России рассматриваются варианты строительства атомных станций теплоснабжения.

АЭС не использует воздух для окисления топлива, не даёт выбросов золы, оксидов серы, углерода и т.д. в атмосферу, имеет радиоактивный фон ниже, чем на ТЭС, но, как и ТЭС, потребляет огромное количество воды для охлаждения конденсаторов.

Топливо для АЭС

Главное отличие АЭС от ТЭС состоит в использовании ядерного горючего вместо органического топлива . Ядерное горючее получают из природного урана, который добывают либо в шахтах (Нигер, Франция, ЮАР), либо в открытых карьерах (Австралия, Намибия), либо способом подземного выщелачивания (Канада, Россия, США). Уран широко распространён в природе, но богатых по содержанию залежей урановых руд нет. Уран содержится в различных горных породах и воде в рассеянном состоянии. Природный уран это смесь в основном неделящегося изотопа урана 238 U (более 99%) и делящегося изотопа 235 U (примерно 0,71%) , который и представляет собой ядерное горючее (1 кг 235 U выделяет энергию равную теплоте сгорания примерно 3000 т каменного угля).

Для работы реакторов АЭС требуется обогащение урана . Для этого природный уран направляется на обогатительный завод, после переработки, на котором 90% природного обеднённого урана направляется на хранение, а 10% обогащается до 3,3 - 4,4 %.

Из обогащённого урана (точнее диоксида урана UO 2 или окиси-закиси урана U 2 O 2 ) изготавливают тепловыделяющие элементы - ТВЭЛы - цилиндрические таблетки диаметром 9 мм и высотой 15-30 мм. Эти таблетки помещают в герметические циркониевые (поглощение нейтронов цирконием в 32,5 раза меньше чем сталью) тонкостенные трубки длиной около 4 м. ТВЭЛы собирают в тепловыделяющие сборки (ТВС) по несколько сотен штук.

Все дальнейшие процессы расщепления ядер 235 U с образованием осколков деления, радиоактивных газов и т.д. происходят внутри герметичных трубок ТВЭЛов .

После постепенного расщепления 235 U и уменьшения его концентрации до 1,26%, когда мощность реактора существенно уменьшается, ТВС извлекают из реактора , некоторое время хранят в бассейне выдержки, а затем направляют на радиохимический завод для переработки.

Таким образом, в отличие от ТЭС, где топливо стремятся сжигать полностью, на АЭС невозможно расщепить ядерное топливо на 100%. Поэтому на АЭС нельзя рассчитать КПД по удельному расходу условного топлива. Для оценки эффективности работы энергоблока АЭС используется КПД нетто

,

где - выработанная энергия, - выделившееся в реакторе тепло заодно и тоже время.

Подсчитанный таким образом КПД АЭС составляет 30 - 32 %, но сравнивать его с КПД ТЭС, составляющим 37 - 40 %, не вполне правомочно.

Кроме изотопа урана 235 в качестве ядерного топлива также используются:

• изотоп урана 233 ( 233 U ) ;
• изотоп плутония 239 ( 239 Pu );
• изотоп тория 232 ( 232 Th ) (посредством преобразования в 233 U ).