Основи технології та екологічної безпеки Теплових та атомних електростанцій

Міністерство освіти та науки України

Одеський національний політехнічний університет

Кафедра прикладної екології та гідро газодинаміки

 

 

Основи технології та екологічної безпеки Теплових та атомних електростанцій

для студентів очної та зачної форми навчання спеціальностей «Техногенно-екологічна безпека» Укладач:

Енергетичні ресурси, види електростанцій.

Необхідність електроенергії для сучасного виробництва і побуту людини загальновідома. Електроенергія виробляється на електростанціях, що… Промислове значення мають: · теплова хімічно пов'язана енергія органічного палива;

Види споживання енергії і графіки навантажень електростанцій.

 

Основним споживачем електроенергії є промисловість. Значна частина електроенергії витрачається на освітлення, побутові потреби, транспорт і сільське господарство.

Для вибору потужності електростанції вирішальне значення має максимум електричного навантаження, що визначається накладенням максимумів промислового і освітлювального навантажень.

Зміну навантаження у часі зображають графіком електричного навантаження. Розглянемо добовий графік комунально-побутового навантаження рис.1.1. Тут є два максимуми - ранковий (біля 8 годин ранку) і денний (абсолютний).

Загальне навантаження електростанції складається з навантажень споживачів, а також з витрат електроенергії на власні потреби електростанції і на покриття втрат в електромережах.

Добові графіки характеризуються денним провалом (приблизно опівдні), зумовленим обідньою перервою на промислових підприємствах, а також нічним провалом, коли працюють тільки тризмінні підприємства.

Вибір способу зниження потужності електростанції в період нічного провалу, а також зменшення навантаження у вихідні дні - одна з серйозних задач експлуатації станцій.

 

Рис.1.1. Добові графіки електричного навантаження.

а) промисловий; б) освітлювально-побутовий; в) сумарний.

Розглянемо річний графік електричних навантажень по тривалості, рис.1.2.

 

Рис. 1.2. Річний графік електричних навантажень по тривалості.

1 - базове навантаження; 2 - проміжне навантаження; 3 - пікове навантаження.

 

У базовому режимі зараз працюють всі АЕС. Однак і вони вимушені розвантажуватися у вихідні та святкові дні.

Для характеристики графіків навантаження вводиться ряд коефіцієнтів. Відношення нічної мінімальної до денної максимальної потужності називають коефіцієнтом нерівномірності добового графіка:

.

Характерним для добового графіка є також коефіцієнт використання максимального навантаження (коефіцієнт заповнення добового графіка):

.

Важливою характеристикою є річне число використання встановленої максимальної потужності:

.

Для оцінки напруженості роботи електростанцій і того як використовується основне обладнання, вводиться коефіцієнт використання встановленої потужності станції:

- відношення кількості виробленої енергії на протязі року до тої кількості, яке могло бути вироблене за той же період при роботі електростанції з встановленою потужністю N_уст . τ_р – число годин у році. τγ = 8760 год.

 

Розглянемо графіки теплових навантажень.

На рис. 1.3 наведений добовий графік теплоспоживання промислових підприємств, працюючих в дві зміни.

Рис.1.3. Графік добового теплового навантаження.

 

Річний графік теплового навантаження по тривалості для опалювання, вентиляції і гарячого водопостачання:

Рис.1.4. Графік річного теплового навантаження.

 

1 - опалювальний період;

2 - тільки гаряче водопостачання.

 

Розрізнюють два види теплового навантаження:

-виробниче - для технологічних процесів промислових підприємств;

-опалювальне - для опалювання, підігрівання повітря, вентиляції виробничих і суспільних будівель, для побутових потреб населення.

Виробниче теплове навантаження задовольняють звичайно парою, що відпрацювала в турбіні при тиску Р = 1-1,5 МПа, опалювальну - гарячою водою з t = 70-150 ⁰C.

 

Типи ТЕС і АЕС.

Для приводу електрогенераторів на ТЕС застосовують, як правило, парові турбіни потужністю до 1200 МВт і газові турбіни потужністю до 100-150 МВт. … Паротурбінні електростанції, що виробляють один вид енергії - електричну,… Централізоване теплопостачання споживачів з використанням теплоти пари, що відпрацювала, і виробленням електроенергії…

Схеми конденсаційних електростанцій на органічному і ядерному паливі.

Конденсаційні електростанції на органічному паливі будуються на високі початкові параметри пари і низький кінцевий тиск, що дозволяє мати… Промперегрів пари також дозволяє підвищити ККД, тому всі сучасні ТЕС мають…

Схеми теплоелектроцентралей.

Теплоелектроцентралі можуть мати турбіни з протитиском або конденсаційні з регульованими відборами. У схемах з турбінами з протитиском (типу Р) вся відпрацьована пара подається… Таким чином, установка буде використовуватися досить повно тільки в тому випадку, якщо вона розрахована на ту частину…

Показники теплової економічності КЕС.

Теплова економічність КЕС характеризується: - ККД; - питомою витратою теплоти;

Показники теплової економічності ТЕЦ

Теплова економічність ТЕЦ характеризується окремо показниками по виробництву електроенергії та показниками по виробництву теплоти. Для визначення цих показників необхідно загальну витрату теплоти в цілому… Електричний ККД по виробництву електроенергії на ТЕЦ:

Показники загальної економічності електростанцій.

Основні показники економічності: - питомі капітальні витрати на створення; - собівартість електричної та теплової енергії;

Вплив регенеративного підігріву на теплову економічність.

Регенеративний підігрів живильної води застосовується на всіх паротурбінних установках ТЕС і АЕС. Це пояснюється тим, що застосування регенерації… Розглянемо теплові схема підігріву живильної води при трьох регенеративних… А) регенеративний підігрів ведеться всім потоком пари;

Типи регенеративних підігрівачів.

Регенеративні підігрівачі можуть бути поверхневого та змішуючого типу. В підігрівачах змішуючого типу теплопередача від пари до рідини здійснюється… Підігрівачі поверхневого типу бувають з охолоджувачами перегрітої пари,… При однаковий tж..в, чим менше недогрів до ts, тим більше робота потоку пари з відбору, та тим вище термодинамічна…

Споживачі технологічної пари.

Промислові підприємства є постійними споживачами технологічної пари та гарячої води, а також сезонними споживачами тепла з гарячою водою для… Паропостачання технологічних споживачів повинно забезпечуватися з високою… Крупні споживачі технологічної пари одержують його від спеціальних ТЕЦ, що називаються промисловими. Такі ТЕЦ мають в…

Відпустка пари від турбін з протитиском.

Потужність, що віддається споживачу за умови Добр. конд=дп дорівнює: Qп=Дп·(hп-hок’) Звичайно повертаєма кількість конденсату менша за кількість пари, що… Qп=Дп·hп-Док·hок’-Дд.в· hд.в’

Режими роботи турбін типу Р і ПТ.

Турбіни типу ПТ, що мають як промисловий так і опалювальний відбори, дозволяють працювати в будь-якому з численних режимів як по тепловому, так і по… Для регулювання тиску опалювального відбору встановлюється поворотна… Режим звичайно задається наступними даними:

Поповнення втрат конденсату.

Крупні промислові ТЕЦ відпускають щогодини велику кількість технологічної пари (до 3500 т/ч). Повернення конденсату складає усього 35%. Тому треба… Перша ступінь підігріва – це підігрів сирої води, що іде на обезсолюючу… Підігрів знесоленої води до t=100 0С можно здійснювати в мережевих підігрівачях і після цього деаерувати в…

Застосування пароперетворюючої установки.

Тепло на технологічні потреби подається споживачу звичайно з паром, що відбираються або безпосередно від ПТУ, або від спеціальних апаратів, що… Тиск в відборі повинен бути вище тиску пари, що генерується, а це пов'язано з… Застосовувати схему з пароперетворювачем має сенс, коли більша частина конденсата пари втрачається у споживача або цей…

Відпустка тепла на опалення, вентиляцію і побутові потреби.

Для нормальної життєдіяльності людини, як під час його трудової діяльності, так і в домашніх умовах повинні забезпечуватися умови комфорту, що… Індивідуальне теплопостачання, що базується на твердому паливі, пов'язане з… Найбільш раціональний шлях – перехід на централізоване теплопостачання.

Система теплопостачання.

Подача тепла на побутові потреби (гаряче водопостачання) може здійснюватися за двома схемами: закритій і відкритій. При закритій схемі споживачу подається водопровідна вода, нагріта до 60-70 0С… Закрита система має наступні переваги:

Регенеративні підігрівачі.

Підігрів живильної води можна проводити в підігрівачах поверхневого і змішуючого типу. Схеми з одними змішуючими підігрівачами застосування не знайшли, хоча при таких підігрівачях:

-підвищується теплова економічність;

-різко знижується кількість продуктів корозії, що утворюються в тракті живильної води і виносяться потіком у парогенератор АЕС чи котел ТЕС.

Це пояснюється тим, що при змішуючих підігрівачах необхідно або після кожного ступіня підігріва встановлювати насос, або розташовувати підігрівач попереднього ступіня на більш висотній позначці. Однак останнє можна здійснити лише в частині схеми, де застосовується пар низького тиску і різниця тиску між відборами не перевищує 2-х бар, бо навіть в цьому випадку підігрівач нижнього ступіня повинен бути розміщений над наступним підігрівачем на висоті більш 20 м. Найбільш часто застосовуються схеми, у яких є тільки 1 або 2 змішуючих підігрівача, а усі інші – поверхневі.

Деаератори.

Термічні деаератори застосовуються для деаерації живильної води ПГ і реакторів (при одноконтурній схемі), а також живильної води теплових мереж,… Вони включаються в систему регенеративного підігріва. При цьому застосовуються… -деаератор може бути підключений як окремий регенеративний підігрівач;

Конденсатори.

Служать для конденсації відпрацьованої в турбіні пари при заданому вакуумі. Представляє собою поверхневі теплообмінники. В основному використовують…  

Сепаратори і промперегрівачі АЕС з турбіною насиченої пари.

 

В турбіні що, працює на насиченій парі, волога у його проточній частини швидко зростає, і якщо вологу не відводити вона швидко переходить допустимі значення (13-14%). Щоб знизити вологу і збільшити η_oi ЧВД і ЧНД встановлюють сепаратори або сепаратори з паровим промперегрівачем.

В усіх конструкціях сепараторів видалення вологи відбувається на поверхні хвилеподібно вигнутих листів (жалюзі), набраних в пакети. Розглянемо конструкцію СПП на прикладі СПП для турбіни К-500-65-3000.

Трубки пароперегрівача мають подовжні ребра і зібрані в окремі касети. Вологий пар рухається в міжтрубному просторі. В нижній частині здійснюється регенерація і деаерація стікаючої пари.

 

Випарники і пароперегрівачі.

На багатьох теплових електростанціях поповнення втрат конденсата здійснюється дистилятом, що одержується з хімічно обробленої (пом'якшеної) води у… Пар, що подається у випарну установку, називається первинним, а що утворився –… Випарна установка може бути 2-х - і багатоступінчатою.

Мережеві підігрівачи.

По конструкції мережеві підігрівачі поділяють на горизонтальні і вертикальні.

Розглянемо конструкцію горизонтального мережевого підігрівача:

Підігрівач двухходовий. Поверхня теплообміну зібрана з латунних трубок діаметром 24х1 мм, развальцьованих в трубних дошках. Передня камера поділена перегородкою на дві частини. До однієї камери вода підводиться, від іншої – відводиться. Площина зіткнення перегородки з трубною дошкою ущільнюється азбестовими або свинцевими прокладками.

Витрата пари на мережевий підігрівач Д_п визначається з матеріально-енергетичного балансу.

Д_п·(h_n - h_k)·η_n = G_св·(h_вых – h_вх)

 

Тема 9. Водний режим електростанцій.

 

Поведінка домішок по тракту електростанції.

Оптимізація водного режиму ставить своєю метою створити сприятливі умови експлуатації, при яких можуть бути отримані мінімальні значення швидкості… Відкладення можуть утворюватися з домішок, що надходять в воду від зовнішніх і… Таким чином міняються характеристики води як розчинника домішок і як корозійного середовища в залежності від…

Вивод домішок з тракту електростанції.

Нормальна тривала експлуатація можлива за умови постійного виводу домішок з тракту. Газові домішки удаляються в процесі деаерації і вилучення… Вилучення розчинених і зважених домішок з циклу відбувається декількома… -організований вивод домішок з допомогою продувки або очистки води на фільтрах;

Особливості ВХР реакторних контурів АЕС.

В реакторних контурах АЕС не можна уникнути наявності О2, бо він утвориться як продукт радіолізу води. В якості первинних продуктів радіолізу утворяться радикали Н, ОН і електрони.… Н + Н Н2

Споживачі технічної води на електростанції

Конденсатори турбін. На сучасних ТЕС і АЕС для конденсації відпрацьованої в турбінах пари застосовуються поверхневі конденсатори трубчастого типу.… Конденсатор складається з корпусу, двох трубних дощок з ввальцьованими в них… Характеристикою конденсатора є величина кратності охолоджування:

Системи технічного водопостачання.

Прямотечна система. Система водопостачання іменується прямоточною, коли вся вода для технічних потреб забирається з природного джерела (річки,…  

Споруди і пристрої систем водопостачання

У центральній насосній станції повинне бути не менше чотирьох насосів з сумарною продуктивністю, рівною розрахунковій витраті води без резерву.… При оборотному водопостачанні з градирнями і бризкальними басейнами… У насосних станціях АЕС окрім циркуляційних встановлюють ще аварійні насоси для постачання водою найвідповідальніших…

Загальні принципи розміщення електростанцій і вибір майданчиків

При розміщенні електростанцій важливе значення приділяється близькості їх до споживачів енергії з метою скорочення протяжності ліній електропередачі… Наявність енергосистем і їх укрупнення шляхом споруди сполучних ЛЕП розширює… Будівництво АЕС планується в таких районах, що промислово розвиваються, де немає органічного палива, а доставка його з…

Генеральний план електростанцій

А. Зданія і споруди основного виробничого призначення 1. Головний корпус з примикаючими до нього будівлями і майданчиками для… 2. Димові і вентиляційні труби.