Шпаргалка по энергетическим системам

Потребность абонентов в тепле  не остается постоянной. Расходы тепла  на отопление и вентиляцию изменяются в зависимости от температуры  наружного воздуха, на горячее водоснабжение  — в зависимости от режима потребления  горячей воды населением (при отсутствии у абонентов аккумуляторов горячей  воды), в технологических установках — в зависимости от режима работы теплоиспользующего оборудования. 

Определяющими для проектирования и расчета централизованного  теплоснабжения являются максимальные часовые (расчетные) расходы тепла  по отдельным видам теплопотребления и суммарные часовые расходы  тепла по абоненту в целом с  учетом несовпадения часовых максимумов расходов тепла по отдельным видам  теплопотребления. 

Для определения потребности в  тепле абонентов системы централизованного  теплоснабжения используют приближенные методы, в основе которых лежат  укрупненные показатели. Степень  укрупнения таких показателей может  быть различной. Например, по селитебной зоне города удельные расчетные расходы  тепла на отопление, вентиляцию и  горячее водоснабжение (на одного жителя, на 1 м² жилой площади и, т. п.) относят или ко всей зоне в целом, или к ее отдельным территориально-структурным единицам: микрорайону, жилому району, общественному центру и т. п. Соотношение жилых и общественных зданий в таких структурных единицах города обычно бывает различным, вследствие чего для них оказываются различными и значения удельных показателей расходов тепла.  

Из укрупненных показателей  расходов тепла наименьшей степенью»  укрупнения, а следовательно, и наибольшей точностью обладают показатели по отдельным  зданиям. На основе таких показателей  и определяются в дальнейшем все  иные показатели с большей степенью укрупнения. 

На разных стадиях проектирования системы теплоснабжения в зависимости  от необходимой точности исходных данных пользуются показателями разной степени  укрупнения. И лишь на самой поздней  стадии проектирования, когда переходят  к расчету мелких (квартальных, микрорайонных) тепловых сетей, расходы тепла определяют более точно: для новых объектов — по соответствующим типовым  или индивидуальным проектам, для  существующих объектов — по материалам инвентаризации.

В зависимости от соотношения и режимов отдельных видов теплопотребления различают три характерные группы потребителей:

- жилые здания (характерны сезонные  расходы тепла на отопление  и вентиляцию и круглогодичный — на горячее водоснабжение);

- общественные здания (сезонные  расходы тепла на отопление,  вентиляцию и кондиционирование  воздуха);

- промышленные здания и сооружения, в том числе сельскохозяйственные  комплексы (все виды теплопотребления, количественное отношение между  которыми определяется видом  производства).

5. Паровые котлы и  их классификация. Паровой котёл — установка, имеющая топку, обогреваемую продуктами сгорания топлива, предназначенная для генерациинасыщенного или перегретого пара путём утилизации теплоты, полученной при сжигании топлива и перехода его химической энергии в тепловую.ветствующего тракта и Классификация паровых котлов. В зависимости от характеристики соответствующего тракта и его оборудования вводится соответствующая классификация паровых котлов. По виду сжигаемого топлива различают паровые котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива. По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной тягой, с уравновешенной тягой и с наддувом. Паровые котлы, в которых движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивается напором, возникающим под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе, называются котлами с естественной тягой. 
Если сопротивление газового тракта (так же как и воздушного) преодолевается работой дутьевых вентиляторов, то котлы работают с наддувом Котлы, в которых давление в топке и начале горизонтального газохода (перед поверхностью нагрева) поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевых вентиляторов и дымососов, называют котлами с уравновешенной. В этих котлах воздушный тракт находится под давлением и его сопротивление преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, а газовый тракт находится под разрежением (сопротивление этого тракта преодолевается дымососом). Работа газового тракта под разрежением позволяет уменьшить выбросы из газоходов в котельное помещение высокотемпературных газов и золы . 
В настоящее время стремятся все котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять в газоплотном исполнении. По виду водопарового (пароводяного) тракта различают барабанные и прямоточные котлы. Во всех типах котлов по экономайзеру и пароперегревателю вода и пар проходят однократно. Различие определяется принципом работы испарительных поверхностей нагрева. В барабанных котлах пароводяная смесь в замкнутом контуре, включающем барабан, коллекторы и испарительные поверхности нагрева, проходит многократно, причем в котлах с принудительной циркуляцией перед входом воды в трубы испарительных поверхностей ставят дополнительный насос. 
В прямоточных котлах рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом . По фазовому состоянию выводимого из котла (топки) шлака различают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖМУ) шлак удаляется в расплавленном состоянии. Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды. 
Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжигании основного топлива (или при подводе номинального количества теплоты) при номинальных значениях температуры пара и питательной воды (с учетом допускаемых отклонений). Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производительности котла (для температуры — дополнительно при номинальном давлении и температуре питательной воды). 
Номинальной температурой промежуточного перегрева пара называют температуру пара непосредственно за промежуточным пароперегревателем котла при номинальных значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности, а также номинальных значениях остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений. Номинальная температура питательной воды — это температура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер или в другой относящийся к котлу подогреватель питательной воды (при их отсутствии — перед входом в барабан котла) при номинальной паропроизводительности. 
По параметрам рабочего тела различают котлы низкого (менее 1 МПа), среднего (1 —10 МПа), высокого (10— 22,5 МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные параметры вводятся в его обозначение. В принятых по ГОСТ 3619—82 обозначениях указывается тип котла, паропроизводи-тельность (т/ч) и давление (МПа), температура перегрева и промежуточного перегрева пара, вид сжигаемого топлива и системы шлакоудаления для твердого топлива и некоторые другие особенности. 
Буквенные обозначения типа котла и вида сжигаемого топлива: Е — с естественной циркуляцией, Пр — с принудительной циркуляцией, П — прямоточный, Пп — прямоточный с промежуточным перегревом; Еп — барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Г — газообразное топливо, М —мазут, Б — бурые угли, К—каменные угли, Т, Ж — соответственно с твердым и жидким шлакоудалением. Например, котел барабанный с естественной циркуляцией производительностью 210 т/ч с давлением 13,8 МПа и температурой перегрева пара 565° С на каменном угле с твердым шлакоудалением обозначают: Е-210-13,8-565

6. Технологическая схема производства пара на электростанциях

Процесс производства пара является непрерывным  и длительно происходящим процессом.  Технологическая схема производства пара на паротурбинной электрической станции с прямоточными котлами и сжиганием твердого топлива в пылевидном состоянии: Твердое топливо в виде кусков поступает в приемно-разгрузочное помещение в железнодорожных вагонах. Вагоны заталкиваются в вагоноопрокидыватели и вместе с ними, поворачиваясь вокруг своей оси примерно на 180°, разгружаются в расположенные ниже бункера. С помощью автоматических питателей топливо поступает на ленточные конвейеры первого подъема, передающие его в дробилки. Отсюда поток измельченного топлива— дробленки (размеры кусочков топлива не более 25 мм) конвейером второго подъема подается в бункера котельной. Далее дробленка поступает в углеразмольные мельницы, где окончательно измельчается и подсушивается. Образовавшаяся топливно-воздушная смесь поступает в топочную камеру

В отечественной энергетике наиболее широкое распространение получили паровые котлы с П-образным профилем - это две вертикальные призматические шахты, соединенные вверху горизонтальным газоходом. Первая шахта - большая по размерам - является топочной камерой (топкой). В зависимости от мощности агрегата и сжигаемого топлива ее объем колеблется в широких пределах - от 1000 до 30000 м³ и более. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен обычно располагаются трубные плоские системы — топочные экраны. Они получают теплоту прямым излучением от факела и являются радиационными поверхностями нагрева. В современных агрегатах топочные экраны часто выполняют из плавниковых труб, свариваемых между собой и образующих сплошную газо-плотную (газонепроницаемую) оболочку. Газо-плотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.

Вторая вертикальная шахта и  соединяющий ее с топочной камерой горизонтальный газоход служат для размещения поверхностей нагрева, получающих теплоту конвекцией, и потому называются конвективными газоходами, а сама вертикальная шахта—коллективной шахтой. Поверхности нагрева, размещаемые в конвективных газоходах, получили название конвективных.

После отдачи теплоты топочным экранам  продукты сгорания покидают топку при  температуре 900—1200°C (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газоход.

По мере движения в трубах топочных экранов вода превращается в пар. Поверхности нагрева, в которых образуется пар, являются  испарительными,   парообразующими. В прямоточном котле испарительная поверхность нагрева располагается в нижней части топки и потому называется нижней радиационной частью (НРЧ). При СКД в ней размещается радиационный экономайзер. Вода, поступающая в паровой котел, называется питательной водой.

Питательная  вода  содержит примеси. В процессе парообразования увеличивается  содержание пара, вода при этом упаривается, а концентрация примесей возрастает. При достижении   определенных   концентраций в конце зоны парообразования  на внутренней поверхности труб образуются отложения в виде накипи. Теплопроводность отложений в десятки раз меньше теплопроводности металла, из которого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочей среде и при интенсивном обогреве в топочной камере приводит к перегреву металла труб, снижению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочей среды.

Поверхность нагрева, в которой  завершается парообразование и осуществляется переход к перегреву пара, называют переходной зоной. В этой зоне преимущественно и образуются отложения. Для облегчения работы металла в ранних конструкциях прямоточных котлов переходную зону выносили из топочной камеры в конвективный газоход, где интенсивность обогрева примерно на порядок меньше - вынесенная переходная зона. В настоящее время прямоточные котлы питаются практически чистой водой и  накипь не образуется, поэтому в современных котлах вынесенной переходной зоны не делают и рабочая среда из НРЧ поступает непосредственно в вышерасположенные топочные экраны,  в которых пар уже перегревается - радиационный пароперегреватель. Он может состоять либо из двух поверхностей нагрева: средней радиационной части (СРЧ) и верхней радиационной части (ВРЧ), включенных между собой по пару последовательно, либо только ВРЧ, включенной непосредственно за НРЧ. Из ВРЧ частично перегретый пар поступает в последнюю по ходу пара поверхность нагрева, расположенную в конвективном газоходе — конвективный пароперегреватель, в котором он доводится до необходимой температуры. Из конвективного пароперегревателя перегретый пар заданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Как и любая конвективная поверхность нагрева, конвективный пароперегреватель представляет собой систему большого числа параллельно включенных между собой трубчатых змеевиков из стальных труб, объединенных на входе и выходе коллекторами.

Температура продуктов сгорания за конвективным пароперегревателем достаточно высока (800—900°С). Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровой котел для вторичного (промежуточного) перегрева до температуры, обычно равной температуре пара, выдаваемого основным пароперегревателем. Этот пароперегреватель получил название промежуточного.

На выходе из промежуточного пароперегревателя продукты сгорания имеют еще высокую температуру (500—600°С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективном экономайзере. В него поступает питательная вода, которая подогревается до температуры, меньшей температуры насыщения. При этой температуре вода поступает в НРЧ. За экономайзером температура продуктов сгорания составляет 300—450°C и более. Дальнейшая утилизация теплоты осуществляется в следующей конвективной поверхности нагрева для подогрева воздуха –  воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель часто представляет собой систему вертикальных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами—нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель (холодный воздух) 30— 60°C, на выходе (горячий воздух) 250—420°С в зависимости от топлива и способа его сжигания.

При сжигании твердого топлива в  пыле видном состоянии горячий воздух делят на два потока. Первичный  воздух служит для подсушки топлива  при размоле и транспорта готовой  топливной пыли через горелки  в топочную камеру. Температура топливно-воздушной  смеси 70—130°С. Вторичный воздух поступает  через горелки в топку непосредственно (минуя мельничную систему) при температуре за воздухоподогревателем.

После воздухоподогревателя продукты сгорания имеют уже достаточно низкую температуру (110—160°С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктов сгорания экономически нецелесообразна, и их выбрасывают дымососом через дымовую трубу в атмосферу. Они получили название уходящих газов,

В результате сжигания топлива остается зола, которая в основной массе  уносится продуктами сгорания. Ее улавливают в золоуловителе, размещаемом перед дымососом. Этим предотвращается абразивный износ дымососов и загрязнение атмосферы золой. Уловленная зола удаляется устройствами золоудаления. Часть золы выпадает в нижнюю часть топки и также непрерывно удаляется через систему золошлакоудаления.

Технологическая схема производства пара с барабанными котлами отличается лишь конструкцией и работой самих паровых котлов. В этом случае образующаяся в топочных экранах пароводяная смесь поступает в барабан. Выделившийся в барабане практически сухой пар поступает в пароперегреватель, а затем в турбину.

1-штабель угля; 2- ленточный транспортер; 3 и 4-бункер; 5- вагоноопрокидыватель  с железнодорожным вагоном; 6- дробильный  завод; 7- бункер дробилки; 8- угле  размольная мельница; 9- первичный  воздух; 10- пылевоздушная смесь; 11- горелки; 12- фронт котла; 13- паровой котел; 14- топочная камера; 15- вторичный  воздух; 16- НРЧ; 17- СРЧ; 18- ВРЧ; 19- перегретый  пар; 20- конвективный пароперегреватель; 21-  забор воздуха из помещения; 22- забор  наружного воздуха; 23- короб холодного воздуха; 24- промежуточный  паронагреватель; 25- горизонтальный  газоход; 26- конвективная шахта (вертикальный  газоход); 27- экономайзер; 28- питательная  вода; 29- воздухоподогреватель; 30- дутьевой  вентилятор; 31- золоуловитель; 32- дымосос; 33- дымовая труба; 34- шлакозоловой  канал. 

Примечание: парогенератор иногда называют также котлоагрегатом, или  паровым котлом.

7. Основные характеристики  паровых котлов. Паровой котёл — установка, имеющая топку, обогреваемую продуктами сгорания топлива, предназначенная для генерации насыщенного или перегретого пара путём утилизации теплоты, полученной при сжигании топлива и перехода его химической энергии в тепловую.