Для подогрева воды применяются поверхностные и смешивающие подогреватели, которые называются регенеративными подогревателями. В смешивающих подогревателях вода нагревается до температуры кипения в результате смешения воды и конденсата пара, в поверхностных подогревателях вода не догревается на 2-3°С до температуры кипения, так как теплообмен между паром и водой происходит через разделяющую их поверхность труб.

Экономически целесообразно подогревать питательную воду последовательно в нескольких подогревателях, количество которых устанавливается технико-экономическим расчетом. Число и места отборов пара зависят от многих факторов и в первую очередь от начальных параметров пара (р₁и t₁), мощности установки и конечной температуры подогрева питательной воды.

В современных мощных ПТУ подогрев питательной воды осуществляется в регенеративных подогревателях поверхностного типа, количество которых может доходить до десяти.

Процессы в установке протекают следующим образом. Из парогенератора ПГперегретый пар с давлением p₁ и температурой t₁поступает в турбину Т. Здесь одна часть пара расширяется до давления р⁰₁<p₁ , поступает в первый отбор (точка а) и направляется в смешивающий подогреватель СП-1. Другая часть пара расширяется до более низкого давления р⁰₂<p⁰₁ и поступает во второй отбор (точка b), откуда направляется в смешивающий подогреватель СП-2.

Основная (третья) часть пара проходит все ступени турбины, расширяется до конечного давления р₂ и поступает в конденсатор К, где полностью конденсируется. Образующийся конденсат, называемый основным, последовательно прокачивается конденсатными насосами КН через смешивающие подогреватели СП-2и СП-1. В каждом из них основной конденсат смешивается с конденсатом отборного пара и ступенчато подогревается до температуры кипения, соответствующей давлениям отборов р⁰₂ и p⁰₁. После подогревателей нагретая вода питательным насосом ПН подается снова в парогенератор, чем и заканчивается цикл.

Термический К.П.Д. регенеративного цикла выражается уравнением

Применение регенеративного подогрева поды не только повышает термический К.П.Д., но и оказывает большое влияние на конструктивное выполнение основных агрегатов паротурбинной установки.

30. Теплофикационный цикл пту.

Совместная выработка электроэнергии и теплоты для отопления или производственных нужд называется теплофикацией. Используются две схемы теплофикационных циклов – с отбором пара на теплофикацию и с противодавлением.

При использовании турбин с регулируемым отбором пара пар в количестве D_о при давлении р_о отбирается из турбины и направляется в сетевой подогреватель СП (бойлер), предназначенный для нагрева воды, циркулирующей в отопительной сети тепловых потребителей ТП, или на производственные нужды. Конденсат пара теплофикационного отбора возвращается в схему и смешивается с основным потоком конденсата, поступающего из конденсатора, в сборном баке СБ.

Схема ПТУ с теплофикационном отбором пара

Доля пара, отбираемого из турбины на теплофикацию,

 , где D_о определяется тепловой нагрузкой потребителя.

Удельные количества подводимой и отводимой теплоты определяются как

 ,

 ,

где энтальпия питательной воды h_пв, подаваемой в парогенератор, определяется из теплового баланса смешения потоков конденсата из отбора и конденсатора

 .

Количество теплоты , отданной тепловому потребителю, составит

 .

Полный расход пара через установку будет складываться из расходов пара, идущего в конденсатор  и к потребителю D_о:

 .

Чтобы использовать для отопления теплоту конденсирующего пара в конденсаторе, применяют турбины с противодавлением. В этом случае давление пара на выходе из турбины повышают до 0,12–1,5 МПа, что позволяет нагреть циркулирующую в тепловой сети воду до 100–150 ^оС или направить пар на производственные нужды. Пар, отдав теплоту потребителям, конденсируется и возвращается в схему для питания парогенератора.

Схема и цикл ПТУ с противодавлением

Эффективность комбинированной выработки электроэнергии и теплоты оценивается с помощью коэффициентов использования теплоты пара и топлива К_тп и К_тт, а также с помощью коэффициента теплофикации К_тф:

,

,

 , где  – тепловая мощность парогенератора с учетом потерь.

31. Парогазовый цикл.

Парогазовый цикл – это бинарный цикл, в котором в области высоких температур используются газы – продукты горения жидких и газообразных топлив, а в области низких температур – водяной пар. В настоящее время разработано большое количество парогазовых циклов, отличающихся как в пароводяной, так и в газовой частях. Рассмотрим одну из наиболее перспективных схем ПГУ с высоконапорным парогенератором (ВПГ) и раздельным использованием рабочих тел.

Принципиальная схема установки показана на рисунке, работа ее протекает следующим образом. Наружный воздух поступает в турбокомпрессор l, сжимается до 0,4…0,5 МПа и подается в топку ВПГ 2, куда поступает также жидкое или газообразное топливо, которое сгорает там при постоянном давлении. Теплота сгорания топлива частично расходуется на получение перегретого пара и частично на подогрев продуктов сгорания, которые при температуре примерно 900°С и при давлении около 0,4 Мпа покидают ВПГ и поступают в газовую турбину 3.

После расширения в ней до атмосферного давления газы направляются в теплообменник 4, охлаждаются и выбрасываются в атмосферу. Выработанный в ВПГ перегретый пар поступает в паровую турбину 5, расширяется и совершает полезную работу. Отработанный пар поступает в конденсатор 6, где полностью конденсируется. Насосом 7 конденсат прокачивается через газовый теплообменник 4 (экономайзер), нагревается до температуры насыщения и в виде питательной воды подается снова в парогенератор.

Бинарный цикл парогазовой установки с ВПГ

Термический К.П.Д. рассматриваемого парогазового цикла определяется из выражения

 .

Полезная работа газового цикла

 , (а)

для парового цикла (без учета работы насоса)

 (б)

Теплота, затраченная в процессе 2-3на газовый цикл,

 (в)

Теплота, сообщенная в изобарном процессе 6-7-8 парового цикла,

 (г)

Подставляя в первое уравнение выражения (а), (б), (в), (г) получаем

 .

Термический К.П.Д. установки, работающей по парогазовому циклу, больше, чем для чисто газовых или чисто паровых циклов и составляет 55…60%.

32. Схемы тепловых электрических станций.

Тепловая схема тэс

Схема ТЭЦ с отбором пара

Схема ТЭЦ с противодавлением

33. Атомные станции.

Атомная электростанция (АЭС) – это ядерная установка, назначением которой является выработка электрической энергии.

Отличие АЭС от иных видов электростанций заключается в том, что ее конструкция включает в себя ядерный реактор, являющийся ее основным компонентом. В качестве топлива в ней применяется уран-235 в виде ТВЭЛов.

ТВЭЛы — это металлические трубки, которые помещаются внутрь ядерного реактора. Внутри ТВЭЛов находятся радиоактивные вещества. Эти трубки можно назвать хранилищами ядерного топлива.

В главном корпусе АЭС находится реакторный зал, в котором располагаются:

– реактор,

– специальный бассейн, служащий для выдержки ядерного топлива,

– машина для выполнения перегрузок топлива (перегрузочная машина).

Работа этого оборудования контролируется персоналом – операторами, использующими в этих целях блочный щит управления.

Ключевой элемент реактора – зона, располагающаяся в бетонной шахте. В нем также предусмотрена система, обеспечивающая управление и защитные функции; с ее помощью можно выбирать режим, в котором должна проходить управляемая цепная реакция деления. Система обеспечивает и аварийную защиту, что позволяет оперативно прекратить реакцию в случае возникновения внештатной ситуации.

Во втором здании АЭС находится турбинный зал, в котором располагаются турбина и парогенераторы. Кроме того, имеется корпус, в котором перегружается ядерное топливо и хранится отработанное ядерное топливо в специально предусмотренных бассейнах.

На территории атомной станции располагаются конденсаторы, а также градирни, охладительный пруд и брызгальный бассейн, представляющие собой компоненты оборотной системы охлаждения. Градирнями называются башни, выполненные из бетона и по форме напоминающие усеченный конус; в качестве пруда может служить естественный или искусственный водоем. АЭС оборудована высоковольтными линиями электропередач, простирающимися за границы ее территории.

Производственный процесс включает в себя следующие этапы:

- преобразование ядерной энергии в тепловую;

- превращение тепловой энергии в механическую;

- преобразование механической энергии в электрическую.

На первом этапе в реактор выполняется загрузка ядерного топлива (уран-235) для запуска контролируемой цепной реакции. Топливо высвобождает тепловые или медленные нейтроны, что приводит к выделению значительного количества тепла. Для отведения тепла из активной зоны реактора используется теплоноситель, который пропускается через весь объем активной зоны. Он может иметь жидкую или газообразную форму. Образующаяся тепловая энергия служит в дальнейшем для генерации пара в парогенераторе (теплообменнике).

На втором этапе осуществляется подача пара в турбогенератор. Здесь происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую – энергию вращения турбины.

На третьем этапе, с помощью генератора происходит преобразование механической энергии вращения турбины в электрическую, которая далее направляется к потребителям.

Тепловая схема аэс

34. Основные процессы передачи теплоты (энергия, теория тепломассообмена, теория массообмена, теплота, теплообмен, теплопроводность, плотность теплового потока, конвективный теплообмен, теплоотдача, теплопередача, сложный теплообмен, массообмен, плотность потока вещества)

Энергия – общая количественная мера различных форм движения материи. Энергия связывает воедино все явления природы.

Теория тепломассообмена рассматривает процессы переноса тепловой энергии и массы в твердых, жидких и газообразных телах.

Теория массобмена – это наука о переносе массы за счет разности концентраций.

Теплота (как и работа) – форма передачи энергии.

Теплота – это универсальная форма энергии, возникающая в результате теплового хаотического движения микрочастиц (молекул, атомов, электронов). Тепловая энергия является универсальной, т.к. любая другая форма энергии (механическая, химическая, электрическая, ядерная и т.д.) может легко трансформироваться в теплоту.

Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в форме теплоты, что количественно выражается первым законом термодинамики.

Теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем. Различают три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение (лучеиспускание).

Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в сплошной среде под действием градиента температуры. В чистом виде встречается только в твёрдых телах. В диэлектриках и капельных жидкостях теплопроводность осуществляется за счёт упругих волн колебательного движения молекул (фононная теплопроводность); в металлах и сплавах – за счёт перемещения свободных электронов и колебания атомов; в газах – за счёт диффузии атомов и молекул.

Плотность теплового потока (количество теплоты проходящей в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности) за счет теплопроводности прямо пропорционально градиенту температуры (гипотеза Фурье):

а для плоской однослойной стенки:

Конвективный теплообмен – перенос теплоты, обусловленный перемещением макроскопических объемов среды в пространстве, сопровождаемый теплопроводностью. Встречается только в движущихся средах.

Теплоотдача – конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью.

Плотность теплового потока (количество теплоты отдаваемой единицей поверхности тела в единицу времени) прямо пропорциональна разности температур между температурой поверхности тела и окружающей среды (жидкости):

Последнее выражение – закон теплоотдачи Ньютона-Рихмана. Тепловое излучение (лучистый теплообмен) – теплообмен, обусловленный превращением внутренней энергии тела (излучателя) в энергию электромагнитных волн, распространением её в пространстве и поглощением этой энергии другим телом (поглощателем). Теплообмен излучением осуществляется в три этапа: первый – превращение внутренней энергии поверхности излучателя в энергию электромагнитных волн; второй – перенос электромагнитной энергии в пространстве; третий – поглощение электромагнитной энергии и превращение ее в тепловую энергию поверхности поглощателя. Перенос теплоты путём теплопроводности и конвекции возможны только при наличии вещественной среды. Лучистый теплообмен может осуществляться и в вакууме.

Теплопередача – перенос теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку или перегородку. Совместный перенос теплоты за счёт теплопроводности, конвекции и лучеиспускания называется сложным теплообменом.

Массообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данного компонента в пространстве с неоднородным полем концентрации. Плотность теплового потока за счет лучеиспускания прямопропорциональна разности четверых степеней абсолютных температур поверхностей излучателя и поглощателя (закон Стефана Больцма):