Системы парораспределения и регулирования пар. Турбин. Дроссельное, сопловое и обводное парораспределение. Работа на скользящем начальном давлении

1.

Эл. станцией наз. энергетическая установка, служащая для преобразования прир энергии в электрическую. Наиболее распространены ТЭС, исп-е тепловую энергию при сжигании орг топлива. На ТЭС используют паровые и газотурбинные установки. КПД ТЭС с паровыми турбинами = 40%, с газовыми турбинами- 34%. На ТЭС с паротурбинными установками можно использовать любое топливо; с газотурбинными- только жидкое и газообразное. В наст время осваиваются парогазовые установки, КПД которых достигает 43%. В системе ПГУ топка парогенератора работает под давлением, а уходящий газ направляется в газовую турбину.

Тип паротурбинных ТЭС на органическом топливе определяется след признаками.

1. Видом отпускаемой энергии. Это КЭС и ТЭЦ. На КЭС установлены турбоагрегаты конденсационного типа, они производят только электроэнергию. ТЭЦ отпускает электроэнергию и тепловую энергию с паром или горячей водой. ТЭЦ находится вблизи от потребителя, а КЭС может находиться вдали от потребителя. КЭС районного назначения наз ГРЭС.

2. Видом используемых топлив- угольные, мазутные, газовые, газомазутные.

3. Начальными параметрами пара. Различают ЭС с докритическим (ниже 16МПа) и сверхкритическим (выше 22МПа) давлением. До 200МВТ- докритическое давл(13МПа); 250-300МВт- сверхкритическое(24МПа). КЭС при сверхкритическом, ТЭЦ- при докритическом.

4. Типом котельных агрегатов. С докритическим давлением исп барабанные котлы с естественной циркуляцией(типа Е); с критическим и сверхкритическим – прямоточные котлы (типа П).

5. Технологической структурой. различают ТЭС блочные и неблочные. При блочной схеме турбина питается паром только от «своего» парогенератора. КЭС с нач давл 9МПа и ТЭЦ с 13МПа и ниже исп неблочную стр-ру. Турбины питаются паром также из общей магистрали.

4.

Условное топливо. Теплота сгорания 29,35МДж/кг. Под приведенным понимают содержание данного компонента в граммах, отнесенное к одному МДж теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Чаще всего исп приведенные зольность, влажность, а иногда приведенное содержание серы.

W^п =10W^p/Q^p_н;; (1)

А^п=10А^р/Q^р_н;(2)
S^п =10S^p_л/Q^р_н (3).

Приведенная зола доходит до 30г/МДж, влажность до 60г/МДж, содержание серы до 3г/МДж. Исп-е приведенных характеристик упрощает некоторые расчеты.

3.

Твердое топливо.

Торф- плотная масса, образовавшаяся из перегнивших остатков болотных растений. Бурые угли- землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется и рассыпается в порошок. Каменные угли обладают повышенной прочностью и меньшей пористостью. Антрацит отличается высокой твердостью. Св-ва топлива характеризуют составом его горючей смеси, в кот включаются элементы, составляющие органическую массу топлива, и колчеданная сера, сгорающая вместе с органической массой. Хим состав ха-ют массовым содержанием образующих ее элементов,%:

C^г+Н^г+О^г+N^г+S^г_л= =100%.

Сжигаемое топливо ха-ся его рабочей массой. Кроме горючей массы в ее состав входят зола А и влага W, составляющие балласт топлива:

С^р+Н^р+О^р+N^р+S^p+A^p+W^p=-100%.

Содержание любого элемента Э^г в горючей массе легко подсчитывается по содержанию Э^р в рабочей массе:

Э^г(100-W^p-A^p)=100Э^з.

Влажность топлива опр-ся высушиванием навески при 105-110С. Состав топлива, высушенного при этой температуре, ха-ся его сухой массой:

С^с+Н^с+О^с+N^c+S^c+A^c=100%.

Э^с(100-W^p)=100Э^р.

Зола включает в себя минеральные примеси, занесенные водой и ветром в период образования пластов топлива, и просто частицы породы, захватываемые при добыче.

Жидкое топливо.

Жидкое топливо получают при переработке нефти. Фракции: сжиженный газ(1%), бензиновая(15%), керосиновая(17%), дизельная(18%). Жидкий остаток с температурой начала кипения 330-350С наз мазутом. В состав мазута в основном входят углерод (С^р=84-86%) и водород (Н^р=10-12%). Зольность мазута не должна превышать 0,14%, а содержание воды не более 1,5%.

Газообразное топливо. Основным компонентом прир газа является метан, иногда содержатся водород, азот, высшие углеродводороды, СО и СО₂.

7.

1. Топливный тракт пылеугольных ТЭС.

Состав:

а) устр-во для приемки и разгрузки топлива;

б) склад топлива(на 30 суток);

в) устр-во для дробления топлива до размера =20мм;

г) транспортные средства, обеспечивающие до бункеров котельной- бункеров сырого топлива;

д) оборудование с-мы размола топлива и подачи угольной пыли в топки паровых котлов. совокупность оборудования, необходимого для размола топлива, сушки и подачи его в топочные устр-ва наз с-мой пылеприготовления. Различают центральную и индивидуальную с-мы. При индивидуальной пыль получают в оборуд, расположенного у котла, прямое вдувание пыли. Качество пыли ха-ся тонкостью размола.

Рис.

2. Топливный тракт газомазутных ТЭС.

Тракт подготовки мазута включает:

1) приемно - сливное устр-во (сливные эстакады с желобами);

2) основной резервуар для хранения постоянного кол-ва мазута;

3) мазутонасосная:

а) удаление примесей;

б) повышение давления;

в) подогрев в теплообменниках, подогревателях(до 80-120С).

Природный газ поступает по газопроводу. Подготовка газа заключается в его фильтрации от мех примесей и поддержание давления.

8.

Котлы делятся на паровые и водогрейные. Котел – это конструктивно объединенные в одно целое комплекс устройств для нагрева пара и поддержания давления. Котлы, предназначены для получения газа с требуемыми параметрами, наз парогенераторы. Осн элементы котла – топка, теплообменник и теплообменная пов-ть. Пов-ти теплообмена делятся на испарительные, нагревательные и пароперегревательные.

Котельный агрегат:

1) топливный тракт – комплекс оборудования для подготовки ТВ топлива к сжиганию и подачи его в котел(дробилки, бункера, питатели, углеразмольные мельницы, сепаратор, транспортеры и пылепроводы).

2) пароводяной тракт – с-ма послед включ оборудования, по кот движется пар, пит вода, пароводяная смесь(экономайзер, топочные краны, паоперегреватель).

3) газовоздушный тракт: воздушный тракт – барабан, воздухоподогреватели, горелки… Газовый – для отвода отходов в атмосферу(топка, гориз газоход, коньюктив шахта, аппараты серо- и азотоочистки, дымососы, дымовая труба, золоудалители).

Классификация паровых котлов. По виду проектного топлива делят на: для сжигания ТВ топлива, жидкого, газообразного. По виду газовоздушного тракта: с естественной тягой, с уравновешенной тягой и с надувом. По виду пароводяного: барабанные с естественной циркуляцией, барабанные с принужденной циркуляцией, прямоточные. По давлению пара: котлы низкого, среднего(4МПа), высокого(9МПа), сверхвысокого(13-14МПа), сверхкритического(24-25МПа) давления.

Схемы:

9.

Осн схемы компоновок котлов: П-образная, Т-образная, И - образная.

* Инвекторная топка.

* Башенная топка.

Наиболее распр П и Т- образные.

Х-ка осн элементов котлов.

1. Пароперегреватели делят на конвективные(в области низких температур) и радиационные(в гориз газоходе в виде настенных экранов или ширм). конвективные изготавливают в виде змеевиков из труб диаметром 28-42мм. Обычно в змеевиках схема течения смешанная.

2. Экономайзеры могут быть некипящего и кипящего видов. В паровых котлах ТЭС применяют некипящие. Кипящие применяют в паровых котлах котельных, кот работают при низком давлении. Бывают чугунные и стальные экономайзеры. Темп воды на входе в экономайзер должна быть выше темп росы дымовых газов, чтобы исключить возможность конденсации водяных паров из уходящих газов и предотвратить низкотемпературную коррозию трубок.

3. воздухоподогреватели бывают рекуперативные и регенеративные.

4. Обмуровка – с-ма огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций, предназначенных для уменьшения тепловых потерь и обеспечения газовой плотности. Она обеспечивает аэродинамическую изоляцию котла от окр среды. Т-ра на наруж пов-ти не ниже 55С. Часть обмуровки состоит из огнеупорного кирпича, снизу – теплоизоляционные мат-лы, а также металлич скрепляемых м/у собой плит и наружная тонкая мет обшивка. Обмуровку делят на тяжелую(толщина> 500мм), облегченную(закрепляется на мет каркасе), легкую(диам до 200мм, закркпл на трубах котла.).

21.

Паровые и газовые турбины – это тепл двигатели, в кот кинетическая энергия потока пара или газа, имеющего высокие давление и темп, преобразуется в мех эн-ю вращения ротораа. Преобр-е энергии происходит последовательно по ступеням, причем каждая ступень состоит из двух элементов:

а) неподвижные отн-но земли сопловые каналы, кот образуются кольцевыми сопловыми лопатками. Совокупность сопловых лопаток наз сопловой решеткой;

б) вращающиеся вместе с валом рабочие решетки, кот образованы рабочими лопатками, закрепленными по окр-ти дисков, связанных с валом турбины или установлены в пазах ротора барабанной конструкции. В криволинейных каналах, образованных лопатками рабочего колеса под воздействием поворота раб тела и изменения его скорости возникают усилия, кот приводят рабочее колесо вместе со всем ротором во вращение с частотой, определяемой моментом сопротивления нагрузки. Если нагрузкой является синхронный Эл генератор, то такая турбина наз энергетической, предназначена для выработки электроэнергии. Быстроходные (п=50, одна пара полюсов), тихоходные(п=25, две пары полюсов). Ротором наз вращ часть турбины, кот включает вал, диски, раб колеса и вспомог детали. Проточной частью турбины наз совокупность ступеней турбины. (ЦВД, ЦСД, ЦНД)

Если преобр-е потенц энергии раб тела в кинетич происходит в сопловых решетках, то такую ступень наз активной. Если преобр происходит в равной доле как в сопл решетках так и в раб решетках, то такую ступень наз реактивной.

Классификация паровых турбин.

По хар-ру тепловых процессов подразделяются:

а) конденсационные- отработавший пар при давлении ниже атмосферного направляется в конденсатор и выделяющаяся при конденсации теплота полностью теряется;

б) конденсационные турбины с регулируемыми отборами пара для производственных и отопительных целей при частичном пропуске пара в конденсатор;

в) турбины с противодавлением- тепло отработавшего пара, имеющего давление выше атмосферного, исп для произв и отопительных целей.

К-конденсационная; Т-конд с отопител отбором пара; П- с производственным отбором; ПТ-с двумя регулируемыми отборами; Р-с противодавлением; ПР- с произв отборм и противодавлением. ПТ-60-130/13: номинальная мощность 60МВт, начальное давление 130 атмосфер, с двумя регулируемыми отборами пара-производственным 13 атмосфер и теплофикационным.

19.

Теплообменные аппараты.

Устр-во, предназнач для передачи теплоты теплоносителю. Теплоносители бывают нагреваемые и греющие.

4 типа теплообменников:

1) смесительные: подогрев нагреваемой среды происходит при непосредственном контакте с греющим агентом(деаэраторы, просто смешивающие подогреватели, расширители).

2) рекуперативные: передача теплоты происходит через стенку(сетевые подогреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели).

3) регенеративные

4) с промеж теплоносителем.

14.

Перенос теплоты может осуществляться 3 способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением, или радиацией. Перенос теплоты теплопроводностью происходит м/у непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. Этот перенос зависит от физических свойств тела, от его геометр размеров, а также от разности температур м/у различными частями тела.

Конвекция происходит только в газах и жидкостях. Осуществл при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых ж-ти или газа. Конвекционный перенос теплоты зависит от ск-ти течения ж-ти или газа. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью наз конвективным теплообменом, он может быть вынужденным и свободным. Если движение раб тела вызвано искусственно, то вынужденный; если движение раб тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей ж-ти от нагревания, то свободный.

Процесс передачи теплоты излучением происходит в 3 стадии: превращение части внутр энергии одного из тел в энергию электромаг волн, распространение волн в пр-ве, поглощение энергии излучения другим телом.

Градиент температуры.

Град т-ры есть вектор, направленный по нормали к изотермической пов-ти в сторону возрастания температуры и численно равный частной производной от температуры по этому направлению.

Отношение кол-ва теплоты, проходящего через заданную поверзность, ко времени называют тепловым потоком. Тепловой поток обозначают Ф и выражают в ваттах. отношение теплового потока к площади пов-ти наз поверхностной плотностью теплового потока(или вектором плотности тепл потока), обозначают q

и выражают в Вт/м².

Вектор плотности теплового потока направлен по нормали к изотермической пов-ти в сторону убывания темп.

15.

Для распр теплоты в любом теле или пространстве необходимо наличие разности температур в различных точках тела. Это условие относится и к передаче теплоты теплоты теплопроводностью, при которой градиент темп в различ точках тела не должен быть равен 0. Закон Фурье

Минус в правой части показывает, что в направлении теплового потока темп убывает и градиент темп явл величиной отрицательной.

Теплопроводность есть физич параметр в-ва, характеризующий его способность проводить теплоту.

16.

Ламинарным наз движение ж-ти, в котором ж-ть движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала. При турбулентном движении происходит перемешивание всех слоев ж-ти. Характер движении ж-ти в круглой трубе определяется числом Рейнольдса.

Число Рейнольдса величина безразмерная. До 2000-ламинарное движение, при больших - турбулентное. При ламинарном движении и отсутствии ест конвекции теплота передается только теплопроводностью. При турбулентном движении перенос теплоты наряду с теплопроводностью осуществляется перпендикулярным поверхности канала перемещением частиц.

Физ св-ва ж-тей.

На теплообмен оказывают влияние следующие величины: теплопроводность, удельная теплоемкость, плотность, температуропроводность и динамическая вязкость. Чем больше вязкость тем меньше текучесть ж-ти.

Тонкий слой ж-ти вблизи пов-ти телаа, в котором происходит изменение ск-ти ж-ти от значении ск-ти невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке, наз динамическим пограничным слоем. Толщина этого слоя возрастает вдоль по потоку. С увеличением ск-ти потока толщина динамического пограничного слоя уменьшается вследствие сдувания его потоком. С увеличением вязкости толщина слоя увеличивается.

Если температура стенки и жидкости неодинаковы, то вблизи сстенкки образуется тепловой пограничный слой, в кот происходит все изменение температуры ж-ти. Соотношение толщин теплового и динамического слоев определяется число Прандтля.

Для вязких ж-тей с низкой теплопроводностью число>1 и толщина дин слоя больше толщины теплового. Для газов число приблизительно=1 и толщины слоев приблизительно одинаковы. Для жидких металлов число меньше 1 и тепловой слой проникает в область динамического невозмещенного потока. Е сли движение внутри тепл слоя ламинарное, то теплота передается теплопроводностью. У внеш границы слоя, где темп по нормали к стенке меняется незначителььно, преобладает перенос теплоты конвекцией вдоль стенки. притурбулентном течении в тепл слое перенос теплоты обусловлен турбулентным перемешиванием ж-ти. Интенсивность теплообмена м/у ж-тью и стенкой зависит от температуры.

17.

Теория подобия позволяет делать из диф ур-ий и из условий однозначности существенные выводы, не прибегая к интегрированию, т.е. дает базу для оптимальной постановки опытов и наиболее одекватной обработке эксперим данных. Группа явлений – сов-ть процессов, кот описываются одинак по форме и содержанию диф уравнениями и условиями однозначности. Критериальное Ур-е будет справедливо для всех процессов группы. Явления, кот входят в группу, наз подобными.

Для явлений заданной группы выделяют безразмерные комплексы величин,кот у подобных явлений будут иметь численно одинаковые значения. При исследовании теплоотдачи используют 5 чисел подобия:

1) число Нуссельта;

2) число Рейнольдса;

3) число Прандля;

4) число Грасгофа;(ха-ет отношение подъемной силы к силам вязкости)

5) число Эйлера.

Теоремы подобия:

1. теорема Ньютона: у подобных явлений все одноименные числа подобия равны м/у собой.

2. теорема Бекингема: если физ явления или процесс описываются с-мой диф Ур-ий, то ее решение можно представить как ф-ю чисел подобия, составленных из величин, входящих в эту с-му ур-ий.

3. теорема Кирпичева-гухмана: подобны те явления, у кот условия однозначности подобны и определяющие числа подобия равны.

20.

1. Конструктивный расчет:

исх параметры:

а) нач и конеч т-ры обоих теплоносителей;

б) схема движения;

в) уд теплоемкости теплоносителей;

г) расход одного из теплоносителей.

Задача расчета:

а) определить пов-ть теплообмена F;

б) опр-ть осн конструктивные размеры, а именно: проходное сечение, кол-во трубок и их диаметр, длина аппарата.

Порядок проведения расчета:

1) задавшись КПД аппарата определяют изур-я теплового баланса тепл мощность, кот нада передать теплоносителю;

2)

3) пользуясь справочником задают ск-ти течения теплоносителей и диаметры трубок, после чего рассчитывают проходное сечение для каждого теплоносителя;

4) рассчитывают по соотв критериальным Ур-ям(справочник) коэф-ты теплоотдачи греющий и нагреваемый. определяют коэффициент теплопередачи k;

5) определяют значение среднелогарифмического напора;

6) находим F;

7) зная площадь, а также диаметры и кол-во трубок определяют длину аппарата.

Системы парораспределения и регулирования пар. Турбин. Дроссельное, сопловое и обводное парораспределение. Работа на скользящем начальном давлении.

Изменение расхода пара, проходящего ч/з турбину в зав-ти от её нагрузки (мощности), осуществляется системами парораспределения и регулирования турбины.

Система парораспределения состоит из клапанов и связанных с ними трубопроводов для подвода пара к т-не. Система регулирования состоит из регуляторов и устройств, передающих необходимые воздействия на органы парораспределения, т.е. клапана.

Обычно различают 3 метода парораспределения: др, обводное (байпасное) и сопловое. При дроссельном парораспределении свежий пар при впуске в первую ступень турбины проходит ч/з специкальный клапан, осуществляющий дросселирование всего количества свежего пара, т. е. Снижение давления при i=const.

При обводном парораспределении пар подаётся ч/з дроссельные клапаны к первой и к одной (или нескольким) последующим ступеням турбины.

При сопловом парораспределении пар проходит ч/з неск-ко параллельно установленных и последовательно включённых клапанов, подводящих пар к соплам первой степени турбины. В зав-ти от числа открытых клапанов меняется число сопл, ч/з которые поступает пар к первой (регулирующей) ступени турбины.

В современных т-нах прим. т-ко сопл. и дрос. парораспределение.

При сопл. п/распр. в условиях сниженных нагрузок один или 2 клапана м. б. полностью закрыты и дальнейшее регулирование расхода пара производится путём частичного открытия одного клапана, благодаря чему дросселированию подвергается относительно небольшое количество пара (в зав-ти от числа клапанов). В итоге обычно экономичность турбины с сопловым п/распр на частичных нагрузках оказывается выше, чем в случае дрос п/распр. Исключения м. б. при дросселтьном п/распр и регулировании турбины со скользящим давлением свежего пара. При полной же нагрузке турбины потери во всех клапанах при сопловом п/распр в сумме больше, чем потери в дрос. клапане, и экономичность работы турбины выше в этом случае при дрос. п/распр.