практическая работа по общей энергетике,вариант 23. общая энергетика. Практическая работа 1 Ответы на контрольные вопросы
 Скачать 229.4 Kb.
|
|
Вариант 23 Практическая работа 1 Ответы на контрольные вопросы: 1. Как классифицируются тепловые электрические станции? Расскажите технологическую схему производства электроэнергии и теплоты на тепловой электрической станции. - По виду используемого топлива различают угольные, мазутные, газовые и газомазутные ТЭС. - Технологическая схема производства электроэнергии на угольной ТЭС с паротурбинными установками . Уголь поступает со склада в систему пылеприготовления , где он дробится, подсушивается и размалывается до пылевидного состояния. Размолотое топливо поступает в горелки , в которых смешивается с воздухом и далее сгорает в топочной камере парового котла . Теплота, выделившаяся в топке, передается в поверхностях нагрева воде, которая превращается сначала в насыщенный, а затем в перегретый пар, энергией которого приводится во вращение ротор паровой турбины . В электрическом генераторе , соединенном с турбиной, вырабатывается электрическая энергия, которая после повышения напряжения в трансформаторе направляется по линиям электропередачи к потребителю. Воздух, необходимый для процесса горения в топке, нагнетается дутьевым вентилятором и подогревается теплотой дымовых газов в воздухоподогревателе . Продукты сгорания топлива, пройдя газовый тракт котла и отдав свою теплоту поверхностям нагрева, поступают в систему очистки дымовых газов , а затем дымососом выбрасываются в дымовую трубу и рассеиваются в атмосфере. Уловленная в системе очистки зола вместе со шлаком, выпадающим в топочной камере, направляется на золоотвал . Современные ТЭС проектируются с шлакоблочными заводами. Пар, отработавший в турбине , конденсируется в конденсаторе за счет отвода теплоты охлаждающей водой, перекачиваемой циркуляционным насосом из охладителей , в качестве которых служат градирни, пруды-охладители или естественные водоемы (реки, озера, водохранилища). Конденсат откачивается из конденсатора насосом и пропускается через систему подогревателей низкого давления , где нагревается паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины. Далее конденсат поступает в деаэратор , в котором он освобождается от кислорода и углекислоты. Деаэрированная вода питательным насосом через систему подогревателей высокого давления подается в котел , в результате чего обеспечивается замкнутый цикл движения рабочего тела. Потери рабочего тела в цикле компенсируются очищенной в системе подготовки добавочной водой. 2. Каковы вид и значение графиков электрических и тепловых нагрузок ТЭС? Графики нагрузок электростанции в течение зимних (А) и летних (Б)  А.Суммарный график нагрузки в зимние сутки.  Б.Суммарный график нагрузки в летние сутки. 3. Какими показателями оценивается экономичность КЭС и ТЭЦ? Показатели оценивающими экономичность:скорость изменения нагрузки, диапазон изменения мощности, способность быстрого пуска и останова, приемлемую экономичность работы при частичных нагрузках. 4. Расскажите о принципиальных тепловых схемах КЭС и ТЭЦ. Как покрываются пиковые нагрузки при отпуске теплоты от ТЭЦ? - Принципиальной тепловой схемой ТЭС называют схематическое изображение совокупности основного теплового оборудования (паровые котлы, турбины, конденсаторы, теплообменники и др.), соединенного трубопроводами, транспортирующие основные потоки теплоносителей (пара и воды), В этой схеме не изображается резервное и однотипное оборудование, дублирующие линии, вспомогательное оборудование, трубопроводы, арматуру. - Пиковая часть нагрузки с развитием электроснабжения увеличивают свой удельный вес, а отношение минимальной нагрузки Nmin к максимальной Nм имеет тенденцию к снижению. В связи с этим возникла необходимость перевода в полупиковый режим существующих КЭС и ТЭЦ, ранее работавших в базовой части. Но эти станки не в состоянии обеспечить полностью покрытие переменного графика электрической нагрузки, и поэтому разработаны и вводятся в эксплуатацию специальные полупиковые и пиковые агрегаты, обладающие высокими маневренными характеристиками и способные поддерживать и выполнять любые графики нагрузок. Кроме того, используются другие способы покрытия пиков электрических нагрузок: использование резерва мощности и временных перегрузок паротурбинных блоков, работающих в режимах частых пусков и остановов; 5. Что включает в себя вспомогательное оборудование ТЭС? Его назначение и особенности работы. Вспомогательное оборудование включает систему технического водоснабжения, насосы, тягодутьевые установки, механизированные склады твердого топлива, системы пылеприготовления, золоулавливания и золоудаления, для подготовки добавочной воды и очистки конденсатора и др. Насосное оборудование. В тепловую систему ТЭС входят конденсаторные, сливные, питательные, бустерные и циркуляционные насосы. Через циркуляционные насосы КЭС проходят большие потоки охлаждающей воды для создания кратности охлаждения в конденсаторе 40...60 кг/кг. Большой напор не требуется, так как сброс воды после конденсатора проходит по самотечным каналам. Пропеллерные вертикальные насосы, в которых регулирование производительности за счет поворота лопастей. На ТЭЦ потоки пара в конденсатор малы, количество охлаждающей воды незначительно и в качестве циркуляционных насосов применяют центробежные (радиальные) насосы. Конденсатные насосы , обеспечивают напор для преодоления сопротивления тракта системы регенерации низкого давления и предназначены для подачи конденсата в основную линию. Сетевые насосы, перекачивающие воду к потребителю теплоты, выполняются, как правило, в виде двух групп . Вторая группа насосов работает на обратной сетевой воде и имеет напор, необходимый для преодоления сопротивления сетевой установки. Напор сетевых насосов первой группы зависит от длины трубопроводов, рельефа местности. По абсолютной величине он значительно больше, чем у насосов второй группы. 6. Какие подогревательные установки используются в тепловой схеме ТЭС? Их назначение и устройство. Подогреватели. В тепловой схеме ТЭС используются регенеративные подогреватели высокого и низкого давлений и сетевые подогреватели . Подогреватели низкого давления (ПНД) чаще всего выполняются поверхностными. Они могут быть также горизонтальными. Обычно так выполняются сетевые подогреватели для отпуска большого количества теплоты, нуждающиеся в развитой поверхности нагрева. Подогреватели высокого давления (ПВД) пропускают через себя все количество питательной воды. Параметры греющей и нагреваемой сред различаются. ПВД с коллекторной системой . В корпусе расположена трубная система нагревателя, состоящая из четырех вертикальных стояков-коллекторов, между которыми расположены нагревательные спирали, и вертикальной центральной отводящей трубы. Внутри стояков установлены перегородки и дроссельные шайбы, обеспечивающие движение питательной воды . Греющий пар поступает в подогреватель по трубопроводу сверху и движется навстречу нагреваемой питательной воде. Паровое пространство подогревателя, занятое греющим паром, конструктивно разделено на три зоны: верхняя зона, куда поступает наиболее горячий пар (охладитель пара), средняя — собственно подогревателем, где происходит конденсация пара, и нижняя — охладитель конденсата. В охладителе пара питательная вода отбирает от поступающего пара теплоту перегрева. Для этого в паровом пространстве охладителя расположено множество перегородок, которые обеспечивают длительный контакт перегретого пара и питательной воды. Пройдя охладитель, пар поступает в собственно подогреватель, где происходит конденсация пара и передача теплоты конденсации питательной воде. Образующийся конденсат имеет температуру насыщения, которая значительно выше температуры поступающей питательной воды. Поэтому для более полного использования теплоты конденсата он направляется в охладитель конденсата. Охлажденный конденсат направляется либо в подогреватель с более низким давлением, либо в деаэратор. Регенеративные подогреватели обязательно снабжают указателями уровня конденсата греющего пара, системами сигнализации и защиты от превышения его уровня. Заполнение подогревателя водой может привести к ее попаданию в турбину, что неизбежно вызовет тяжелую аварию. Особенно опасно переполнение подогревателя высокого давления, которое может быть следствием разрыва трубок питательной воды. 7.Дайте характеристику используемым на ТЭС схемам их технического водоснабжения, каково назначение и особенности топливного хозяйства ТЭС? -Применяются прямоточная, оборотная и смешанная система водоснабжения. -Наиболее простой является прямоточная система водоснабжения. Она предполагает наличие в районе электростанции естественного источника воды (реки, озера, моря) с дебитом, в три-четыре раза превышающем потребность в охлаждающей воде. Вода поступает на электростанцию по водопроводам или специальному каналу, а затем циркуляционными насосами подается к конденсаторам турбин и другим потребителям. Сброс воды происходит под остаточным давлением теми же насосами ниже по течению (если водоисточником является река) или в удаленное от водозабора место (если озеро или море). -Оборотная. система водоснабжения использует один и тот же запас воды многократно. В нее входят охладитель воды, подводящие и сбросные водопроводы и циркуляционные насосы. В качестве охладителей используются водохранилищаохладители, брызгальные бассейны и градирни. Охлаждение воды в водохранилищах происходит за счет частичного ее испарения и конвективного теплообмена. Забор и сброс воды для нужд электростанции производится в удаленных друг от друга местах водоема. Достоинствами водохранилищ-охладителей являются малый расход воды на возмещение ее потерь, низкая температура воды зимой, хорошие условия водозабора. Недостатком таких схем являются большие площади, требующиеся для охлаждения воды (ориентировочно 8...10 м2 на 1 кВт установленной мощности), необходимость сооружения плотины. -Искусственный охладитель выполняется в виде брызгальных устройств . Разбрызгивание воды в них происходит посредством сопл за счет напора насосов. На 1 кВт установленной мощности нужно 0,1...0,2 м2 площади бассейна. Достоинством брызгальных бассейнов является простота конструкции и небольшая стоимость, а недостатками — меньший по сравнению с водохранилищами-охладителями эффект охлаждения, больший унос воды, что приводит к увлажнению, а в зимнее время — к обледенению местности в радиусе до 200 м. Часто в качестве охладителей в системе оборотного водоснабжения используют градирни , что позволяет повысить компактность сооружений электростанции. Бывают градирни с искусственной тягой от вентилятора. Охлажденная вода бассейна , расположенного в основании градирни поступает к циркуляционным насосам, которыми прокачивается через конденсаторы и возвращается в оросительное устройство. Основным достоинством градирен по сравнению с водохранилищами - охладителями является компактность при хорошем эффекте охлаждения. Удельная площадь градирен составляет 0,01 ... 0,02 м2 /кВт. Топливное хозяйство. Топливное хозяйство ТЭС служит для разгрузки, хранения, транспортировки и приготовления к сжиганию поступающего на электростанцию топлива. На современных электростанциях обслуживают топливное хозяйство до 20% всего персонала ТЭС. Структура топливного хозяйства и применяемое оборудование зависят от вида топлива. Наиболее сложным и дорогим является хозяйство для сжигания твердого топлива . Уголь на ТЭС обычно доставляется железнодорожным транспортом. Вагоны с топливом разгружаются в разгрузочном устройстве . Для обеспечения нагрузки топлива имеются размораживающие устройства, вагоноопрокидыватели, механические рыхлители, вибраторы. Уголь попадает в приемные бункера, закрытые сверху решетками. Задержанные решеткой крупные куски измельчаются специальными устройствами. Из бункеров ленточными питателями уголь подается на конвейер , которым доставляется в узел пересыпки и далее с помощью конвейера — в дробильный корпус . После измельчения в молотковых или волновых дробилках угол поступает через конвейер в узел пересыпки главного корпуса электростанции, а оттуда перегружается на конвейеры бункерной галереи , с которых сбрасывается по бункерам мельниц котельных агрегатов. Технологическая схема топливоподачи на электростанции большой мощности. Из дробильного корпуса уголь, минуя мельницы, может также поступать через конвейер на склад, где он грейферным краном-перегружателем 6 укладывается в штабеля . Емкость складов угля равна 30-суточному расходу его котлами электростанции. Если электростанция размещена на расстоянии до 100 км от места добычи угля, емкость склада уменьшается вдвое. Срок хранения бурых и каменных углей с выходом летучих веществ более 13% не превышает полугода, тощих углей — до 1 года, антрацита — до 2 лет. Со склада уголь по конвейерам или поступает в узел пересыпки и далее в дробильное помещение . 8. Каково влияние ТЭС на окружающую среду? Отрицательное влияние на природные условия оказывают золоотвалы - земля исключается из сельскохозяйственного оборота, происходит загрязнение грунтовых и поверхностных вод, атмосферы, нарушается функционирование природных экосистем. Таким образом, ТЭС (особенно угольная) является мощнейшим загрязнителем окружающей среды и атмосферы, в частности. На долю гидроэлектростанций в структуре производства электроэнергии приходится 16% Практическая работа 2 Расчет оптимальной загрузки трансформатора Согласно варианту задана максимальная нагрузка двухтрансформаторной подстанции  . Выбор мощности трансформаторов осуществляется по двум условиям:В нормальном режиме работы суммарная номинальная мощность трансформаторов  должна превышать  .В аварийном режиме при отключении одного трансформатора оставшийся в работе должен обеспечить (с учетом 40% перегрузки) передачу мощности .Следовательно, условия выбора трансформаторов можно записать в виде:  Для заданной мощности  эти условия будут иметь вид: Исходя из полученных результатов, выбирается трансформатор типа ТМН-6300/35/11 со следующими номинальными параметрами:   ,  ,  ,  .По формулам из методических указаний рассчитываются потери от нагрузки: при одном работающем трансформаторе:  и двух, параллельно работающих трансформаторах:  Для остальных нагрузок расчет ведется аналогично, результаты расчета сводятся в таблицу 1 (потери достаточно рассчитать для 10 точек от 0 до ).Таблица 1 – Результаты расчета потерь мощности в трансформаторах
По данным таблицы 1 строятся зависимости суммарных потерь от нагрузки, приведенные на рисунке 2.    Рисунок 2 – Зависимости потерь от нагрузки По рассчитанным формулам определяется мощность 𝑆, кВА, при которой выполняется неравенство  : Число включенных трансформаторов, обеспечивающих минимальные мощности определяются по алгоритму:  Вывод: на рассматриваемой подстанции минимальные потери активной мощности могут быть, если при нагрузке  работает 1 трансформатор, при  включается второй трансформатор.Практическая работа 3 Ответы на контрольные вопросы: 1. Как можно определить мощность гидротурбины? Мощность гидротурбины согласно уравнению может быть выражена так: NT=9.81QTHTηT, где Q – расход воды, η – КПД турбины 2. Какие типы гидротурбин вы знаете? В практике принято гидротурбины подразделять на классы, системы, типы и серии. Класс реактивных гидротурбин объединяет следующие системы: осевые, пропеллерные, поворотно-лопастные, диагональные и радиальноосевые гидротурбины. В класс активных гидротурбин входят системы турбин ковшовых, наклонно-струйных и двойного действия. Последние две системы не имеют такого широкого распространения, как ковшовые. 3. Объясните принцип действия активной гидротурбины. Вода из верхнего бьефа подводится трубопроводом к рабочему колесу , выполненному в виде диска, закрепленного на горизонтальном или вертикальном валу турбины и вращающегося в воздухе. По окружности диска расположены ковшеобразные лопасти (ковши) . На ковшах происходит преобразование гидравлической энергии, заключенной в струе, в механическую. Ковши равномерно распределяются по ободу рабочего колеса и последовательно, один за другим, при его вращении «принимают» струю. Подвод воды к рабочему колесу осуществляется посредством сопла , внутри которого расположена регулирующая игла. Сопло представляет собой сходящийся насадок, из отверстия которого при работе турбины выбрасывается струя воды. В сопле вся энергия воды, подведенной к нему по трубопроводу за вычетом потерь, обращается в кинетическую. Рабочее колесо и сопла размещаются внутри замкнутого кожуха . Игла, перемещаясь в сопле в продольном направлении, меняет его выходное сечение и тем самым регулирует диаметр выходящей струи, а значит, и расход воды через сопло. Игла в одном из крайних своих положений полностью закрывает сопло и останавливает турбину. Вода, отдав свою энергию рабочему колесу, стекает с него в отводящий канал (нижний бьеф). В целях предотвращения значительного повышения давления в подводящем воду трубопроводе, являющегося следствием гидравлического удара, игла закрывается медленно. Для быстрого отвода струи от рабочего колеса применяется отклонитель , отбрасывающий воду в сторону. Перемещение иглы и отклонителя производится одновременно. Таким образом, в ковшовых турбинах осуществляется регулирование расхода и мощности турбины 4. Объясните принцип действия реактивной гидротурбины. Перед рабочим колесом только часть энергии воды находится в кинетической форме, остальная представлена потенциальной энергией, соответствующей разности давлений до и после колеса Избыточное давление p/ρg по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса расходуется на увеличение относительной скорости, т. е. на создание реактивного давления потока на лопасти. Изменение направления потока за счет кривизны лопастей приводит к возникновению активного давления потока. Таким образом, действие потока на лопасти рабочего колеса складывается из реактивного воздействия, возникающего вследствие увеличения относительной скорости, и активного давления, возникающего вследствие изменения направления потока. 5. Объясните принцип действия радиально-осевой гидротурбины. Перед рабочим колесом гидротурбины устанавливаются направляющий аппарат, вращающиеся лопатки которого обеспечивают необходимое изменение расхода воды, проходящей через рабочее колесо, и наилучшее для обтекания его лопастей направление потока, что повышает к.п.д. гидротурбины. 6. Объясните принцип действия пропеллерной гидротурбины. Для подвода воды к направляющему аппарату гидротурбины служит турбинная камера . Чтобы обеспечить равномерное по всему периметру направляющего аппарата питание рабочего колеса турбинную камеру выполняют с суживающимся поперечным сечением. 7. Объясните принцип действия поворотно-лопастной гидротурбины. Мощность, отдаваемая рабочим колесом такой гидротурбины, и его к.п.д. при заданном напоре зависят как от открытия лопаток направляющего аппарата , так и от угла поворота φ лопастей по отношению к втулке. Изменяя угол установки лопастей при различных открытиях направляющего аппарата, а следовательно, при различной мощности, можно найти такое положение лопастей, при котором к.п.д. гидротурбины будет иметь наибольшее значение. Конструктивно поворотно-лопастные гидротурбины выполняются таким образом, что лопасти рабочего колеса при работе гидротурбины могут автоматически поворачиваться на некоторый (оптимальный) угол (отсюда название поворотно-лопастные) одновременно с изменением открытия направляющего аппарата. Такое двойное регулирование дает большие преимущества, так как обеспечивается автоматическое поддержание высокого значения к. п. д. в широком диапазоне мощностей 8. Объясните принцип действия двухперовой гидротурбины. Увеличение числа лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины по мере повышения используемого напора приводит к возрастанию относительного диаметра втулки (dвт/D1) и последующему ухудшению энергетических качеств турбины. Для смягчения этого недостатка применяются спаренные (двухперовые) рабочие лопасти, имеющие общий фланец и общую цапфу , что позволяет повысить пропускаемый турбинный расход. 9. Объясните принцип действия диагональной гидротурбины. Отличие диагональных гидротурбин от радиально-осевых заключается в конструкции рабочего колеса, которая представляет собой конусообразную втулку с расположенными на ней под некоторым углом к оси вращения колеса лопастей (число их доходит до 14), поворачивающихся относительно своих осей . Втулка рабочего колеса, несмотря на свои относительно большие размеры, чем размеры втулки у поворотно-лопастных гидротурбин, не создает стеснения потока, и благодаря этому за рабочим колесом нет участка с резким расширением сечения, как в осевых турбинах, что в сочетании с другими особенностями диагональных турбин обеспечило им более высокие энергетические качества. Практическая работа 4 Тема работы: изучение принципа действия солнечных подстанций Цель работы: Познакомить студентов с технологическим оборудованием современных солнечных подстанций. Изучить их технологическую схему, конструктивные особенности. Дать информацию о схемах функционирования солнечных электростанций. Теоретические сведения Солнце — это источник всей жизни на Земле и, в конечном счете, источник всех видов энергии на ней. Вторым направлением утилизации солнечной энергии является использование схем, в которых предусматриваются специальные концентраторы солнечной энергии. В таких установках приемник энергии во много раз меньше поверхности, собирающей лучи. Достигается это, как известно, с помощью зеркал и линз. Принципиальные схемы термодинамического преобразования солнечной энергии в электрическую, несмотря на разнообразие проектов, более или менее одинаковы. Остановимся на некоторых из них, отметив предварительно основные характерные особенности солнечного излучения: периодичность поступления, связанная с наличием суточных циклов (день, ночь); изменчивость интенсивности в соответствии с положением Земли относительно Солнца (сезоны года); наличие перерывов в поступлении, связанных с состоянием атмосферы (кратковременная и длительная облачность). В общем случае система преобразования энергии на такой СЭС должна включать следующие подсистемы: подсистему улавливания падающей радиации; приемную подсистему, преобразующую энергию солнечного излучения в тепловую, которая передается теплоносителю; подсистему переноса теплоносителя от приемника к аккумулятору; тепловой аккумулятор; теплообменники (один или несколько), образующие горячий  Рисунок 2 – Упрощенная технологическая схема солнечной электростанции. В первой схеме в приемнике нагревается теплоноситель, часть которого поступает на тепловую загрузку аккумулятора, а вторая часть идет на нагрев (образование) рабочего тела (пар). При отсутствии солнечного излучения необходимая рабочему телу теплота передается от аккумулятора. Теплообменник обеспечивает связь приемника и аккумулятора с турбиной (рис. 8.8, а). Во второй схеме рабочее тело нагревается непосредственно в приемнике (рис. 2,б). Зарядка аккумулятора обеспечивается путем отвода части нагретого рабочего тела, а связь с турбиной осуществляется без промежуточных устройств. Информация о различных проектах спутниковых СЭС очень быстро пополняется. Недавно, например, в США появилось сообщение о разработке проекта спутниковой СЭС мощностью уже 20 000 МВт. Ожидается, что к. п. д. таких СЭС может достигнуть 15—18 % а при дальнейшем совершенствовании солнечных элементов— и 20%. При этом плотность ультракоротковолнового пучка излучения будет в несколько раз меньше нормальной плотности солнечной энергии, поэтому никакой опасности для летательных аппаратов и птиц такой пучок представлять не будет. Еще несколько лет тому назад подобного рода публикации воспринимались как фантастические и обсуждались лишь на страницах научно-популярных изданий. Однако после 1974 г. положение изменилось и к проектам спутниковых СЭС в некоторых странах стали относиться как к вполне реальному делу не такого уже далекого будущего. |
