Видове pgu. Защо да строим топлоелектрически централи с комбиниран цикъл? Какви са предимствата на инсталациите с комбиниран цикъл

ИНСТАЛАЦИИ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ПАРА С НИСКО НАЛЯГАНЕ И ВИСОКО НАЛЯГАНЕ
За производството на електроенергия се използват комбинирани парни и газови инсталации (CCGT), обединени в един термичен кръг. В същото време се постига намаляване на специфичния разход на гориво и капиталовите разходи. Най-широко се използват ПГТ агрегати с парогенериращ блок с високо налягане (VNPPU) и с парогенериращ блок с ниско налягане (NNPPU). Понякога VNPPU се наричат ​​котли с високо налягане.
За разлика от котлите, работещи под вакуум от газовата страна, в горивната камера и газопроводите на котли с високо налягане и налягане се създава относително ниско налягане при NNPPU (0,005-0,01 MPa) и се повишава при VNPPU (0,5-0,7 MPa).
Работата на котела под налягане се характеризира с редица положителни характеристики. По този начин засмукването на въздух в пещта и газопроводите е напълно изключено, което води до намаляване на топлинните загуби с изходящите газове, както и до намаляване на
намаляване на консумацията на електроенергия за тяхното изпомпване. Увеличаването на налягането в горивната камера отваря възможността за преодоляване на всички въздушни и газови съпротивления, дължащи се на вентилатора (възможно е да липсва тяга на дим), което също води до намаляване на консумацията на електроенергия поради работата на вентилаторното устройство в студен въздух.
Създаването на свръхналягане в горивната камера води до съответно засилване на процеса на изгаряне на горивото и ви позволява значително да увеличите скоростта на газовете в конвективните елементи на котела до 200-300 m/s. В същото време се увеличава коефициентът на топлопреминаване от газове към нагревателната повърхност, което води до намаляване на размерите на котела. В същото време работата му под налягане изисква плътна облицовка и различни устройства, които предотвратяват изхвърлянето на продуктите от горенето в помещението.

Ориз. 15.1. Схематична диаграма на инсталация с комбиниран цикъл с VNPPU:
/ - всмукване на въздух; 2 - компресор; 3 - гориво; 4 - горивна камера; 5 - газова турбина; 6 - отработени газове; 7 - електрически генератор; 8 - бойлер; 9 - парна турбина; 10 - кондензатор; // - помпа; 12 - нагревател с високо налягане; 13 - регенеративен нагревател на отработените газове (икономайзер)

На фиг. 15.1 е показана схема на централа с комбиниран цикъл (CCGT) с котел с високо налягане. Изгарянето на гориво в пещта на такъв котел се извършва под налягане до 0,6-0,7 MPa, което води до значително намаляване на цената на метала върху топлоприемните повърхности. След котела продуктите от горенето влизат в газовата турбина, на вала на която има въздушен компресор и електрически генератор.
тор Парата от котела влиза в турбината с друг електрогенератор.
Термодинамичната ефективност на комбиниран парогазов цикъл с котел с високо налягане, газови и паро-водни турбини е показана на фиг. 15.2. На T, n-диаграмата: зони 1-2-3-4-1 - работата на газовия етап bt, зоната sye\abc - работата на парния етап bn; 1-5-6-7-1 - загуба на топлина с изходящи газове; cbdc - загуба на топлина в кондензатора. Газовият етап е частично изграден над парния, което води до значително повишаване на топлинната ефективност на инсталацията.
Работещият котел с високо налягане, разработен от НПО ЦКТИ, е с капацитет 62,5 kg/s. Котелът е водотръбен, с принудителна циркулация. Налягане на парата 14 MPa, температура на прегрята пара 545 °C. Гориво---газ (мазут) се изгаря с обемна плътност на отделяне на топлина от около 4 MW/m3. Продуктите от горенето, напускащи котела при температури до 775 ° C и налягания до 0,7 MPa, се разширяват в газовата турбина до налягане, близко до атмосферното. Отработените газове при температура 460 °C влизат в икономийзера, след което изгорелите газове имат температура около 120 °C.
Основната термична диаграма на CCGT с VNPPU с мощност 200 MW е показана на фиг. 15.3. Инсталацията включва парна турбина К-160-130 и газова турбина GT-35/44-770. От компресора въздухът влиза в пещта VNPPU, където също се подава гориво. Газовете под високо налягане след пароперегревателя при температура 770 ° C влизат в газовата турбина и след това в икономийзера. Схемата предвижда допълнителна горивна камера, която осигурява номиналната температура на газовете пред GTU при промяна на натоварването. При комбинираните CCGT специфичният разход на гориво е с 4-6% по-малък, отколкото при конвенционалните парни турбини, а капиталовите инвестиции също са намалени.


Ориз. 15.2. Т, ї-диаграма за комбиниран парогазов цикъл

По-горе разгледахме CCGT от най-простия и често срещан тип - рециклиращ. Разнообразието от PGU обаче е толкова голямо, че не е възможно да ги разгледаме изцяло. Ето защо по-долу ще разгледаме основните видове CCGT, които са интересни за нас или от фундаментална, или от практическа гледна точка. В същото време ще се опитаме да ги класифицираме, което, както всяка класификация, ще бъде условно.

Според предназначението си ПГУ се делят на кондензни и отоплителни инсталации. Първите от тях генерират само електричество, а вторите служат и за загряване на вода в мрежата в нагреватели, свързани към парна турбина.

Според броя на работните тела, използвани в CCGT, те се делят на двоични и моно. В бинарните инсталации работните течности на цикъла на газовата турбина (продукти от горенето на въздух и гориво) и на парната турбина (вода и пара) са разделени. В monarnye инсталации работният флуид на турбината е смес от продукти на горенето и водна пара.

Схема Monary CCGTпоказано на фиг. 9.4. Изходните газове на GTU се изпращат към котела за отпадъчна топлина, в който водата се подава от захранваща помпа 5 . Получената пара навлиза в горивната камера 2 , се смесва с продуктите на горенето и получената хомогенна смес се изпраща към газа (по-точно към парно-газова турбина 3 . Смисълът на това е ясен: част от въздуха, идващ от въздушния компресор и служещ за намаляване на температурата на работните газове до допустимите якостни условия на частите на газовата турбина, се заменя с пара, чието увеличаване на налягането чрез подаването помпата в състояние на вода консумира по-малко енергия от повишаването на налягането на въздуха в компресора. В същото време, тъй като сместа газ-пара напуска котела за отпадна топлина под формата на пара, топлината от кондензация на водната пара, получена от него в котела и която е значително количество, отива в комина.

Техническата трудност при организиране на кондензацията на пара от смес от пара и газ и свързаната с нея необходимост от постоянна работа на мощна пречиствателна станция за вода е основният недостатък на монотипната ПГУ.

Ориз. 9.4. Принципна диаграма на моно CCGT

В чужбина описаната монарна инсталация беше наречена STIG (от Steam Iniected Gas Turbine). Те се изграждат основно от General Electric в комбинация с газови турбини с относително ниска мощност. В табл. 9.1 показва данни от General Electric, илюстриращи увеличаването на мощността и ефективността на двигателя при използване на инжектиране на пара.

Таблица 9.1

Промени в мощността и ефективността при вкарване на пара в горивната камера на монотип CCGT

Може да се види, че когато се впръсква пара, се увеличава както мощността, така и ефективността.

Отбелязаните по-горе недостатъци не доведоха до широкото използване на монотипни ПГТ, поне за целите на производството на електроенергия в мощни ТЕЦ.

В Южно-турбинния завод (Николаев, Украйна) е изграден демонстрационен монотип ПГУ с мощност 16 MW.

Повечето CCGT са от двоичен тип. Съществуващите двоични CCGT могат да бъдат разделени на пет типа:

Използване на CCGT. В тези агрегати топлината от отработените газове на газовата турбина се използва в котлите за отпадъчна топлина за производство на пара с високи параметри, използвана в цикъла на парната турбина. Основните предимства на утилизацията на ПГТ спрямо ПГУ са висока ефективност (в следващите години ефективността им ще надхвърли 60%), значително по-ниски капиталови инвестиции, по-малка нужда от вода за охлаждане, ниски вредни емисии и висока маневреност. Както е показано по-горе, използването на CCGT изисква високо икономични високотемпературни газови турбини с високи температури на димните газове за генериране на пара с висока производителност за инсталация с парни турбини (STP). Съвременните газови турбини, които отговарят на тези изисквания, все още могат да работят или на природен газ, или на леки класове течно гориво.

ПГУ с изпускане на газове от газовата турбина в силовия котел.Често такива CCGT се наричат ​​накратко "изхвърляне", или CCGT с парогенератор с ниско налягане(фиг. 9.5).

Ориз. 9.5. Схема на отпадъчния ПГУ

При тях топлината на отработените газове на газовата турбина, съдържащи достатъчно количество кислород, се изпраща към силовия котел, замествайки въздуха в него, подаван от вентилаторите на котела от атмосферата. В същото време няма нужда от въздушен нагревател на котела, тъй като изгорелите газове на газовата турбина имат висока температура. Основното предимство на веригата за отпадъци е възможността за използване на евтини енергийни твърди горива в цикъла на парната турбина.

В отпадъчната CCGT горивото се изпраща не само в горивната камера на газовата турбина, но и в силовия котел (фиг. 9.5), а газовата турбина работи на леко гориво (газ или дизелово гориво), а котелът за мощност работи с всяко гориво. В отпадъчната CCGT се реализират два термодинамични цикъла. Топлината, която постъпва в горивната камера на газовата турбина заедно с горивото, се превръща в електричество по същия начин, както при оползотворяването на CCGT, т.е. с ефективност 50%, а топлината, подадена към силовия котел - както при конвенционален цикъл на парна турбина, т.е. с ефективност 40%. Въпреки това, достатъчно високо съдържание на кислород в отработените газове на газовата турбина, както и необходимостта от малък коефициент на излишък на въздух зад силовия котел, водят до факта, че делът на мощността на цикъла на парната турбина е приблизително 2/3, и делът на мощността на газовата турбина е 1/3 (за разлика от използването на ПГТ, където тази зависимост е обратна). Следователно ефективността на отпадъчната CCGT е приблизително

тези. значително по-малко от това на рециклираща CCGT. Условно може да се приеме, че в сравнение с конвенционалния цикъл на парна турбина, спестяванията на гориво при използване на отпадъчен CCGT агрегат са приблизително наполовина по-малко от икономиите на гориво в използващ CCGT агрегат.

В допълнение, схемата на отпадъчната CCGT се оказва много сложна, тъй като е необходимо да се осигури автономна работа на частта на парната турбина (в случай на повреда на GTP) и тъй като в котела няма въздушен нагревател ( в края на краищата горещите газове от GTP влизат в захранващия котел по време на работа на CCGT), е необходимо да се монтират специални нагреватели, които загряват въздуха, преди да го подадат към електрическия котел.

Основна литература:

Ваше собствено резюме;

Основи на съвременната енергетика: Курс на лекции за мениджъри на енергийни компании. В две части. / Под общата редакция на Кор. RAS Е.В. Аметистова. ISBN 5-7046-0889-2. Част 1. Съвременна топлоенергетика / Trukhniy A.D., Makarov A.A., Klimenko V.V. - М.: Издателство MPEI, 2002. - 368 с., ил. ISBN 5-7046-0890-6 (част 1). Част 2. Съвременна електроенергетика / Изд. професори A.P. Бурман и В.А. Строева. - М.: Издателство MPEI, 2003. - 454 с., ил. ISBN 5-7046-0923-6 (част 2)

комбиниран цикълсе наричат ​​електроцентрали (захранване), при който топлината на отработените газове на газовата турбина се използва пряко или косвено за генериране на електроенергия в цикъла на парната турбина.

На фиг. 4.10 е показана схематична диаграма на най-простата инсталация с комбиниран цикъл, така наречения тип използване. Изходящите газове от газовата турбина се подават в котел за отпадъчна топлина- топлообменник тип противоточен, в който поради топлината на горещите газове се получава пара с високи параметри, която се насочва към парна турбина.

Фигура 4.10. Схематична диаграма на най-простата инсталация с комбиниран цикъл

Котелът за отпадъчна топлина е правоъгълна шахта, в които са разположени нагревателни повърхности, оформени от оребрени тръби, вътре в които се подава работният флуид на паротурбинната инсталация (вода или пара). В най-простия случай нагревателните повърхности на котела за отпадъчна топлина се състоят от три елемента: икономизатор 3, изпарител 2 и прегревател 1. Централният елемент е изпарителят, състоящ се от барабан 4 (дълъг цилиндър, наполовина напълнен с вода), няколко спускащи се тръби 7 и доста плътно монтирани вертикални тръби на самия изпарител 8. Изпарителят работи на принципа на естествена конвекция. Тръбите на изпарителя са разположени в зоната на по-високи температури от слизащите. Следователно в тях водата се нагрява, частично се изпарява и следователно става по-лека и се издига нагоре в барабана. Освободеното пространство се запълва с по-студена вода през водосточни тръби от барабана. Наситената пара се събира в горната част на барабана и се изпраща към тръбите на прегревателя 1. Парният поток от барабана 4 се компенсира от подаването на вода от икономийзера 3. В този случай входящата вода преди напълно изпарявайки се, многократно ще преминава през изпарителните тръби. Следователно описаният котел за отпадъчна топлина се нарича бойлер с естествена циркулация.

В икономайзера постъпващата захранваща вода се нагрява почти до точката на кипене. От барабана суха наситена пара навлиза в паропрегревателя, където се прегрява над температурата на насищане. Температурата на получената прегрята пара т 0 винаги, разбира се, е по-малко от температурата на газовете q Gидващи от газовата турбина (обикновено 25 - 30 °C).

По схемата на котела за отпадъчна топлина на фиг. 4.10 показва промяната в температурите на газовете и работния флуид при движение един към друг. Температурата на газовете постепенно намалява от стойността q Г на входа до стойността q ux на температурата на отработените газове.движейки се към Захранващата вода повишава температурата си в икономайзера до точката на кипене(точка а). При тази температура (на ръба на кипене) водата влиза в изпарителя. Изпарява водата. В същото време температурата му не се променя (процес а - б). В точката бработният флуид е под формата на суха наситена пара. Освен това в прегревателя той прегрява до стойност т 0 .

Парата, образувана на изхода на прегревателя, се изпраща към парната турбина, където, разширявайки се, тя работи. От турбината отработената пара влиза в кондензатора, кондензира и с помощта на захранваща помпа 6 , което повишава налягането на захранващата вода, се изпраща обратно в котела за отпадъчна топлина.

По този начин основната разлика между парна електроцентрала (SPU) на CCGT и конвенционална CCP на ТЕЦ е само, че горивото не се изгаря в котела за отпадъчна топлина, а топлината, необходима за работата на CCGT CCGT се взема от отработените газове на газовата турбина. Общият изглед на котела за отпадъчна топлина е показан на фигура 4.11.

Фигура 4.11. Общ изглед на котела за отпадна топлина

Електроцентралата с CCGT е показана на фиг. 4.12, която показва ТЕЦ с три енергоблока. Всеки блок се състои от две съседни газови турбини 4 тип V94.2 Siemens, всеки от които изпраща своите високотемпературни димни газове към своя котел за отпадна топлина 8 . Парата, генерирана от тези котли, се изпраща към една парна турбина 10 с електрически генератор 9 и кондензатор, разположен в кондензационното помещение под турбината. Всеки такъв енергоблок е с обща мощност от 450 MW (всяка газова турбина и парна турбина имат капацитет от приблизително 150 MW). Между изходния дифузьор 5 и бойлер за отпадъчна топлина 8 инсталирани байпас (байпас) комин 12и газонепроницаема порта 6 .

Фигура 4.12. Електроцентрала с ПГУ

Основните предимства на PGU.

1. Инсталацията с комбиниран цикъл в момента е най-икономичният двигател, използван за генериране на електроенергия.

2. Инсталацията с комбиниран цикъл е най-екологичният двигател. На първо място, това се дължи на високата ефективност – в края на краищата цялата топлина, съдържаща се в горивото, която не може да бъде превърната в електричество, се отделя в околната среда и се получава нейното топлинно замърсяване. Следователно, намаляването на топлинните емисии от CCGT в сравнение с парна електроцентрала приблизително съответства на намаляване на разхода на гориво за производство на електроенергия.

3. Инсталацията с комбиниран цикъл е много маневрен двигател, който може да се сравни по маневреност само с автономна газова турбина. Потенциално високата маневреност на PTU се осигурява от наличието на GTP в неговата схема, чиято промяна на натоварването става в рамките на няколко минути.

4. При еднакъв капацитет на парно задвижвани и комбинирани ТЕЦ, консумацията на охладителна вода на ПГУ е приблизително три пъти по-малка. Това се определя от факта, че мощността на парно-енергийната част на CCGT е 1/3 от общата мощност, а GTU практически не изисква охлаждаща вода.

5. CCGT има по-ниска цена за инсталирана единица мощност, което е свързано с по-малък обем на строителната част, липса на сложен котел, скъп комин, регенеративна система за нагряване на захранваща вода, използването на по-опростена парна турбина и система за сервизно водоснабдяване.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основният недостатък на всички ТЕЦ е, че всички използвани видове гориво са незаменими природни ресурси, които постепенно се изчерпват. В допълнение, топлоелектрическите централи консумират значително количество гориво (всеки ден една държавна областна електроцентрала с мощност 2000 MW изгаря две железопътни влака въглища на ден) и са най-екологичните „мръсни“ източници на електроенергия, особено ако те работят на горива с високо съдържание на сяра. Ето защо в момента, наред с използването на ядрени и хидравлични електроцентрали, върви и развитието на електроцентрали, използващи възобновяеми или други алтернативни енергийни източници. Въпреки всичко обаче ТЕЦ са основните производители на електроенергия в повечето страни по света и ще останат такива поне през следващите 50 години.

КОНТРОЛНИ ВЪПРОСИ ЗА ЛЕКЦИЯ 4

1. Топлинна схема на ТЕЦ - 3 точки.

2. Технологичен процес на производство на електрическа енергия в ТЕЦ - 3 точки.

3. Схемата на съвременните ТЕЦ - 3 точки.

4. Характеристики на GTU. Структурна схема на GTU. Ефективност на GTU - 3 точки.

5. Топлинна схема на газовата турбина - 3 точки.

6. Характеристики на CCGT. Структурна схема на ПГУУ. Ефективност на ПГУ - 3 точки.

7. Топлинна схема на ПГТ - 3 точки.

ЛЕКЦИЯ 5

Атомни електроцентрали. ГОРИВО ЗА АЕЦ. ПРИНЦИП НА РАБОТА НА ЯДРЕН РЕАКТОР. ПРОИЗВОДСТВО НА ЕНЕРГИЯ В АЕЦ С ТЕРМИЧНИ РЕАКТОРИ. БЪРЗИ НЕУТРОННИ РЕАКТОРИ. ПРЕДИМСТВА И НЕДОСТАТЪЦИ НА СЪВРЕМЕННИТЕ АЕЦ

Основни понятия

Атомна електроцентрала(АЕЦ) е електроцентрала, генериране на електрическа енергия чрез преобразуване на топлинната енергия, освободена в ядрен реактор (реактори) в резултат на контролирана верижна реакция на делене (разцепване) на ядрата на урановите атоми.Основната разлика между атомна електроцентрала и топлоелектрическа централа е, че вместо парогенератор се използва ядрен реактор - устройство, в което се извършва контролирана ядрена верижна реакция, придружена от освобождаване на енергия.

Радиоактивните свойства на урана са открити за първи път от френски физик Антоан Бекерелпрез 1896г. английски физик Ърнест Ръдърфордза първи път извършва изкуствена ядрена реакция под действието на частици през 1919 г. немски физици Ото Хани Фриц Щрасманоткрит през 1938 г , че деленето на тежки уранови ядра при бомбардиране от неутрони придружено от освобождаване на енергия.Действителното използване на тази енергия е станало въпрос на време.

Първият ядрен реактор е построен през декември 1942 г. в САЩгрупа физици от Чикагския университет, ръководена от италиански физик Енрико Ферми. Реакцията на ядрено делене на уран без затихване е реализирана за първи път. Ядреният реактор, наречен CP-1, се състои от графитни блокове, между които са разположени топчета от естествен уран и неговия диоксид. Бързи неутрони, които се появяват след ядрено делене 235 U, бяха забавени от графита до топлинна енергия и след това предизвикаха ново ядрено делене. Реакторите, в които основният дял на деленията настъпва под действието на термични неутрони, се наричат ​​реактори на термични (бавни) неутрони; в такива реактори има много повече забавител от урана.

В Европа първият ядрен реактор F-1 е произведен и пуснат в експлоатация през декември 1946 г. в Москва.група физици и инженери начело с акад Игор Василиевич Курчатов. Реакторът Ф-1 е сглобен от графитни блокове и е имал формата на топка с диаметър около 7,5 м. В централната част на топката с диаметър 6 м в отворите на графитните блокове са поставени уранови пръти . Реакторът F-1, подобно на SR-1, нямаше охладителна система, така че работеше при ниски нива на мощност: от фракции до единици от ват.

Резултатите от изследванията на реактора F-1 послужиха като основа за проекти за промишлени реактори. През 1948 г. под ръководството на И. В. Курчатов започва работа по практическото приложение на атомната енергия за генериране на електричество.

Първата в света индустриална атомна електроцентрала с мощност 5 MW стартира на 27 юни 1954 г. в град Обнинск, Калужска област. През 1958 г. е пусната в експлоатация 1-ва степен на Сибирската АЕЦ с мощност 100 MW (пълна проектна мощност 600 MW). През същата година започва изграждането на индустриалната атомна електроцентрала в Белоярск, а през април 1964 г. генераторът на 1-ви етап осигурява електричество на потребителите. През септември 1964 г. е пуснат 1-ви блок на АЕЦ Нововоронеж с мощност 210 MW. Вторият блок с мощност 350 MW е пуснат в експлоатация през декември 1969 г. През 1973 г. стартира Ленинградската АЕЦ.

В Обединеното кралство първата индустриална атомна електроцентрала с мощност 46 MW е пусната в експлоатация през 1956 г. в Calder Hall. Година по-късно в Шипингпорт (САЩ) е пусната в експлоатация ядрена електроцентрала с мощност 60 MW.

Световните лидери в производството на ядрено електричество са: САЩ (788,6 милиарда kWh/година), Франция (426,8 милиарда kWh/година), Япония (273,8 милиарда kWh/година), Германия (158,4 милиарда kWh/година) и Русия (154,7 милиарда kWh/година).В началото на 2004 г. в света работеха 441 ядрени енергийни реактора, руското ОАО TVEL доставя гориво за 75 от тях.

Най-голямата атомна електроцентрала в Европа е Запорожската АЕЦ в Енергодар (Украйна) – 6 ядрени реактора с обща мощност 6 GW. Най-голямата атомна електроцентрала в света - Kashiwazaki-Kariva (Япония) - пет кипящи ядрени реактора ( BWR) и два усъвършенствани реактора за вряща вода ( ABWR), чийто общ капацитет е 8,2 GW.

В момента в Русия работят следните атомни електроцентрали: Балаково, Белоярская, Билибинская, Ростовская, Калининская, Кола, Курска, Ленинградская, Нововоронежская, Смоленская.

Разработките на проекта на Енергийната стратегия на Русия за периода до 2030 г. предвиждат увеличение на производството на електроенергия в атомните електроцентрали с 4 пъти.

Атомните електроцентрали се класифицират според инсталираните на тях реактори:

л реактори с термични неутрони , като се използват специални модератори за увеличаване на вероятността за поглъщане на неутрон от ядрата на горивните атоми;

л реактори с бързи неутрони .

Според вида на доставяната енергия атомните електроцентрали се делят на:

l атомни електроцентрали (АЕЦ), предназначени само за производство на електроенергия;

l ядрени комбинирани топлоелектрически централи (АТЕЦ), които произвеждат както електричество, така и топлина.

В момента само в Русия има варианти за изграждане на ядрени топлоснабдителни станции.

АЕЦ не използва въздух за окисляване на горивото, не отделя пепел, серни оксиди, въглерод и др. в атмосферата, има по-нисък радиоактивен фон, отколкото в ТЕЦ, но, подобно на топлоелектрическа централа, консумира огромно количество вода за охлаждане на кондензаторите.

Гориво за атомни електроцентрали

Основната разлика между атомна електроцентрала и ТЕЦ е използване на ядрено гориво вместо изкопаеми горива. Ядреното гориво се получава от естествен уран, който се добива или в мини (Нигер, Франция, Южна Африка), или в открити рудници (Австралия, Намибия), или чрез подземно излугване (Канада, Русия, САЩ). Уранът е широко разпространен в природата, но няма богати находища на уранови руди. Уранът се намира в различни скали и вода в дисперсно състояние. Естественият уран е смес от предимно неделящия се изотоп на урана 238 U(повече от 99%) и делящ се изотоп 235 U (около 0,71%), което е ядрено гориво (1 кг 235 Uотделя енергия, равна на калоричността на около 3000 тона въглища).

За работата на реактори на атомни електроцентрали, обогатяване на уран. За целта естественият уран се изпраща в завод за обогатяване, след преработка, където 90% от естествения обеднен уран се изпраща за съхранение, а 10% се обогатява до 3,3 - 4,4%.

От обогатен уран (по-точно уранов диоксид UO 2или уранови оксиди U 2 O 2) са направени горивни елементи - горивни пръти- цилиндрични таблетки с диаметър 9 mm и височина 15-30 mm. Тези таблетки се поставят херметически цирконий(поглъщането на неутрони от циркония е 32,5 пъти по-малко, отколкото от стоманата) тънкостенни тръбис дължина около 4 м. Горивните пръти се сглобяват в горивни касети (ГС) от няколкостотин парчета.

Всички следващи процеси на ядрено делене 235 Uс образуването на фрагменти на делене, радиоактивни газове и др. се случват вътре запечатани тръби от горивни пръти.

След постепенно разделяне 235 Uи намаляване на концентрацията му до 1,26%, когато мощността на реактора е значително намалена, горивните касети се отстраняват от реактора, се съхраняват в басейна за отработено гориво за известно време, след което се изпращат в радиохимичния завод за преработка.

По този начин, за разлика от топлоелектрическите централи, където те са склонни да изгарят горивото напълно, невъзможно е ядреното гориво да се раздели на 100% в атомните електроцентрали.Поради това е невъзможно да се изчисли ефективността на АЕЦ въз основа на специфичната консумация на стандартно гориво. За оценка на ефективността на енергоблока на АЕЦ се използва нетен коефициент на ефективност

,

където е генерираната енергия, е топлината, отделена в реактора по едно и също време и по същото време.

Така изчислената ефективност на АЕЦ е 30–32%, но не е напълно легитимно да се сравнява с ефективността на ТЕЦ от 37–40%.

В допълнение към изотопа уран 235 като ядрено гориво се използват и следните:

• уранов изотоп 233 ( 233 U) ;
• плутониев изотоп 239 ( 239 Pu);
• ториев изотоп 232 ( 232th) (чрез преобразуване в 233 U).

За съжаление, преминаването към изграждане на комбинирани ТЕЦ (CCGT ТЕЦ) вместо парни турбини доведе до още по-рязко намаляване на топлопроизводството в общото производство на енергия. Това от своя страна води до увеличаване на енергийната интензивност на БВП и намаляване на конкурентоспособността на местните продукти, както и до увеличаване на разходите за жилищно-комунални услуги.

¦ висока ефективност на производството на електроенергия в ПГУ ТЕЦ по кондензационен цикъл до 60%;

¦ Трудности при локализиране на ТЕЦ с ПГУ в условия на гъсто градско развитие, както и увеличаване на доставките на гориво за градовете;

¦ Съгласно установената традиция ТЕЦ с ПГУ са оборудвани, както и паротурбинните станции, с когенерационни турбини тип Т.

Изграждане на когенерационна централа с P-тип турбини от 90-те години на миналия век. миналия век, беше практически прекратено. Във времена преди перестройката промишлените предприятия представляват около 60% от топлинния товар в градовете. Нуждата им от топлина за изпълнение на технологичните процеси през годината беше доста стабилна. В часовете на сутрешните и вечерните пикове на градската консумация на електроенергия пиковете на електрозахранването бяха изгладени чрез въвеждане на подходящи режими за ограничаване на доставката на електрическа енергия на промишлените предприятия. Инсталирането на турбини тип P в ТЕЦ е икономически оправдано поради тяхната по-ниска цена и по-ефективно използване на енергийните ресурси в сравнение с турбините тип T.

През последните 20 години, поради рязък спад в промишленото производство, режимът на енергийно снабдяване на градовете се промени значително. В момента градските ТЕЦ работят по график за отопление, при който лятното топлинно натоварване е само 15-20% от изчислената стойност. Дневният график на потребление на електроенергия стана по-неравномерен поради включването на електрическо натоварване от населението във вечерните часове, което е свързано с масово увеличаване на доставките на електродомакински уреди на населението. Освен това изравняването на графика на потреблението на енергия чрез въвеждане на подходящи ограничения за промишлените потребители поради малкия им дял в общото потребление на енергия се оказа невъзможно. Единственият не особено ефективен начин за решаване на проблема беше намаляването на вечерния максимум чрез въвеждане на намалени тарифи през нощта.

Следователно, в парнотурбинни когенерационни централи с турбини тип P, където производството на топлинна и електрическа енергия е строго взаимосвързано, използването на такива турбини се оказа нерентабилно. Турбините с обратно налягане сега се произвеждат само при ниска мощност, за да се подобри ефективността на градските парни котли чрез превключването им в режим на комбинирано производство.

Такъв утвърден подход беше запазен и при изграждането на ПГУ ТЕЦ. В същото време няма твърда връзка между доставката на топлинна и електрическа енергия в комбинирания цикъл. При тези станции с турбини от тип P покриването на вечерния максимален електрически товар може да се осъществи чрез временно увеличаване на подаването на електроенергия в цикъла на газовата турбина. Краткосрочното намаляване на топлоснабдяването на топлоснабдителната система не се отразява на качеството на отоплението поради капацитета за съхранение на топлина на сградите и отоплителната мрежа.

Схематичната схема на ПГТ ТЕЦ с противонапорни турбини включва две газови турбини, котел за отпадъчна топлина, турбина тип P и котел с пик (фиг. 2). Пиковият котел, който може да бъде монтиран извън обекта за ПГТ, не е показан на диаграмата.

От фиг. 2 може да се види, че CCGT ТЕЦ се състои от газотурбинна инсталация, състояща се от компресор 1, горивна камера 2 и газова турбина 3. топлообменници, в които се нагрява вода, пара се отделя в барабани с ниско налягане 7 и високо налягане. налягане 8, се изпраща към парна турбина (STP) 11. Освен това наситената пара с ниско налягане влиза в междинната секция на STP, а парата с високо налягане се загрява предварително в котела за отпадъчна топлина и се изпраща към главата на STP. напускането на STP се кондензира в мрежовия воден топлообменник 12 и се изпраща от кондензни помпи 13 към нагревателя на газовия кондензат 14, след което се изпраща към деаератора 9 и от него към CU.

При топлинно натоварване, ненадвишаващо базовото, станцията работи изцяло по график за отопление (ATES=1). Ако топлинният товар надвишава базовото натоварване, пиковият котел се включва. Необходимото количество електроенергия идва от външни източници на производство през електрическите мрежи на града.

Възможни са обаче ситуации, когато търсенето на електроенергия надвишава обема на доставката й от външни източници: в мразовитите дни с увеличаване на потреблението на електроенергия от домакински отоплителни уреди; при аварии в генериращи съоръжения и в електрически мрежи. В такива ситуации капацитетът на газовите турбини при традиционния подход е тясно свързан с работата на котела за отпадна топлина, което от своя страна е продиктувано от необходимостта от топлинна енергия в съответствие с графика за отопление и може да не е достатъчна за покриване на повишено търсене на електроенергия.

За да покрие възникналия недостиг на електроенергия, газовата турбина преминава частично към изхвърляне на отпадъчни продукти от горенето, в допълнение към котела за отпадъчна топлина, директно в атмосферата. Така ПГУ ТЕЦ временно се прехвърля в смесен режим - с комбиниран цикъл и газотурбинни цикли.

Известно е, че газотурбинните инсталации имат висока маневреност (скорост на печалба и загуба на електрическа мощност). Ето защо, дори в съветско време, те трябваше да се използват заедно с помпено-акумулиращи станции за изглаждане на режима на захранване.

Освен това трябва да се отбележи, че разработената от тях мощност се увеличава с намаляване на външната температура и именно при ниски температури през най-студения сезон се наблюдава максималната консумация на енергия. Това е показано в таблицата.

Когато мощността достигне повече от 60% от изчислената стойност, емисиите на вредни газове NOx и CO са минимални (фиг. 3).

В неотоплителния период, за да се предотврати намаляване на мощността на газовите турбини с повече от 40%, една от тях се изключва.

Повишаването на енергийната ефективност на ТЕЦ може да се постигне чрез централизирано хладилно снабдяване на градските микрорайони. При аварийни ситуации в ПГУ ТЕЦ е препоръчително да се изградят газотурбинни агрегати с ниска мощност в отделни сгради.

В райони с гъсто градско развитие на големите градове при реконструкция на съществуващи ТЕЦ с изчерпани парни турбини е препоръчително да се създаде на тяхна база ТЕЦ CCGT с турбини тип R. В резултат на това значителни площи, заети от охладителната система (охладителни кули , и др.), които могат да се използват за други цели.

Сравнението на CCGT ТЕЦ с турбини с противоналягане (тип P) и CCGT CHPP с турбини за извличане на кондензат (тип T) ни позволява да направим следното констатации.

• 1. И в двата случая горивната ефективност зависи от дела на произведената електроенергия на база потреблението на топлинна енергия в общия обем на производството.
• 2. В ТЕЦ с ПГУ с турбини тип Т топлинните загуби в охладителния кръг на конденза се извършват през цялата година; най-големите загуби са през летния период, когато количеството потребление на топлина е ограничено само до топла вода.
• 3. При ПГУ ТЕЦ с турбини тип R ефективността на централата намалява само за ограничен период от време, когато е необходимо да се покрие недостига в електроснабдяването.
• 4. Маневрените характеристики (скорости на товарене и разтоварване) на газовите турбини са многократно по-високи от тези на парните турбини.

По този начин, за условията на изграждане на станции в центровете на големите градове, CCGT ТЕЦ с турбини с противоналягане (тип P) превъзхождат когенерационните централи с комбиниран цикъл с турбини за извличане на кондензат (тип T) във всички отношения. Те изискват много по-малка площ за настаняване, те са по-икономични по отношение на разхода на гориво и тяхното въздействие върху околната среда също е по-малко.

За това обаче е необходимо да се направят подходящи промени в регулаторната рамка за проектиране на инсталации с комбиниран цикъл.

Практиката от последните години показва, че инвеститорите, изграждащи крайградски ТЕЦ с ПГТ и в доста свободни територии, дават приоритет на производството на електроенергия, а топлоснабдяването се разглежда от тях като странична дейност. Това се обяснява с факта, че ефективността на станциите, дори в кондензационен режим, може да достигне 60%, а изграждането на топлопроводи изисква допълнителни разходи и множество споразумения с различни структури. В резултат на това коефициентът на топлоснабдяване на ТЕЦ може да бъде по-малък от 0,3.

Ето защо при проектирането на ТЕЦ за ПГУ не е препоръчително всяка отделна инсталация да включва в техническото решение оптималната стойност на ATEP. Задачата е да се намери оптималният дял на топлофикацията в топлоснабдителната система на целия град.

Сега концепцията за изграждане на мощни топлоелектрически централи на места, където се добива гориво, далеч от големите градове, разработена в съветско време, отново стана актуална. Това е продиктувано както от увеличаване на дела на използването на местни горива в горивно-енергийния комплекс на регионите, така и от създаването на нови проекти на топлопроводи (полагане на въздух) с почти незначителен спад на температурния потенциал по време на транспортирането на охлаждащата течност.

Такива топлоелектрически централи могат да бъдат създадени както на базата на цикъл на парна турбина с директно изгаряне на местно гориво, така и на комбиниран цикъл с използване на газ, произведен от газови генератори.

Какво представлява КамАЗ-5320 CCGT устройство? Този въпрос интересува много начинаещи. Това съкращение може да доведе до недоумение на невежа. Всъщност CCGT е пневматичен. Помислете за характеристиките на това устройство, неговия принцип на работа и видове поддръжка, включително ремонт.

• 1 - сферична гайка с контрагайка.
• 2 - бутален тласкач на деактиватора на съединителя.
• 3 - защитен капак.
• 4 - бутало за освобождаване на съединителя.
• 5 - задната част на скелета.
• 6 - сложен уплътнител.
• 7 - последващо бутало.
• 8 - байпасен клапан с капачка.
• 9 - диафрагма.
• 10 - входящ клапан.
• 11 - изход аналог.
• 12 - бутало от пневматичен тип.
• 13 - тапа за източване (за кондензат).
• 14 - предна част на тялото.
• "А" - доставка на работен флуид.
• "B" - потокът на сгъстен въздух.

Предназначение и устройство

Камионът е доста масивно и голямо превозно средство. Управлението му изисква забележителна физическа сила и издръжливост. Устройството КамАЗ-5320 CCGT улеснява регулирането на превозното средство. Това е малко, но полезно устройство. Това дава възможност не само да се опрости работата на водача, но и да се увеличи производителността на работата.

Въпросният възел се състои от следните елементи:

• Буталка и регулираща гайка.
• Пневматично и хидравлично бутало.
• Пружинен механизъм, скоростна кутия с капак и клапан.
• Седалка на диафрагмата, контролен винт.
• и последовател на буталото.

Особености

Корпусната система на усилвателя се състои от два елемента. Предната част е изработена от алуминий, а задната - от чугун. Между частите е предвидено специално уплътнение, което играе ролята на уплътнение и диафрагма. Следващият механизъм регулира промяната на налягането на въздуха върху пневматичното бутало в автоматичен режим. Това устройство включва също уплътнителен маншет, пружини с диафрагми, както и всмукателни и изпускателни клапани.

Принцип на действие

Когато педалът на съединителя се натисне под налягане на течността, устройството KamAZ-5320 CCGT натиска последващия прът и буталото, след което конструкцията, заедно с диафрагмата, се измества, докато се отвори входящият клапан. След това въздушната смес от пневматичната система на автомобила се подава към пневматичното бутало. В резултат на това усилията и на двата елемента се сумират, което позволява прибиране на вилката и изключване на съединителя.

След като кракът се отстрани от педала на съединителя, налягането на подаващата основна течност пада до нула. В резултат на това се намалява натоварването на хидравличните бутала на задвижващия механизъм и последователя. Поради тази причина буталото от хидравличен тип започва да се движи в обратна посока, затваряйки входящия клапан и блокирайки потока на налягане от приемника. Притискащата пружина, действаща върху буталото на последователя, го отвежда в първоначалното му положение. Въздухът, който първоначално реагира с пневматичното бутало, се изпуска в атмосферата. Пръчката с двете бутала се връща в първоначалното си положение.

Производство

Устройството KamAZ-5320 CCGT е подходящо за много модификации на модела на този производител. Повечето от старите и новите трактори, самосвали, военни опции са оборудвани с пневмохидравличен усилвател на кормилното управление. Съвременните модификации, произведени от различни компании, имат следните обозначения:

• Резервни части KamAZ (PGU) производство на JSC "KamAZ" (каталожен номер 5320) с вертикално разположение на проследяващото устройство. Устройството над корпуса на цилиндъра се използва при вариации под индекс 4310, 5320, 4318 и някои други.
• WABCO. CCGT под тази марка се произвеждат в САЩ, те се отличават с надеждност и компактни размери. Тази конфигурация е оборудвана със система за наблюдение на състоянието на облицовките, чието ниво на износване може да се определи без демонтаж на захранващия блок. Повечето камиони от серия 154 са оборудвани с това пневмохидравлично оборудване.
• Пневмохидравличен усилвател на съединителя "WABKO" за модели със скоростна кутия тип ZF.
• Аналози, произведени в завод в Украйна (Волчанск) или Турция (Юмак).

По отношение на избора на усилвател, експертите препоръчват закупуването на същата марка и модел, които първоначално са били инсталирани на машината. Това ще осигури най-правилното взаимодействие между усилвателя и механизма на съединителя. Преди да смените възела на нов вариант, консултирайте се със специалист.

Обслужване

За поддържане на работното състояние на възела се извършва следната работа:

• Визуална проверка за откриване на видими течове на въздух и течности.
• Затягане на фиксиращи болтове.
• Регулиране на свободния ход на тласкача със сферична гайка.
• Допълване на работната течност в резервоара на системата.

Струва си да се отбележи, че при регулиране на KamAZ-5320 CCGT на модификацията Wabco износването на накладките на съединителя е лесно видимо върху специален индикатор, който се изважда под въздействието на буталото.

Демонтаж

Тази процедура, ако е необходимо, се извършва в следния ред:

• Задната част на тялото е захваната в менгеме.
• Болтовете се разхлабват. Шайбите и капакът се отстраняват.
• Клапанът се отстранява от тялото.
• Предната рамка се демонтира заедно с пневматичното бутало и неговата мембрана.
• Премахнати: диафрагма, последващо бутало, задържащ пръстен, освобождаващ елемент на съединителя и корпус на уплътнението.
• Механизмът на байпасния клапан и люкът с уплътнението за изпускателни газове се отстраняват.
• Скелетът се отстранява от тисовете.
• Опорният пръстен на задната част на корпуса е демонтиран.
• Стъблото на клапана е без конуси, шайби и седло.
• Следващото бутало се отстранява (първо трябва да премахнете стопера и други свързани елементи).
• Пневматичното бутало, маншетът и задържащият пръстен се отстраняват от предната част на корпуса.
• След това всички части се измиват в бензин (керосин), напръскват се със сгъстен въздух и преминават през етапа на откриване на повреда.

CCGT KamAZ-5320: неизправности

Най-често във въпросния възел възникват следните проблеми:

• Потокът на сгъстен въздух е недостатъчен или напълно липсва. Причината за неизправността е подуването на входящия клапан на пневматичния усилвател.
• Засядане на последващото бутало на пневматичния усилвател. Най-вероятно причината се крие в деформацията на уплътнителния пръстен или маншета.
• Има "провал" на педала, който не позволява на съединителя да се изключи напълно. Този проблем показва, че въздухът е влязъл в хидравличния задвижващ механизъм.

Ремонт на ПГУ КамАЗ-5320

При отстраняване на неизправности в елементите на монтажа трябва да се обърне специално внимание на следните точки:

• Проверка на уплътнителните части. Не се допуска наличието на деформации, подуване и пукнатини по тях. В случай на нарушаване на еластичността на материала, елементът трябва да бъде заменен.
• Състоянието на работните повърхности на цилиндрите. Вътрешната хлабина на диаметъра на цилиндъра се контролира, което всъщност трябва да отговаря на стандарта. По частите не трябва да има вдлъбнатини или пукнатини.

Ремонтният комплект за CCGT включва следните резервни части за KamAZ:

• Защитен капак на задния корпус.
• Редуктор конус и диафрагма.
• Маншети за пневматични и последващи бутала.
• Капачка на байпасния клапан.
• Задържащи и уплътнителни пръстени.

Подмяна и монтаж

За да замените въпросния възел, извършете следните манипулации:

• Въздухът се обезвъздушава от CCGT KamAZ-5320.
• Работната течност се източва или дренажът е блокиран с тапа.
• Затягащата пружина на вилката на лоста на съединителя е демонтирана.
• Тръбите, захранващи вода и въздух, са изключени от устройството.
• Закрепващите винтове към картера се развиват, след което блокът се демонтира.

След смяна на деформираните и неизползваеми елементи, системата се проверява за херметичност в хидравличните и пневматичните части. Сглобяването се извършва по следния начин:

• Подравнете всички фиксиращи отвори с гнездата в картера, след което усилвателят се фиксира с чифт болтове с пружинни шайби.
• Свържете хидравличния маркуч и въздушната тръба.
• Монтиран е пружинният механизъм за изтегляне на вилката за освобождаване на съединителя.
• Спирачната течност се излива в компенсационния резервоар, след което хидравличната задвижваща система се изпомпва.
• Проверете отново херметичността на връзките за изтичане на работния флуид.
• Ако е необходимо, междината между крайната част на капака и ограничителя на хода на активатора на зъбния делител се регулира.

Схематична диаграма на свързването и разположението на монтажните елементи

Принципът на работа на CCGT KamAZ-5320 е по-лесен за разбиране, като изучавате диаграмата по-долу с обяснения.

• а - стандартна диаграма на взаимодействието на части на задвижването.
• b - местоположение и фиксиране на елементите на възела.
• 1 - педал на съединителя.
• 2 - главен цилиндър.
• 3 - цилиндрична част на пневматичния усилвател.
• 4 - последващ механизъм на пневматичната част.
• 5 - въздуховод.
• 6 - основен хидравличен цилиндър.
• 7 - превключващ съединител с лагер.
• 8 - лост.
• 9 - запас.
• 10 - маркучи и тръби на задвижването.

Въпросният възел има доста ясно и просто устройство. Въпреки това ролята му при управлението на камион е много важна. Използването на CCGT може значително да улесни управлението на машината и да повиши ефективността на превозното средство.