Vrste pgu. Zakaj graditi termoelektrarne s kombiniranim ciklom? Kakšne so prednosti obratov s kombiniranim ciklom

doma

Črpalke za vrtine

NIZOTLAČNE IN VISOKOTLAČNE INSTALACIJE ZA PROIZVODNJO PARE
Za proizvodnjo električne energije se uporabljajo kombinirane parne in plinske elektrarne (CCGT), združene v enem samem toplotnem krogu. Hkrati se doseže zmanjšanje specifične porabe goriva in kapitalskih stroškov. Najpogosteje se uporabljajo CCGT enote z visokotlačno enoto za generiranje pare (VNPPU) in z nizkotlačno parogeneracijsko enoto (NNPPU). Včasih se VNPPU imenujejo visokotlačni kotli.
Za razliko od kotlov, ki delujejo pod vakuumom s strani plina, se v zgorevalni komori in plinskih kanalih visokotlačnih in tlačnih kotlov ustvari relativno nizek tlak pri NNPPU (0,005-0,01 MPa) in se poveča pri VNPPU (0,5-0,7 MPa).
Za delo kotla pod tlakom so značilne številne pozitivne lastnosti. Tako je sesanje zraka v peč in plinske kanale popolnoma izključeno, kar vodi do zmanjšanja toplotnih izgub z odhajajočimi plini, pa tudi do zmanjšanja
zmanjšanje porabe električne energije za njihovo črpanje. Povečanje tlaka v zgorevalni komori odpira možnost premagovanja vseh zračnih in plinskih uporov zaradi ventilatorja puhala (vlek dima je lahko odsoten), kar vodi tudi do zmanjšanja porabe električne energije zaradi delovanja puhalne naprave v hladen zrak.
Ustvarjanje presežnega tlaka v zgorevalni komori vodi do ustreznega intenziviranja procesa zgorevanja goriva in vam omogoča znatno povečanje hitrosti plinov v konvektivnih elementih kotla do 200-300 m/s. Hkrati se poveča koeficient prenosa toplote iz plinov na ogrevalno površino, kar vodi do zmanjšanja dimenzij kotla. Hkrati njegovo delovanje pod pritiskom zahteva gosto oblogo in različne naprave, ki preprečujejo, da bi produkti zgorevanja izbili v prostor.

riž. 15.1. Shematski diagram obrata s kombiniranim ciklom z VNPPU:
/ - dovod zraka; 2 - kompresor; 3 - gorivo; 4 - zgorevalna komora; 5 - plinska turbina; 6 - izpušni plini; 7 - električni generator; 8 - kotel; 9 - parna turbina; 10 - kondenzator; // - črpalka; 12 - visokotlačni grelnik; 13 - regenerativni grelec izpušnih plinov (ekonomajzer)

Na sl. 15.1 prikazuje diagram obrata s kombiniranim ciklom (CCGT) z visokotlačnim kotlom. Zgorevanje goriva v peči takšnega kotla poteka pod tlakom do 0,6-0,7 MPa, kar vodi do znatnega znižanja stroškov kovine na površinah, ki sprejemajo toploto. Po kotlu produkti zgorevanja vstopijo v plinsko turbino, na gredi katere sta zračni kompresor in električni generator.
torus Para iz kotla vstopi v turbino z drugim električnim generatorjem.
Na sl. 15.2. Na T, n-diagramu: območja 1-2-3-4-1 - delo plinske stopnje bt, območje sye\abc - delo parne stopnje bn; 1-5-6-7-1 - izguba toplote z odhajajočimi plini; cbdc - izguba toplote v kondenzatorju. Plinska stopnja je delno zgrajena nad parno stopnjo, kar vodi do občutnega povečanja toplotne učinkovitosti instalacije.
Deluje visokotlačni kotel, ki ga je razvil NPO TsKTI, ima zmogljivost 62,5 kg/s. Kotel je vodnocevni, s prisilno cirkulacijo. Tlak pare 14 MPa, temperatura pregrete pare 545 °C. Gorivo---plin (kurilno olje) gori z prostorninsko gostoto sproščanja toplote približno 4 MW/m3. Produkti zgorevanja, ki zapuščajo kotel pri temperaturah do 775 ° C in tlakih do 0,7 MPa, se razširijo v plinski turbini do tlaka, ki je blizu atmosferskega. Izpušni plini pri temperaturi 460 °C vstopijo v ekonomajzer, nato pa imajo izpušni plini temperaturo okoli 120 °C.
Glavni toplotni diagram CCGT z VNPPU z močjo 200 MW je prikazan na sl. 15.3. Namestitev vključuje parno turbino K-160-130 in plinsko turbino GT-35/44-770. Iz kompresorja zrak vstopi v peč VNPPU, kamor se dovaja tudi gorivo. Visokotlačni plini po pregrevalniku pri temperaturi 770 ° C vstopijo v plinsko turbino in nato v ekonomajzer. Shema predvideva dodatno zgorevalno komoro, ki zagotavlja nazivno temperaturo plinov pred GTU, ko se obremenitev spremeni. Pri kombiniranih CCGT je specifična poraba goriva za 4-6 % manjša kot pri običajnih parnih turbinah, zmanjšajo pa se tudi kapitalske naložbe.

riž. 15.2. Т, ї-diagram za kombinirani parno-plinski cikel

Zgoraj smo obravnavali CCGT najpreprostejšega in najpogostejšega tipa - reciklažnega. Vendar pa je raznolikost PGU tako velika, da jih ni mogoče obravnavati v celoti. Zato bomo v nadaljevanju obravnavali glavne vrste CCGT, ki so za nas zanimive bodisi s temeljnega bodisi s praktičnega vidika. Hkrati jih bomo poskušali razvrstiti, ki bo tako kot vsaka razvrstitev pogojna.

Po svojem namenu se CCGT delijo na kondenzacijske in kurilne naprave. Prvi od njih proizvajajo samo električno energijo, drugi služijo tudi za ogrevanje omrežne vode v grelnikih, priključenih na parno turbino.

Glede na število delovnih teles, ki se uporabljajo v CCGT, jih delimo na binarne in mono. V binarnih napravah sta delovna tekočina plinskoturbinskega cikla (produkti zgorevanja zraka in goriva) in parnoturbinske naprave (voda in para) ločena. V monarnih napravah je delovna tekočina turbine mešanica produktov zgorevanja in vodne pare.

shema Monary CCGT prikazano na sl. 9.4. Izhodni plini GTU se pošljejo v kotel za odpadno toploto, v katerega se voda dovaja s napajalno črpalko 5 . Nastala para vstopi v zgorevalno komoro 2 , zmeša s produkti zgorevanja in nastala homogena zmes se pošlje v plin (bolj pravilno, v parno-plinsko turbino 3 . Pomen tega je jasen: del zraka, ki prihaja iz zračnega kompresorja in služi za znižanje temperature delovnih plinov na dovoljene trdnostne pogoje delov plinske turbine, nadomesti para, katere povečanje tlaka z dovodom črpalka v stanju vode porabi manj energije kot povečanje zračnega tlaka v kompresorju. Obenem, ker mešanica plina in pare zapusti kotel za odpadno toploto v obliki pare, toplota kondenzacije vodne pare, ki jo prejme v kotlu in je precejšnja, gre v dimnik.

Tehnična težava pri organizaciji kondenzacije pare iz mešanice hlapov in plina in s tem povezana potreba po nenehnem delovanju močne čistilne naprave je glavna pomanjkljivost mono-tipa CCGT.

riž. 9.4. Glavni diagram mono CCGT

V tujini se je opisana monarna instalacija imenovala STIG (iz Steam Iniected Gas Turbine). V glavnem jih gradi General Electric v kombinaciji s plinskimi turbinami sorazmerno nizke moči. V tabeli. 9.1 prikazuje podatke družbe General Electric, ki ponazarjajo povečanje moči in učinkovitosti motorja pri uporabi parnega vbrizgavanja.

Tabela 9.1

Spremembe moči in učinkovitosti, ko se para uvede v zgorevalno komoro mono-tipa CCGT

Vidi se, da se pri vbrizgavanju pare povečata tako moč kot učinkovitost.

Zgoraj omenjene pomanjkljivosti niso privedle do širše uporabe monotipskih CCGT, vsaj za namene proizvodnje električne energije v močnih TE.

V Južno-turbinski elektrarni (Nikolajev, Ukrajina) je bila zgrajena demonstracijska monotipska CCGT enota z zmogljivostjo 16 MW.

Večina CCGT je binarnega tipa. Obstoječe binarne CCGT lahko razdelimo na pet vrst:

Uporaba CCGT. V teh enotah se toplota izpušnih plinov plinske turbine izkorišča v kotlih na odpadno toploto za proizvodnjo pare z visokimi parametri, ki se uporablja v ciklu parne turbine. Glavne prednosti uporabe CCGT v primerjavi s CCGT so visok izkoristek (v prihodnjih letih bo njihov izkoristek presegel 60 %), bistveno nižja kapitalska vlaganja, manjša potreba po hladilni vodi, nizke škodljive emisije in visoka okretnost. Kot je prikazano zgoraj, uporaba CCGT zahteva zelo ekonomične visokotemperaturne plinske turbine z visokimi temperaturami dimnih plinov za ustvarjanje visoko zmogljive pare za parno turbinsko napravo (STP). Sodobne plinske turbine, ki izpolnjujejo te zahteve, lahko še vedno delujejo na zemeljski plin ali na lahka tekoča goriva.

CCGT z izpustom izstopnih plinov plinske turbine v električni kotel. Pogosto se takšne CCGT imenujejo na kratko "smetišče", ali CCGT z nizkotlačni parni generator(slika 9.5).

riž. 9.5. Shema CCGT odpadkov

V njih se toplota izpušnih plinov plinske turbine, ki vsebujejo zadostno količino kisika, pošlje v električni kotel in nadomešča zrak v njem, ki ga dovajajo puhala kotla iz ozračja. Hkrati ni potrebe po grelniku zraka kotla, saj imajo izpušni plini plinske turbine visoko temperaturo. Glavna prednost odpadnega kroga je možnost uporabe poceni energijskih trdnih goriv v ciklu parne turbine.

V odpadnem CCGT se gorivo pošilja ne samo v zgorevalno komoro plinske turbine, temveč tudi v električni kotel (slika 9.5), plinska turbina pa deluje na lahko gorivo (plin ali dizelsko gorivo), električni kotel pa deluje na katero koli gorivo. V odpadnem CCGT se izvajata dva termodinamična cikla. Toplota, ki vstopi v zgorevalno komoro plinske turbine skupaj z gorivom, se pretvori v električno energijo na enak način kot pri izrabi CCGT, t.j. z izkoristkom 50 % in toploto, ki se dovaja električnemu kotlu - kot v običajnem ciklu parne turbine, t.j. z učinkovitostjo 40%. Vendar pa dovolj visoka vsebnost kisika v izpušnih plinih plinske turbine, pa tudi potreba po majhnem razmerju presežka zraka za močnim kotlom vodijo v dejstvo, da je delež moči cikla parne turbine približno 2/3, in delež moči plinske turbine je 1/3 (v nasprotju z izkoriščenostjo CCGT , kjer je to razmerje inverzno). Zato je učinkovitost odpadnega CCGT približno

tiste. bistveno manj kot pri recikliranem CCGT. Okvirno lahko štejemo, da je v primerjavi s konvencionalnim parnim turbinskim ciklom prihranek goriva pri uporabi odpadne CCGT enote približno polovico manjši od prihranka goriva v enoti CCGT, ki uporablja.

Poleg tega se shema odpadnega CCGT izkaže za zelo zapleteno, saj je treba zagotoviti avtonomno delovanje dela parne turbine (v primeru okvare GTP) in ker v kotlu ni grelnika zraka ( navsezadnje vroči plini iz GTP med delovanjem CCGT vstopijo v električni kotel), je treba namestiti posebne grelnike, ki segrevajo zrak, preden ga dovedejo v električni kotel.

Glavna literatura:

Vaš lasten povzetek;

Osnove sodobne energetike: Tečaj predavanj za vodje energetskih podjetij. V dveh delih. / Pod splošnim uredništvom Corr. RAS E.V. Ametistova. ISBN 5-7046-0889-2. 1. del. Sodobna toplotna energija / Trukhniy A.D., Makarov A.A., Klimenko V.V. - M.: Založba MPEI, 2002. - 368 str., ilustr. ISBN 5-7046-0890-6 (1. del). 2. del. Sodobna elektroenergetika / Ed. profesorja A.P. Burman in V.A. Stroeva. - M.: Založba MPEI, 2003. - 454 str., ilustr. ISBN 5-7046-0923-6 (2. del)

kombinirani cikel se imenujejo elektrarne (PGU), pri katerem se toplota izpušnih plinov plinske turbine neposredno ali posredno uporablja za proizvodnjo električne energije v ciklu parne turbine.

Na sl. 4.10 prikazuje shematski diagram najpreprostejše naprave s kombiniranim ciklom, tako imenovanega tipa uporabe. Odhajajoči plini iz plinske turbine se dovajajo kotel na odpadno toploto- toplotni izmenjevalnik protitočnega tipa, v katerem se zaradi toplote vročih plinov pridobi para visokih parametrov, ki se usmeri v parno turbino.

Slika 4.10. Shematski diagram najpreprostejše obrate s kombiniranim ciklom

Kotel na odpadno toploto je pravokotni jašek, v katerem se nahajajo ogrevalne površine, ki jih tvorijo rebraste cevi, znotraj katerih se dovaja delovna tekočina parnoturbinske naprave (voda ali para). V najpreprostejšem primeru so ogrevalne površine kotla na odpadno toploto sestavljene iz treh elementov: ekonomizatorja 3, uparjalnika 2 in pregrevalnika 1. Osrednji element je uparjalnik, sestavljen iz bobna 4 (dolg cilinder, do polovice napolnjen z vodo), več odvodnih cevi 7 in precej gosto nameščenih navpičnih cevi samega uparjalnika 8. Uparjalnik deluje na principu naravne konvekcije. Cevi uparjalnika se nahajajo v območju višjih temperatur kot spustne cevi. Zato se v njih voda segreje, delno izhlapi in zato postane lažja in se dvigne v boben. Izpraznjeni prostor se napolni s hladnejšo vodo skozi odvodne cevi iz bobna. Nasičena para se zbira v zgornjem delu bobna in se pošlje v cevi pregrevalnika 1. Pretok pare iz bobna 4 se kompenzira z dovodom vode iz ekonomajzerja 3. V tem primeru se vhodna voda pred popolnoma izhlapi, bo večkrat prešel skozi izparilne cevi. Zato se opisani kotel na odpadno toploto imenuje kotel z naravno cirkulacijo.

V ekonomizatorju se vhodna napajalna voda segreje skoraj do vrelišča. Iz bobna pride suha nasičena para v pregrelnik, kjer se pregreje nad temperaturo nasičenja. Temperatura nastale pregrete pare t 0 je seveda vedno manjša od temperature plinov q G ki prihaja iz plinske turbine (običajno 25 - 30 °C).

Pod shemo kotla na odpadno toploto na sl. 4.10 prikazuje spremembo temperatur plinov in delovne tekočine, ko se premikajo drug proti drugemu. Temperatura plinov se postopoma znižuje od vrednosti q Г na vstopu do vrednosti q ux temperature izpušnih plinov. premika proti Napajalna voda dvigne svojo temperaturo v ekonomajzerju do vrelišča(pika a). S to temperaturo (na meji vrenja) voda vstopi v uparjalnik. Izhlapi vodo. Hkrati se njegova temperatura ne spremeni (proces a - b). Na točki b delovna tekočina je v obliki suhe nasičene pare. Nadalje se v pregrevalniku pregreje na vrednost t 0 .

Para, ki nastane na izstopu iz pregrevalnika, se pošlje v parno turbino, kjer ob ekspanziji deluje. Iz turbine izpušna para vstopi v kondenzator, kondenzira in s pomočjo napajalne črpalke 6 , ki poveča tlak napajalne vode, se pošlje nazaj v kotel za odpadno toploto.

Tako je temeljna razlika med parno elektrarno (SPE) CCGT in konvencionalno CCG termoelektrarne le v tem, da gorivo ne zgoreva v kotlu na odpadno toploto, in toplota, potrebna za delovanje CCGT CCGT se vzame iz izpušnih plinov plinske turbine. Splošni pogled kotla na odpadno toploto je prikazan na sliki 4.11.

Slika 4.11. Splošni pogled na kotel na odpadno toploto

Elektrarna s CCGT je prikazana na sl. 4.12, ki prikazuje TE s tremi agregati. Vsak agregat je sestavljen iz dveh sosednjih plinskih turbin 4 tip V94.2 Siemens, od katerih vsak svoje visokotemperaturne dimne pline pošilja v svoj kotel na odpadno toploto 8 . Para, ki jo ustvarijo ti kotli, se pošlje v eno parno turbino 10 z električnim generatorjem 9 in kondenzator, ki se nahaja v kondenzacijskem prostoru pod turbino. Vsaka taka elektrarna ima skupno moč 450 MW (vsaka plinska turbina in parna turbina imata zmogljivost približno 150 MW). Med izstopnim difuzorjem 5 in kotel na odpadno toploto 8 nameščen obvod (bypass) dimnik 12 in plinotesna vrata 6 .

Slika 4.12. Elektrarna s CCGT

Glavne prednosti PGU.

1. Kombinirana elektrarna je trenutno najbolj varčen motor, ki se uporablja za proizvodnjo električne energije.

2. Obrat s kombiniranim ciklom je okolju najbolj prijazen motor. Najprej je to posledica visoke učinkovitosti – navsezadnje se vsa toplota v gorivu, ki je ni bilo mogoče pretvoriti v električno energijo, sprosti v okolje in pride do njegovega toplotnega onesnaženja. Zato zmanjšanje toplotnih emisij CCGT v primerjavi s parno močjo približno ustreza zmanjšanju porabe goriva za proizvodnjo električne energije.

3. Kombiniranociklični obrat je zelo vodljiv motor, ki ga po okretnosti lahko primerja le avtonomna plinska turbina. Potencialno visoko manevriranje PTU zagotavlja prisotnost GTP v njegovi shemi, katere sprememba obremenitve se zgodi v nekaj minutah.

4. Pri enaki zmogljivosti TE na parni pogon in TE s kombiniranim ciklom je poraba hladilne vode CCGT približno trikrat manjša. To določa dejstvo, da je moč parnega dela CCGT 1/3 celotne moči, GTU pa praktično ne potrebuje hladilne vode.

5. CCGT ima nižji strošek na nameščeno enoto zmogljivosti, kar je povezano z manjšim volumnom konstrukcijskega dela, odsotnostjo zapletenega močnega kotla, dragega dimnika, regenerativnega sistema ogrevanja napajalne vode, uporabe enostavnejšega parna turbina in sistem za oskrbo z vodo.

ZAKLJUČEK

Glavna pomanjkljivost vseh termoelektrarn je, da so vse vrste uporabljenega goriva nenadomestljivi naravni viri, ki jih postopoma zmanjkuje. Poleg tega termoelektrarne porabijo precejšnjo količino goriva (vsak dan ena državna daljinska elektrarna z zmogljivostjo 2000 MW dnevno pokuri dva železniška vlaka premoga) in so okolju najbolj »umazan« vir električne energije, še posebej, če delujejo na žveplova goriva z visoko vsebnostjo pepela. Zato trenutno poleg uporabe jedrskih in hidravličnih elektrarn poteka razvoj elektrarn na obnovljive ali druge alternativne vire energije. A kljub vsemu so termoelektrarne glavni proizvajalci električne energije v večini držav sveta in bodo tako ostale vsaj še naslednjih 50 let.

KONTROLNA VPRAŠANJA ZA PREDAVANJE 4

1. Toplotna shema SPTE - 3 točke.

2. Tehnološki proces proizvodnje električne energije v termoelektrarnah - 3 točke.

3. Postavitev sodobnih termoelektrarn - 3 točke.

4. Značilnosti GTU. Strukturni diagram GTU. Učinkovitost GTU - 3 točke.

5. Toplotni diagram plinske turbine - 3 točke.

6. Značilnosti CCGT. Strukturna shema PGUU. Učinkovitost CCGT - 3 točke.

7. Toplotni diagram CCGT - 3 točke.

PREDAVANJE 5

NUKLEARNE ELEKTRARNE. GORIVO ZA NEK. NAČELO DELOVANJA JEDRSKEGA REAKTORJA. PROIZVODNJA ENERGIJE V NEK S TERMIČNIMI REAKTORJI. REAKTORJI ZA HITRI NEVTRONE. PREDNOSTI IN POMANJKLJIVOSTI SODOBNIH NEK

Osnovni koncepti

Nuklearna elektrarna(NEK) je elektrarna, pridobivanje električne energije s pretvorbo toplotne energije, ki se sprosti v jedrskem reaktorju (reaktorjih) kot posledica nadzorovane verižne reakcije cepitve (cepitve) jeder atomov urana. Temeljna razlika med jedrsko elektrarno in termoelektrarno je v tem, da se namesto parnega generatorja uporablja jedrski reaktor - naprava, v kateri se izvaja nadzorovana jedrska verižna reakcija, ki jo spremlja sproščanje energije.

Radioaktivne lastnosti urana je prvi odkril francoski fizik Antoine Becquerel leta 1896. angleški fizik Ernest Rutherford prvič izvedel umetno jedrsko reakcijo pod delovanjem delcev leta 1919. nemški fiziki Otto Hahn in Fritz Strassman odprli leta 1938 , da se cepitev težkih uranovih jeder ob bombardiranju z nevtroni ki ga spremlja sproščanje energije. Dejanska uporaba te energije je postala vprašanje časa.

Prvi jedrski reaktor je bil zgrajen decembra 1942 v ZDA skupina fizikov na Univerzi v Chicagu, ki jo vodi italijanski fizik Enrico Fermi. Reakcija jedrske cepitve urana brez dušenja je bila izvedena prvič. Jedrski reaktor, imenovan SR-1, je bil sestavljen iz grafitnih blokov, med katerimi so bile kroglice naravnega urana in njegovega dioksida. Hitri nevtroni, ki se pojavijo po jedrski cepitvi 235 U, jih je grafit upočasnil v toplotne energije, nato pa povzročil novo jedrsko cepitev. Reaktorje, v katerih glavni delež cepitev nastane pod delovanjem toplotnih nevtronov, imenujemo termični (počasni) nevtronski reaktorji; v takih reaktorjih je veliko več moderatorja kot urana.

V Evropi je bil prvi jedrski reaktor F-1 izdelan in zagnan decembra 1946 v Moskvi. skupina fizikov in inženirjev pod vodstvom akademika Igor Vasiljevič Kurčatov. Reaktor F-1 je bil sestavljen iz grafitnih blokov in je imel obliko krogle s premerom približno 7,5 m. V osrednjem delu krogle s premerom 6 m so bile v luknje grafitnih blokov nameščene uranove palice . Reaktor F-1, tako kot SR-1, ni imel hladilnega sistema, zato je deloval pri nizkih ravneh moči: od frakcij do enot vata.

Rezultati raziskav na reaktorju F-1 so služili kot osnova za projekte za industrijske reaktorje. Leta 1948 so se pod vodstvom I. V. Kurchatova začela dela na praktični uporabi atomske energije za proizvodnjo električne energije.

Prva industrijska jedrska elektrarna na svetu z močjo 5 MW je bila zagnana 27. junija 1954 v mestu Obninsk v regiji Kaluga.. Leta 1958 je začela obratovati 1. faza Sibirske NEK z zmogljivostjo 100 MW (polna projektna zmogljivost 600 MW). Istega leta se je začela gradnja industrijske jedrske elektrarne Beloyarsk, aprila 1964 pa je generator 1. stopnje oskrboval potrošnike z električno energijo. Septembra 1964 je bil zagnan 1. blok NEN Novovoronež z zmogljivostjo 210 MW. Drugi blok z zmogljivostjo 350 MW je bil zagnan decembra 1969. Leta 1973 je bila zagnana jedrska elektrarna Leningrad.

V Združenem kraljestvu je bila prva industrijska jedrska elektrarna z zmogljivostjo 46 MW zagnana leta 1956 v Calder Hallu. Leto pozneje je v Shippingportu (ZDA) začela obratovati jedrska elektrarna z močjo 60 MW.

Vodilni svetovni proizvajalci jedrske električne energije so: ZDA (788,6 milijarde kWh/leto), Francija (426,8 milijarde kWh/leto), Japonska (273,8 milijarde kWh/leto), Nemčija (158,4 milijarde kWh/leto) in Rusija (154,7 milijarde kWh/leto). V začetku leta 2004 je na svetu delovalo 441 jedrskih reaktorjev, ruski TVEL OJSC dobavlja gorivo za 75 od njih.

Največja jedrska elektrarna v Evropi je NEK Zaporožje v Energodarju (Ukrajina) - 6 jedrskih reaktorjev s skupno zmogljivostjo 6 GW. Največja jedrska elektrarna na svetu - Kashiwazaki-Kariva (Japonska) - pet vrelih jedrskih reaktorjev ( BWR) in dva napredna reaktorja z vrelo vodo ( ABWR), katerega skupna zmogljivost je 8,2 GW.

Trenutno v Rusiji obratujejo naslednje jedrske elektrarne: Balakovo, Beloyarskaya, Bilibinskaya, Rostovskaya, Kalininskaya, Kola, Kurskaya, Leningradskaya, Novovoronezhskaya, Smolenskaya.

Razvoj osnutka Energetske strategije Rusije za obdobje do leta 2030 predvideva povečanje proizvodnje električne energije v jedrskih elektrarnah za 4-krat.

Jedrske elektrarne so razvrščene glede na reaktorje, nameščene na njih:

l reaktorji s toplotnimi nevtroni , z uporabo posebnih moderatorjev za povečanje verjetnosti absorpcije nevtrona z jedri atomov goriva;

l reaktorji s hitrimi nevtroni .

Glede na vrsto dobavljene energije se jedrske elektrarne delijo na:

l jedrske elektrarne (NPP), zasnovane samo za proizvodnjo električne energije;

l jedrske kombinirane toplotne in elektrarne (ATPP), ki proizvajajo tako električno kot toploto.

Trenutno so samo v Rusiji možnosti za gradnjo jedrskih toplotnih postaj.

NPP ne uporablja zraka za oksidacijo goriva, ne oddaja pepela, žveplovih oksidov, ogljika itd. v ozračje, ima nižje radioaktivno ozadje kot pri termoelektrarni, a tako kot termoelektrarna porabi ogromno vode za hlajenje kondenzatorjev.

Gorivo za jedrske elektrarne

Glavna razlika med jedrsko elektrarno in termoelektrarno je uporaba jedrskega goriva namesto fosilnih goriv. Jedrsko gorivo se pridobiva iz naravnega urana, ki ga kopljejo bodisi v rudnikih (Niger, Francija, Južna Afrika), bodisi v odprtih kopah (Avstralija, Namibija) ali s podzemnim izpiranjem (Kanada, Rusija, ZDA). Uran je v naravi zelo razširjen, vendar ni bogatih nahajališč uranovih rud. Uran se nahaja v različnih kamninah in vodi v razpršenem stanju. Naravni uran je mešanica pretežno necepljivega izotopa urana 238 U(več kot 99 %) in cepljivi izotop 235 U (približno 0,71 %), ki je jedrsko gorivo (1 kg 235 U sprosti energijo, ki je enaka kalorični vrednosti približno 3000 ton premoga).

Za delovanje reaktorjev jedrskih elektrarn, obogatitev urana. Da bi to naredili, se naravni uran po predelavi pošlje v obrat za obogatitev, kjer se 90 % naravnega osiromašenega urana pošlje v skladišče, 10 % pa se obogati na 3,3 - 4,4 %.

Iz obogatenega urana (natančneje, uranovega dioksida UO 2 ali uranovih oksidov U 2 O 2) so narejeni gorivni elementi - gorivne palice- valjaste tablete s premerom 9 mm in višino 15-30 mm. Te tablete so zaprte za zrak cirkonij(absorpcija nevtronov s cirkonijem je 32,5-krat manjša kot pri jeklu) tanke stenske cevi dolga približno 4 m. Gorivne palice so sestavljene v gorivne sklope (FA) po več sto kosov.

Vsi nadaljnji procesi jedrske cepitve 235 U s tvorbo fisijskih drobcev, radioaktivnih plinov itd. se dogajajo znotraj zaprtih cevi gorivnih palic.

Po postopnem ločevanju 235 U in zmanjšanje njegove koncentracije na 1,26 % ko se moč reaktorja znatno zmanjša, se gorivni sklopi odstranijo iz reaktorja, se nekaj časa hranijo v bazenu za izrabljeno gorivo, nato pa se pošljejo v radiokemično tovarno v predelavo.

Tako za razliko od termoelektrarn, kjer običajno gorivo v celoti izgorejo, v jedrskih elektrarnah je nemogoče 100-odstotno razdeliti jedrsko gorivo. Zato je nemogoče izračunati izkoristek v NEK na podlagi specifične porabe standardnega goriva. Za oceno učinkovitosti agregata NEK se uporablja neto faktor izkoristka

kjer je ustvarjena energija, je toplota, sproščena v reaktorju ob istem času in ob istem času.

Tako izračunan izkoristek NEK je 30–32 %, vendar ga ni povsem legitimno primerjati z izkoristkom TPP 37–40 %.

Poleg izotopa urana 235 se kot jedrsko gorivo uporabljajo tudi:

uranov izotop 233 ( 233 U) ;
plutonijev izotop 239 ( 239 Pu);
torijev izotop 232 ( 232th) (s pretvorbo v 233 U).

Žal je prehod na izgradnjo SPTE s kombiniranim ciklom (CCGT SPTE) namesto parnih turbin privedel do še močnejšega zmanjšanja proizvodnje toplote v celotni proizvodnji energije. To pa vodi do povečanja energetske intenzivnosti BDP in zmanjšanja konkurenčnosti domačih proizvodov ter povečanja stroškov stanovanjskih in komunalnih storitev.

¦ visok izkoristek proizvodnje električne energije v SPTE SPTE po kondenzacijskem ciklu do 60 %;

¦ Težave pri lociranju SPTE SPTE v razmerah gostega urbanega razvoja, pa tudi povečanje oskrbe mest z gorivom;

¦ Po ustaljeni tradiciji so SPTE SPTE, kot tudi parnoturbinske postaje, opremljene s kogeneracijskimi turbinami tipa T.

Gradnja SPTE s turbinami tipa P od 90. let prejšnjega stoletja. prejšnjega stoletja, je bilo praktično ukinjeno. V času pred perestrojko so industrijska podjetja predstavljala približno 60 % toplotne obremenitve v mestih. Njihove potrebe po toploti za izvajanje tehnoloških procesov med letom so bile dokaj stabilne. V jutranjih in večernih konicah mestne porabe električne energije so bile konice oskrbe z električno energijo izravnane z uvedbo ustreznih režimov za omejevanje dobave električne energije industrijskim podjetjem. Vgradnja turbin tipa P v SPTE je bila ekonomsko upravičena zaradi njihove nižje cene in učinkovitejše rabe energentov v primerjavi s turbinami tipa T.

V zadnjih 20 letih se je zaradi močnega upada industrijske proizvodnje režim oskrbe mest z energijo močno spremenil. Trenutno mestne SPTE obratujejo po urniku ogrevanja, v katerem je poletna toplotna obremenitev le 15-20% izračunane vrednosti. Dnevni urnik porabe električne energije je postal bolj neenakomeren zaradi vključevanja električne obremenitve prebivalstva v večernih urah, kar je povezano z velikim porastom oskrbe prebivalstva z električnimi gospodinjskimi aparati. Poleg tega se je izkazalo, da ni mogoče izravnati načrta porabe energije z uvedbo ustreznih omejitev za industrijske odjemalce zaradi njihovega majhnega deleža v skupni porabi energije. Edini ne zelo učinkovit način za rešitev problema je bilo znižanje večernega maksimuma z uvedbo znižanih tarif ponoči.

Zato se je v parnoturbinskih SPTE s turbinami tipa P, kjer sta proizvodnja toplotne in električne energije med seboj strogo povezana, uporaba takšnih turbin izkazala za nedonosno. Protitlačne turbine se zdaj proizvajajo samo z nizko močjo, da se izboljša učinkovitost mestnih parnih kotlov s preklopom v način soproizvodnje.

Tako ustaljen pristop se je ohranil tudi pri gradnji CCGT SP. Hkrati ni togega razmerja med dobavo toplote in električne energije v kombiniranem ciklu. Na teh postajah s turbinami tipa P se lahko pokritost večerne maksimalne električne obremenitve izvede z začasnim povečanjem dobave električne energije v plinskoturbinskem ciklu. Kratkotrajno zmanjšanje oskrbe s toploto v sistemu oskrbe s toploto ne vpliva na kakovost ogrevanja zaradi zmogljivosti akumulacije toplote stavb in ogrevalnega omrežja.

Shematski diagram CCGT SPTE s protitlačnimi turbinami vključuje dve plinski turbini, kotel na odpadno toploto, turbino tipa P in vršni kotel (slika 2). Kotel, ki ga je mogoče namestiti izven mesta CCGT, na diagramu ni prikazan.

Iz sl. 2 je razvidno, da je CCGT SPTE sestavljena iz plinskoturbinske naprave, ki jo sestavljajo kompresor 1, zgorevalna komora 2 in plinska turbina 3. toplotni izmenjevalniki, v katerih se segreva voda, para ločuje v nizkotlačnih bobnih 7 in visokotlačnih tlak 8, se pošlje v parno turbinsko enoto (STP) 11. Poleg tega nizkotlačna nasičena para vstopi v vmesni odsek STP, visokotlačna para pa se predgreje v kotlu za odpadno toploto in pošlje v glavo STP. izstop iz STP se kondenzira v omrežnem vodnem toplotnem izmenjevalniku 12 in se s kondenzatnimi črpalkami 13 pošlje v grelnik plinskega kondenzata 14, nato pa se pošlje v deaerator 9 in iz njega v CU.

S toplotno obremenitvijo, ki ne presega osnovne, postaja obratuje v celoti po ogrevalnem urniku (ATES=1). Če toplotna obremenitev preseže osnovno obremenitev, se vklopi vršni kotel. Potrebna količina električne energije prihaja iz zunanjih virov proizvodnje prek mestnih električnih omrežij.

Vendar pa so možne situacije, ko povpraševanje po električni energiji presega obseg njene dobave iz zunanjih virov: v mrzlih dneh s povečanjem porabe električne energije z gospodinjskimi grelnimi napravami; v primeru nesreč v proizvodnih objektih in v električnih omrežjih. V takih situacijah je zmogljivost plinskih turbin pri tradicionalnem pristopu tesno povezana z zmogljivostjo kotla na odpadno toploto, kar pa narekuje potreba po toplotni energiji v skladu z ogrevalnim načrtom in morda ne zadostuje za izpolnjevanje povečano povpraševanje po električni energiji.

Za pokritje nastalega pomanjkanja električne energije plinska turbina delno preide na odvajanje odpadnih produktov zgorevanja poleg kotla na odpadno toploto neposredno v ozračje. Tako je CCGT SPTE začasno prestavljena v mešani način - s kombiniranim ciklom in cikli plinske turbine.

Znano je, da imajo plinske turbine visoko manevriranje (stopnja pridobivanja in izgube električne energije). Zato naj bi jih tudi v sovjetskih časih uporabljali skupaj s črpalnimi akumulacijskimi postajami za glajenje režima oskrbe z električno energijo.

Poleg tega je treba opozoriti, da se moč, ki jo razvijejo, poveča z znižanjem zunanje temperature, pri nizkih temperaturah v najhladnejši sezoni pa opazimo največjo porabo energije. To je prikazano v tabeli.

Ko moč doseže več kot 60 % izračunane vrednosti, so emisije škodljivih plinov NOx in CO minimalne (slika 3).

V neogrevalnem obdobju, da bi preprečili zmanjšanje moči plinskih turbin za več kot 40%, se ena od njih izklopi.

Povečanje energetske učinkovitosti SPTE je mogoče doseči s centralizirano oskrbo s hlajenjem v mestnih mikrookrožjih. V izrednih razmerah v CCGT SPTE je priporočljivo zgraditi plinskoturbinske enote majhne moči v ločenih zgradbah.

Na območjih gostega urbanega razvoja velikih mest je pri rekonstrukciji obstoječih SPTE z izrabljenimi parnimi turbinami priporočljivo na njihovi podlagi ustvariti CCGT SPTE s turbinami tipa R. Posledično se znatna območja, ki jih zaseda hladilni sistem (hladilni stolpi). , itd.), ki se lahko uporabijo za druge namene.

Primerjava CCGT SPTE s protitlačnimi turbinami (tip P) in CCGT SPTE s turbinami za odvajanje kondenzata (tip T) nam omogoča, da naredimo naslednje ugotovitve.

1. V obeh primerih je izkoristek goriva odvisen od deleža proizvodnje električne energije glede na porabo toplote v skupnem obsegu proizvodnje.
2. V CCGT SPTE s turbinami tipa T se toplotne izgube v kondenzatnem hladilnem krogu pojavljajo skozi vse leto; največje izgube so v poletnem obdobju, ko je količina porabe toplote omejena le na oskrbo s toplo vodo.
3. V SPTE SPTE s turbinami tipa R se izkoristek elektrarne zmanjša le za omejeno časovno obdobje, ko je treba pokriti pomanjkanje oskrbe z električno energijo.
4. Manevrske lastnosti (hitrosti nakladanja in razkladanja) plinskih turbin so večkrat višje kot pri parnih turbinah.

Tako so za pogoje gradnje postaj v središčih velikih mest CCGT SPTE s protitlačnimi turbinami (tip P) v vseh pogledih boljše od kombiniranih SPTE s turbinami za odvajanje kondenzata (tip T). Potrebujejo veliko manjšo površino za namestitev, so varčnejši glede porabe goriva in tudi njihov vpliv na okolje je manjši.

Za to pa je treba ustrezno spremeniti regulativni okvir za načrtovanje obratov s kombiniranim ciklom.

Praksa zadnjih let kaže, da investitorji, ki gradijo primestne CCGT SPTE in na dokaj prostih območjih, dajejo prednost proizvodnji električne energije, oskrbo s toploto pa obravnavajo kot stransko dejavnost. To je razloženo z dejstvom, da lahko učinkovitost postaj, tudi v kondenzacijskem načinu, doseže 60%, gradnja toplovodov pa zahteva dodatne stroške in številne dogovore z različnimi strukturami. Posledično je koeficient oskrbe s toploto SPTE lahko manjši od 0,3.

Zato pri projektiranju CCGT SPTE ni priporočljivo, da bi vsaka posamezna naprava v tehnično rešitev vključila optimalno vrednost ATES. Naloga je najti optimalen delež daljinskega ogrevanja v sistemu oskrbe s toploto celotnega mesta.

Zdaj je koncept gradnje močnih termoelektrarn v krajih, kjer se pridobiva gorivo, daleč od velikih mest, razvit v sovjetskih časih, ponovno postal aktualen. To narekuje tako povečanje deleža uporabe lokalnih goriv v gorivno-energetskem kompleksu regij kot ustvarjanje novih zasnov toplotnih cevovodov (polaganje zraka) s skoraj zanemarljivim padcem temperaturnega potenciala med transportom. hladilne tekočine.

Takšne termoelektrarne je mogoče ustvariti na podlagi cikla parne turbine z neposrednim zgorevanjem lokalnega goriva in kombiniranega cikla z uporabo plina, proizvedenega v plinskih generatorjih.

Kaj je naprava KamAZ-5320 CCGT? To vprašanje zanima veliko začetnikov. Ta okrajšava lahko privede do zmedenosti nevedne osebe. Pravzaprav je CCGT pnevmatski.Upoštevajte značilnosti te naprave, njeno načelo delovanja in vrste vzdrževanja, vključno s popravili.

1 - kroglasta matica s protimatico.
2 - potiskalnik bata deaktivatorja sklopke.
3 - zaščitni pokrov.
4 - bat za sprostitev sklopke.
5 - zadnji del okostja.
6 - kompleksna tesnilna masa.
7 - sledilni bat.
8 - obvodni ventil s pokrovčkom.
9 - zaslonka.
10 - vstopni ventil.
11 - izhodni analog.
12 - bat pnevmatskega tipa.
13 - odtočni čep (za kondenzat).
14 - sprednji del telesa.
"A" - dobava delovne tekočine.
"B" - tok stisnjenega zraka.

Namen in naprava

Tovornjak je precej masivno in veliko vozilo. Njegovo upravljanje zahteva izjemno fizično moč in vzdržljivost. Naprava KamAZ-5320 CCGT olajša prilagajanje vozila. To je majhna, a uporabna naprava. Omogoča ne le poenostavitev dela voznika, ampak tudi poveča produktivnost dela.

Zadevno vozlišče je sestavljeno iz naslednjih elementov:

Potiskalnik bata in nastavitvena matica.
Pnevmatski in hidravlični bat.
Vzmetni mehanizem, menjalnik s pokrovom in ventilom.
Sedež membrane, krmilni vijak.
in sledilec bata.

Posebnosti

Sistem ohišja ojačevalnika je sestavljen iz dveh elementov. Sprednji del je izdelan iz aluminija, zadnji del pa iz litega železa. Med deli je predvideno posebno tesnilo, ki igra vlogo tesnila in diafragme. Sledilni mehanizem uravnava spremembo zračnega tlaka na pnevmatskem batu v avtomatskem načinu. Ta naprava vključuje tudi tesnilno manšeto, vzmeti z diafragmami, pa tudi sesalne in izpušne ventile.

Načelo delovanja

Ko se pedal sklopke pritisne pod tlakom tekočine, naprava KamAZ-5320 CCGT pritisne na sledilno palico in bat, po katerem se zasnova skupaj z membrano premakne, dokler se vstopni ventil ne odpre. Nato se zračna mešanica iz pnevmatskega sistema avtomobila dovaja na pnevmatski bat. Posledično se seštejejo napori obeh elementov, kar omogoča umik vilic in izklop sklopke.

Ko nogo odstranite s pedala sklopke, tlak glavne tekočine za dovod pade na nič. Posledično se zmanjša obremenitev hidravličnih batov aktuatorja in sledilca. Zaradi tega se bat hidravličnega tipa začne premikati v nasprotni smeri, zapre vstopni ventil in blokira pretok tlaka iz sprejemnika. Tlačna vzmet, ki deluje na sledilni bat, ga popelje v prvotni položaj. Zrak, ki prvotno reagira s pnevmatskim batom, se odvaja v ozračje. Palica z obema batoma se vrne v prvotni položaj.

Proizvodnja

Naprava KamAZ-5320 CCGT je primerna za številne modifikacije modelov tega proizvajalca. Večina starih in novih traktorjev, prekucnikov, vojaških možnosti je opremljena s pnevmohidravličnim servo volanom. Sodobne modifikacije, ki jih proizvajajo različna podjetja, imajo naslednje oznake:

Nadomestni deli KamAZ (PGU) proizvajalca JSC "KamAZ" (kataloška številka 5320) z navpično postavitvijo sledilne naprave. Naprava nad ohišjem valja se uporablja pri različicah pod indeksom 4310, 5320, 4318 in nekaterih drugih.
WABCO. CCGT pod to blagovno znamko so izdelani v ZDA, odlikujejo jih zanesljivost in kompaktne dimenzije. Ta konfiguracija je opremljena s sistemom za spremljanje stanja oblog, katerega stopnjo obrabe je mogoče določiti brez demontaže pogonske enote. Večina tovornjakov iz serije 154 je opremljena s to pnevmohidravlično opremo.
Pnevmohidravlični ojačevalnik sklopke "WABKO" za modele z menjalnikom tipa ZF.
Analogi, proizvedeni v tovarni v Ukrajini (Volchansk) ali Turčiji (Yumak).

Glede izbire ojačevalnika strokovnjaki priporočajo nakup iste znamke in modela, ki je bil prvotno nameščen na stroju. To bo zagotovilo najbolj pravilno interakcijo med ojačevalnikom in mehanizmom sklopke. Preden vozlišče spremenite v novo različico, se posvetujte s strokovnjakom.

Storitev

Za vzdrževanje delovnega stanja vozlišča se izvajajo naslednja dela:

Vizualni pregled za odkrivanje vidnih puščanj zraka in tekočine.
Zategovanje pritrdilnih vijakov.
Nastavitev prostega gibanja potiska s kroglasto matico.
Dolivanje delovne tekočine v sistemski rezervoar.

Omeniti velja, da je pri prilagajanju KamAZ-5320 CCGT modifikacije Wabco obraba oblog sklopke zlahka vidna na posebnem indikatorju, ki se izvleče pod vplivom bata.

Demontaža

Ta postopek se po potrebi izvede v naslednjem vrstnem redu:

Zadnji del telesa je vpet v primež.
Vijaki so odviti. Podložke in pokrov se odstranijo.
Ventil se odstrani iz telesa.
Sprednji okvir je razstavljen skupaj s pnevmatskim batom in njegovo membrano.
Odstranjeni: membrana, sledilni bat, zadrževalni obroč, element za sprostitev sklopke in ohišje tesnila.
Mehanizem obvodnega ventila in loputa z izpušnim tesnilom sta odstranjena.
Tise odstranijo okostje.
Potisni obroč zadnjega dela ohišja je razstavljen.
Steblo ventila je brez stožcev, podložk in sedeža.
Sledilni bat je odstranjen (najprej morate odstraniti zamašek in druge povezane elemente).
Pnevmatski bat, manšeta in zadrževalni obroč se odstranijo s sprednje strani ohišja.
Nato se vsi deli operejo v bencinu (kerozinu), poškropijo s stisnjenim zrakom in gredo skozi fazo odkrivanja napak.

CCGT KamAZ-5320: okvare

Najpogosteje se v zadevnem vozlišču pojavijo naslednje težave:

Pretok stisnjenega zraka je nezadosten ali popolnoma odsoten. Vzrok okvare je otekanje vstopnega ventila pnevmatskega ojačevalnika.
Zagozditev sledilnega bata na pnevmatskem ojačevalniku. Najverjetneje je razlog v deformaciji tesnilnega obroča ali manšete.
Prišlo je do "odpovedi" pedala, ki ne omogoča popolnega izklopa sklopke. Ta težava kaže, da je zrak vstopil v hidravlični aktuator.

Popravilo CCGT KamAZ-5320

Pri odpravljanju težav z elementi sklopa je treba posebno pozornost posvetiti naslednjim točkam:

Preverjanje tesnilnih delov. Prisotnost deformacij, oteklin in razpok na njih ni dovoljena. V primeru kršitve elastičnosti materiala je treba element zamenjati.
Stanje delovnih površin valjev. Notranji odmik premera valja je nadzorovan, ki mora dejansko ustrezati standardu. Na delih ne sme biti nobenih udrtin ali razpok.

Komplet za popravilo CCGT vključuje naslednje rezervne dele KamAZ:

Zaščitni pokrov zadnjega ohišja.
Reduktorski stožec in membrana.
Manšete za pnevmatske in sledilne bate.
Pokrov obvodnega ventila.
Zadrževalni in tesnilni obroči.

Zamenjava in namestitev

Če želite zamenjati zadevno vozlišče, izvedite naslednje manipulacije:

Iz CCGT KamAZ-5320 se odvaja zrak.
Delovna tekočina se izprazni ali pa je odtok blokiran s čepom.
Vpenjalna vzmet vilic vzvoda sklopke je razstavljena.
Cevi, ki dovajajo vodo in zrak, so odklopljene od naprave.
Pritrdilni vijaki na ohišje motorja se odvijejo, po katerem se enota razstavi.

Po zamenjavi deformiranih in neuporabnih elementov se preveri tesnost sistema v hidravličnih in pnevmatskih delih. Montaža se izvede na naslednji način:

Vse pritrdilne luknje poravnajte z vtičnicami v ohišju motorja, nato pa je ojačevalnik pritrjen s parom vijakov z vzmetnimi podložkami.
Priključite hidravlično cev in zračno cev.
Nameščen je vzmetni mehanizem vilic za sprostitev sklopke.
Zavorna tekočina se vlije v kompenzacijski rezervoar, po katerem se črpa hidravlični pogonski sistem.
Ponovno preverite tesnost priključkov za puščanje delovne tekočine.
Po potrebi se prilagodi reža med končnim delom pokrova in omejevalnikom hodov aktivatorja delilnika zobnikov.

Shematski diagram povezave in namestitve montažnih elementov

Načelo delovanja CCGT KamAZ-5320 je lažje razumeti s preučevanjem spodnjega diagrama s pojasnili.

a - standardni diagram interakcije delov pogona.
b - lokacija in pritrditev elementov vozlišča.
1 - stopalka sklopke.
2 - glavni cilinder.
3 - cilindrični del pnevmatskega ojačevalnika.
4 - sledilni mehanizem pnevmatskega dela.
5 - zračni kanal.
6 - glavni hidravlični cilinder.
7 - preklopna sklopka z ležajem.
8 - vzvod.
9 - zaloga.
10 - cevi in cevi pogona.

Zadevno vozlišče ima dokaj jasno in preprosto napravo. Kljub temu je njegova vloga pri vožnji tovornjaka zelo pomembna. Uporaba CCGT lahko bistveno olajša nadzor nad strojem in poveča učinkovitost vozila.

Razdelki