Clase: 9
Metas: para formar la comprensión de los estudiantes de la industria eléctrica rusa como la rama de vanguardia de la economía nacional del país.
Tareas:
- educativo: profundizar el conocimiento de los estudiantes sobre el complejo de combustible y energía de Rusia; explicar los conceptos de "industria de energía eléctrica" y "sistema de energía"; dar una idea del papel y la importancia de la industria de energía eléctrica para la industria y la población del país;
- Educativo: desarrollar en los estudiantes las destrezas y habilidades de trabajar con un mapa y un texto; promover el desarrollo del pensamiento analítico y lógico;
- Educativo: cultivar el interés por la geografía del país de origen, su economía y ecología.
Tipo de lección: conjunto.
Ayudas de formación técnica y material de apoyo: Computadora incluida: 1 juego, Proyector de video: 1 pieza, Pizarra interactiva: 1 pieza, Programas y medios de computadora: 1 juego, Mapa de la "industria de energía eléctrica de Rusia", atlas para estudiantes, presentación ( Anexo 1) fotografías de varias centrales eléctricas, diagramas, video.
Aparato terminológico: central, central térmica, central hidroeléctrica, central nuclear, fuentes alternativas de energía, sistema energético.
Tiempo: 45 minutos.
durante las clases
I. Momento organizativo (1 min.)
II. Encuesta de tarea (8 min.)
Prueba. Trabajar con el texto de la presentación.
Las mayores reservas de carbón (geológicas generales) se concentran en: (diapositiva 3)
A) Cuenca de Kuznetsk
B) Cuenca Pechora
B) Cuenca Tunguska
D) Cuenca del Donets
El primer lugar en Rusia en términos de reservas de carbón lo ocupa la cuenca (diapositiva 4)
A) Kuznetsky
B) Pechorski
B) Yakut del Sur
El carbón más barato (2-3 veces más barato que Kuznetsk) en la piscina (diapositiva 5)
A) Pechorski
B) Donetsk
B) Kansk-Achinsk
La base de petróleo y gas más grande de Rusia es (diapositiva 6)
A) Siberia Occidental
B) la región del Volga
B) el mar de Barents
En el territorio de Rusia hay (diapositiva 7)
A) 26 refinerías
B) 22 refinerías
C) 30 refinerías
D) 40 refinerías
La longitud total de los gasoductos en Rusia es (diapositiva 8)
A) 140 mil km
B) 150 mil km
C) 170 mil km
D) 120 mil km
En términos de reservas de gas, Rusia se ubica en el mundo (diapositiva 9)
A) 1er lugar
B) 2do lugar
C) 3er lugar
Dibuja un diagrama "Composición del complejo de combustible y energía"
Trabajo con texto (los estudiantes reciben tarjetas con texto, identifican errores en el mismo y los corrigen). Respuestas: 1) B; 2) A; 3) B; 4) A; 5) A; 6) B; 7) A. (diapositiva 10). Revisión por pares del trabajo en parejas. Anexo 2
tercero Aprendiendo un tema nuevo (diapositiva 12) (30 min.)
Plan.
- Importancia de la industria eléctrica para el país.
- Fuentes de energía alternativas.
1. Importancia de la industria eléctrica para el país.
Escriba la definición en un cuaderno (diapositiva 13)
La electricidad es una industria que produce electricidad en centrales eléctricas y la transmite a distancia a través de líneas eléctricas.
Trabaje con el material estadístico de la tabla del libro de texto (p. 125) "Dinámica de la producción de electricidad en Rusia en los últimos 20 años". Hay una disminución de la producción a fines de la década de 1990, un aumento de la producción en la actualidad.
Consumidores de energía (diapositiva 14)
El principal requisito es la fiabilidad de la fuente de alimentación. Para ello, intentan conectar todas las centrales eléctricas con líneas eléctricas (TL) para que un fallo repentino de una de ellas pueda ser compensado por otras. Es así como se conforma el Sistema Energético Unificado (UES) del país (diapositiva 15).
Las UES del país en la industria de energía eléctrica combinan la producción, transmisión y distribución de energía eléctrica entre los consumidores. En el sistema eléctrico, cada central eléctrica tiene la oportunidad de elegir el modo de operación más económico. La UES de Rusia une más de 700 grandes centrales eléctricas, en las que se concentra más del 84% de la capacidad de todas las centrales eléctricas del país (diapositiva 16). Mapa de diapositivas (diapositiva 17).
La producción de electricidad en estaciones de varios tipos se muestra en el diagrama (diapositiva 18).
Factores de ubicación para centrales eléctricas de diferentes tipos: (diapositiva 19).
Cada una de las centrales eléctricas tiene sus propias características. Considerémoslos.
Tipos de centrales eléctricas:
2. TPP- térmico. Operan con combustibles tradicionales: carbón, fuel oil, gas, turba, esquisto bituminoso.
Eficiencia -30-70% (diapositiva 20, 21).
Factores de ubicación del TPP (diapositiva 22).
CHP es un tipo de centrales térmicas (diapositiva 23).
Ventajas y desventajas de las centrales térmicas (diapositiva 24).
El TPP más grande de nuestro país es el TPP de Surgut (pequeño mensaje de un estudiante - antes de lo previsto) (diapositiva 25).
El siguiente tipo es
centrales hidroelectricas
3. HPP– hidráulico. Utilice la energía de la caída o la eficiencia del agua en movimiento: 80 % (diapositiva 26).
La ubicación de la central hidroeléctrica está determinada por el mapa "Recursos hidroeléctricos de Rusia" (diapositiva 27).
Se han construido cascadas de centrales hidroeléctricas en los ríos más grandes (diapositiva 28).
Ventajas y desventajas de las centrales hidroeléctricas (diapositiva 29).
La central hidroeléctrica más grande de Rusia es Sayano-Shushenskaya (6,4 MW), donde ocurrió un desastre provocado por el hombre en 2009 (diapositiva 30).
La HPP de Cheboksary es la más cercana a la República de Mari El (diapositiva 31).
Plantas de energía nuclear.
4. central nuclear- plantas de energía nuclear. Utilizan la energía de la fisión nuclear.
- Eficiencia -30-35% (diapositiva 32).
El principio de funcionamiento de la central nuclear se puede ver en el video clip (diapositiva 33) ( Anexo 3 , Apéndice 4). Vemos la ubicación de la planta de energía nuclear en el mapa (diapositiva 34).
Ventajas y desventajas de las centrales nucleares (diapositiva 35).
Los tipos considerados de centrales eléctricas funcionan con la combustión de combustible mineral, que inevitablemente terminará después de un cierto período de tiempo. Se requerirán fuentes de energía alternativas para satisfacer las futuras necesidades de electricidad.
5. Fuentes de energía alternativas
Plantas de energía alternativa (diapositiva 36). Considere los tipos de formas alternativas de energía.
- energía solar. Se está construyendo una planta de baterías solares en Chuvashia (diapositiva 37). (38) Los paneles solares ya están en uso práctico en la capital de la república. En el Jardín Botánico de Yoshkar-Ola, el invernadero se ilumina y se calienta con la ayuda de energía solar (diapositiva 39).
- Energía eólica. La diapositiva (40) muestra motores de viento y un molino de viento del museo al aire libre en Kozmodemyansk, República de Mari El. Dichos molinos se utilizaron en muchos asentamientos del país.
- Energía interna de la Tierra. (diapositiva 41). ¿En qué región del país se encuentran los GTPP? (diapositiva 42).
- La energía mareomotriz se utiliza en la central nuclear de Kislogubskaya (diapositiva 43)
IV. Reflexión (4 min.)
¿Qué cosas nuevas has aprendido por ti mismo?
- ¿Qué tipo de centrales eléctricas prevalece en Rusia?
- ¿Cuál es la diferencia entre las centrales eléctricas y las estaciones?
- ¿Cuál es el mejor lugar para construir una central hidroeléctrica?
- ¿Dónde se construyen las centrales nucleares?
- ¿Qué es un sistema energético?
V. Tarea (2 min).
(diapositiva 44, 45) Lea el párrafo 23 del libro de texto. Ponga en el mapa de contorno: Balakovo, Beloyarskaya, Bilibinskaya, Bratkaya, Volzhskaya, Zeyskaya, Kola, Konakovskaya, Kursk, Leningrad, Obninskaya, Reftinskaya, Smolenskaya, Surgutskaya, Cheboksaryskaya. Escribe los problemas de la industria de la energía eléctrica y trata de encontrar una solución al problema.
Para los que deseen:
- ver la serie "Energía: cómo funciona"
- mienergia.com
calificaciones de los estudiantes.
¡Gracias por la leccion!
Literatura.
- Geografía de Rusia. Población y economía Grado 9. Libro de texto V.P. Dronov, V.Ya. Ron.
- Desarrollos de lecciones en geografía "Población y economía de Rusia" Grado 9. EA Zhizina.
- Atlas y mapas de contorno en geografía para el grado 9.
- Escuela Virtual de Cirilo y Metodio. Lecciones de geografía grado 9.
- Mapa Industria energética de Rusia Disco multimedia.
- Presentación de la lección “Industria energética. Tipos de centrales eléctricas”.
El esquema tecnológico de una central térmica refleja la composición e interconexión de sus sistemas tecnológicos, la secuencia general de procesos que ocurren en ellos. En la fig. La figura 11 muestra un diagrama esquemático de una central térmica de condensación de combustible sólido.
La composición de la central térmica incluye: una economía de combustible y un sistema para preparar el combustible para la combustión; planta de calderas- una combinación de caldera y equipo auxiliar (consiste en la caldera misma, un dispositivo de combustión, un sobrecalentador, un economizador de agua, un calentador de aire, un marco, mampostería, accesorios, equipo de caldera auxiliar y tuberías); planta de turbinas- un conjunto de turbinas y equipos auxiliares; plantas de tratamiento de agua y de condensados; sistema de abastecimiento de agua técnica, sistema de eliminación de cenizas y escorias; Ingenieria Eléctrica; sistema de control de equipos de potencia.
La economía de combustible incluye dispositivos de recepción y descarga, mecanismos de transporte, depósitos de combustible para combustibles sólidos y líquidos y dispositivos para la preparación preliminar de combustible (trituradoras de carbón). Las instalaciones de fuel oil también incluyen bombas para el bombeo de fuel oil y calentadores.
La preparación de combustible sólido para combustión consiste en molerlo y secarlo en una planta pulverizadora, y la preparación de fuel oil consiste en calentarlo, limpiarlo de impurezas mecánicas y, a veces, tratarlo con aditivos especiales. La preparación del combustible gaseoso se reduce principalmente a la regulación de la presión del gas antes de que entre en la caldera.
El aire necesario para la combustión del combustible se suministra a la caldera mediante soplantes. Los productos de la combustión del combustible: los gases de combustión son aspirados por extractores de humo y eliminados a través de chimeneas a la atmósfera. La combinación de canales (conductos de aire y conductos de gas) y varios elementos del equipo a través del cual pasan el aire y los gases de combustión forman gas-
trayectoria de aire de una central térmica. Los extractores de humos, chimenea y sopladores incluidos en el mismo son Proyecto de instalación. En la zona de combustión del combustible, las impurezas no combustibles (minerales) incluidas en su composición sufren transformaciones físicas y químicas y se eliminan parcialmente de la caldera en forma de escoria, y una parte importante de ellas son arrastradas por los gases de combustión. en forma de finas partículas de ceniza. Para proteger el aire atmosférico de las emisiones de cenizas, los colectores de cenizas se instalan frente a los extractores de humos (para evitar el desgaste de las cenizas).
La escoria y las cenizas atrapadas generalmente se eliminan hidráulicamente fuera del territorio de la planta de energía a los vertederos de cenizas. Cuando se quema fuel oil y gas, no se instalan colectores de cenizas.
Cuando se quema combustible, la energía unida químicamente se convierte en energía térmica, se forman productos de combustión, que en las superficies de calentamiento de la caldera emiten calor al agua y al vapor que se forma a partir de ella.
La totalidad del equipo, sus elementos individuales, tuberías a través de las cuales se mueven el agua y el vapor, forman ruta de vapor de agua de la estación.
En la caldera, el agua se calienta a la temperatura de saturación, se evapora y el vapor saturado formado a partir del agua hirviendo (caldera) se sobrecalienta. A continuación, el vapor sobrecalentado se envía a través de tuberías a la turbina, donde su energía térmica se convierte en energía mecánica que se transmite al eje de la turbina. El vapor que sale de la turbina entra en el condensador, cede calor al agua de refrigeración y se condensa.
Desde el condensador, el vapor convertido en agua es bombeado por la bomba de condensados y, después de pasar por los calentadores de baja presión (LPH), ingresa al desaireador. Aquí, el agua se calienta con vapor hasta la temperatura de saturación, mientras que el oxígeno y otros gases se eliminan a la atmósfera para evitar la corrosión de los equipos. Desde el desaireador, el agua llamada nutricional , se bombea a través de los calentadores de alta presión (HPH) mediante una bomba de alimentación y se alimenta a la caldera.
El condensado en el HDPE y el desaireador, así como el agua de alimentación en el HPH, son calentados por el vapor tomado de la turbina. Este método de calentamiento significa el retorno (regeneración) de calor al ciclo y se denomina calentamiento regenerativo. Gracias a él, se reduce el flujo de vapor al condensador y, en consecuencia, la cantidad de calor transferido al agua de refrigeración, lo que conduce a un aumento de la eficiencia de la planta de turbina de vapor.
El conjunto de elementos que abastecen de agua de refrigeración a los condensadores se denomina sistema técnico de abastecimiento de agua. Incluye una fuente de suministro de agua (río, embalse, torre de enfriamiento - torre de enfriamiento), una bomba de circulación, conductos de entrada y salida. En el condensador, alrededor del 55% del calor del vapor que ingresa a la turbina se transfiere al agua de enfriamiento; esta parte del calor no se utiliza para generar electricidad y se desperdicia inútilmente.
Estas pérdidas se reducirán significativamente si el vapor parcialmente agotado se toma de la turbina y su calor se utiliza para las necesidades tecnológicas de las empresas industriales o para calentar agua para calefacción. Así, la central se convierte en una planta combinada de calor y electricidad (CHP), que proporciona generación combinada de energía eléctrica y térmica. En CHPP, se instalan turbinas especiales con extracción de vapor, las llamadas turbinas de cogeneración. El condensado del vapor entregado al consumidor de calor se suministra a la planta CHP mediante una bomba de condensado de retorno.
Las plantas de cogeneración pueden tener pérdidas externas de vapor y condensado asociado con la liberación de calor a los consumidores industriales. En promedio, son 35 - 50%. Las pérdidas internas y externas de vapor y condensado se reponen con agua de reposición pretratada en la planta de tratamiento de agua.
Los TPP son pérdidas internas de condensado y vapor, debido a la estanqueidad incompleta del trayecto agua-vapor, así como al consumo irrecuperable de vapor y condensado para las necesidades técnicas de la estación. Constituyen una pequeña fracción del flujo total de vapor de las turbinas (alrededor del 1 al 1,5 %).
De este modo, agua para alimentación de la caldera es una mezcla de condensado de turbina y agua de reposición.
Las instalaciones eléctricas de la central incluyen un generador eléctrico, un transformador de comunicaciones, una aparamenta principal, un sistema de alimentación de los mecanismos propios de la central a través de un transformador auxiliar.
El sistema de control de equipos de potencia en centrales térmicas recopila y procesa información sobre el avance del proceso tecnológico y el estado de los equipos, control automático y remoto de mecanismos y regulación de procesos básicos, protección automática de equipos.
Preguntas de seguridad para el capítulo 3
1. ¿Qué tipos de centrales eléctricas conoces?
2. ¿Cuál es la diferencia entre centrales térmicas y nucleares?
3. ¿Qué métodos conoces para convertir la energía térmica en energía mecánica?
4. ¿Cuál es la diferencia entre una planta de calderas y una planta de turbinas?
5. Dé las definiciones de una instalación de tiro y una ruta de agua-vapor de la estación.
6. ¿Qué es el agua de alimentación de calderas?
7. ¿Qué es un sistema técnico de abastecimiento de agua?
8. ¿Cuál es la diferencia entre pérdidas externas e internas de condensado y vapor?
PREPARACIÓN DEL AGUA
JUVENTUD Y DEPORTE DE UCRANIA
YU.PERO. GICHEV
LAS CENTRALES TÉRMICAS
castob yo
Dnipropetrovsk NMetAU 2011
MINISTERIO DE EDUCACIÓN Y CIENCIA,
JUVENTUD Y DEPORTE DE UCRANIA
ACADEMIA NACIONAL METALÚRGICA DE UCRANIA
YU.PERO. GICHEV
LAS CENTRALES TÉRMICAS
castob yo
III 23. Bibliografía: 4 nombres.
Responsable del lanzamiento, Dr. tech. ciencias, prof.
Revisores: , Dr. tech. ciencias, prof. (DNURT)
Candó. tecnología Ciencias, Asoc. (NMetAU)
© Metalúrgico Nacional
Academia de Ucrania, 2011
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..4
1 INFORMACIÓN GENERAL SOBRE LAS CENTRALES TÉRMICAS………………...5
1.1 Definición y clasificación de centrales eléctricas………………………….5
1.2 Esquema tecnológico de la central térmica……………………8
1.3 Indicadores técnicos y económicos del TPP……………………………….11
1.3.1 Indicadores de energía…………………………………….11
1.3.2 Indicadores económicos…………………………………….13
1.3.3 Indicadores de desempeño………………………………...15
1.4 Requisitos para el TPP…………………………………………16
1.5 Características de las centrales térmicas industriales………………16
2 CONSTRUCCIÓN DE ESQUEMAS TÉRMICOS DE TPP…………………………………………...17
2.1 Conceptos generales de circuitos térmicos………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………….
2.2 Parámetros iniciales de vapor……………………………………………….18
2.2.1 Presión de vapor inicial………………………………………….18
2.2.2 Temperatura inicial del vapor……………………………………...20
2.3 Recalentamiento de vapor…………………………………………..22
2.3.1 Eficiencia energética del recalentamiento...24
2.3.2 Presión de recalentamiento…………………………26
2.3.3 Implementación técnica del recalentamiento……27
2.4 Parámetros finales de vapor………………………….…………………….29
2.5 Calentamiento regenerativo del agua de alimentación…………………………...30
2.5.1 Eficiencia energética de la calefacción regenerativa..30
2.5.2 Implementación técnica del calentamiento regenerativo…....34
2.5.3 Temperatura de calentamiento del agua de alimentación regenerativa..37
2.6 Construcción de esquemas térmicos de centrales térmicas en base a los principales tipos de turbinas……..39
2.6.1 Construcción de un esquema térmico basado en la turbina “K”…………...39
2.6.2 Construcción de un esquema térmico basado en la turbina “T”….………..41
LITERATURA…………………………………………………………………………...44
INTRODUCCIÓN
La disciplina "Centrales Térmicas" por varias razones es de particular importancia entre las disciplinas leídas para la especialidad 8 (7). - ingeniería de energía térmica.
En primer lugar, desde un punto de vista teórico, la disciplina acumula los conocimientos adquiridos por los alumnos en la práctica totalidad de las principales disciplinas anteriores: "Combustibles y su combustión", "Plantas de calderas", "Sobrealimentadores y motores térmicos", "Fuentes de suministro de calor para empresas industriales", "Purificación de gases" y otros.
En segundo lugar, desde un punto de vista práctico, las centrales térmicas (CTE) son una empresa energética integrada que incluye todos los elementos principales de la economía energética: un sistema de preparación de combustible, una sala de calderas, una sala de turbinas, un sistema de conversión y suministro energía térmica a consumidores externos, sistemas de aprovechamiento y neutralización de emisiones nocivas.
En tercer lugar, desde un punto de vista industrial, las centrales térmicas son las empresas generadoras de energía dominantes en los sectores energéticos nacionales y extranjeros. Las centrales térmicas representan alrededor del 70 % de la capacidad instalada de generación de electricidad en Ucrania y, teniendo en cuenta las centrales nucleares, donde también se implementan tecnologías de turbinas de vapor, la capacidad instalada es de alrededor del 90 %.
Estas notas de clase se han desarrollado de acuerdo con el programa de trabajo y el plan de estudios de la especialidad 8(7). - ingeniería de energía térmica y como temas principales incluye: información general sobre plantas de energía térmica, principios para construir circuitos térmicos de plantas de energía, selección de equipos y cálculos de circuitos térmicos, diseño de equipos y operación de plantas de energía térmica.
La disciplina "Centrales térmicas" contribuye a la sistematización de los conocimientos adquiridos por los estudiantes, la expansión de sus horizontes profesionales y puede utilizarse en cursos en varias otras disciplinas, así como en la preparación de diplomas de especialistas y maestrías. tesis
1 INFORMACIÓN GENERAL SOBRE LAS CENTRALES TÉRMICAS
1.1 Definición y clasificación de las centrales eléctricas
Central eléctrica- una empresa de energía diseñada para convertir varios tipos de combustibles y recursos energéticos en electricidad.
Las principales opciones para la clasificación de las centrales eléctricas:
I. Según el tipo de combustible y recursos energéticos convertidos:
1) centrales térmicas (TPP), en las que se obtiene electricidad mediante la conversión de combustibles hidrocarburos (carbón, gas natural, fuel oil, combustible VER y otros);
2) las centrales nucleares (NPP), en las que se obtiene electricidad mediante la conversión de la energía atómica en combustible nuclear;
3) centrales hidroeléctricas (UHE), en las que se obtiene electricidad mediante la conversión de la energía mecánica del caudal de una fuente de agua natural, principalmente ríos.
Esta opción de clasificación también puede incluir centrales eléctricas que utilicen fuentes de energía renovables y no tradicionales:
plantas de energía solar;
plantas de energía geotérmica;
plantas de energía eólica;
· centrales mareomotrices y otras.
II. Para esta disciplina es de interés una clasificación más profunda de las centrales térmicas que, según el tipo de motores térmicos, se dividen en:
1) centrales eléctricas de turbinas de vapor (STP);
2) centrales eléctricas de turbinas de gas (GTP);
3) centrales de ciclo combinado (CGE);
4) centrales eléctricas en motores de combustión interna (ICE).
Entre estas centrales eléctricas, las centrales eléctricas de turbinas de vapor son dominantes y representan más del 95% de la capacidad instalada total de las centrales térmicas.
tercero Según el tipo de portadores de energía suministrados a un consumidor externo, las centrales eléctricas de turbinas de vapor se dividen en:
1) centrales eléctricas de condensación (CPP), que suministran solo electricidad a un consumidor externo;
2) plantas combinadas de calor y electricidad (CHP) que suministran a los consumidores externos energía térmica y eléctrica.
IV. Según el propósito y la subordinación departamental, las centrales eléctricas se dividen en:
1) centrales eléctricas regionales, que están diseñadas para proporcionar electricidad a todos los consumidores de la región;
2) centrales eléctricas industriales, que forman parte de empresas industriales y están diseñadas para proporcionar electricidad principalmente a los consumidores de las empresas.
V. Según la duración del uso de la capacidad instalada durante el año, las centrales se dividen en:
1) básico (B): 6000 ÷ 7500 h / año, es decir, más del 70% de la duración del año;
2) semibásico (P/B): 4000÷6000 h/año, 50÷70%;
3) semi-pico (P/P): 2000÷4000 h/año, 20÷50%;
4) pico (P): hasta 2000 h/año, hasta el 20% de la duración del año.
Esta opción de clasificación se puede ilustrar con el ejemplo de un gráfico de la duración de las cargas eléctricas:
Figura 1.1 - Gráfico de la duración de las cargas eléctricas
VI. En función de la presión del vapor que entra en las turbinas, las centrales térmicas de turbinas de vapor se dividen en:
1) baja presión: hasta 4 MPa;
2) media presión: hasta 9 - 13 MPa;
3) alta presión: hasta 25 - 30 MPa, incluyendo:
● presión subcrítica: hasta 18 - 20 MPa
● presión crítica y supercrítica: más de 22 MPa
VIII. Dependiendo de la potencia, las centrales eléctricas de turbinas de vapor se dividen en:
1) centrales eléctricas de baja capacidad: capacidad instalada total hasta 100 MW con una capacidad unitaria de turbogeneradores instalados hasta 25 MW;
2) potencia media: potencia total instalada hasta 1000 MW con potencia unitaria de turbogeneradores instalados hasta 200 MW;
3) alta potencia: la potencia total instalada es superior a 1000 MW con una potencia unitaria de turbogeneradores instalados superior a 200 MW.
VIII. Según el método de conexión de los generadores de vapor a los turbogeneradores, las centrales térmicas se dividen en:
1) TPP centralizados (sin bloque), en los que el vapor de todas las calderas ingresa a una tubería de vapor central y luego se distribuye entre los turbogeneradores (ver Fig. 1.2);
1 – generador de vapor; 2 - turbina de vapor; 3 - tubería de vapor central (principal); 4 – condensador de turbina de vapor; 5 - generador eléctrico; 6 - transformador.
Figura 1.2 - Diagrama esquemático de un TPP centralizado (sin bloque)
2) centrales térmicas de bloque, en las que cada uno de los generadores de vapor instalados está conectado a un turbogenerador bien definido (ver Fig. 1.3).
1 – generador de vapor; 2 - turbina de vapor; 3 – sobrecalentador intermedio; 4 – condensador de turbina de vapor; 5 - generador eléctrico; 6 - transformador.
Figura 1.3 - Diagrama esquemático de un bloque TPP
A diferencia de un diagrama de bloques sin bloques de un TPP, requiere menos costos de capital, es más fácil de operar y crea condiciones para la automatización completa de una planta de turbina de vapor de una planta de energía. En el diagrama de bloques se reduce el número de tuberías y volúmenes de producción de la estación para la colocación de equipos. Cuando se utiliza sobrecalentamiento intermedio de vapor, es obligatorio el uso de diagramas de bloques, porque de lo contrario no es posible controlar el flujo de vapor liberado de la turbina para sobrecalentamiento.
1.2 Esquema tecnológico de central térmica
El esquema tecnológico representa las partes principales de la planta de energía, su relación y, en consecuencia, muestra la secuencia de operaciones tecnológicas desde el momento en que se entrega el combustible a la estación hasta el suministro de electricidad al consumidor.
Como ejemplo, la figura 1.4 muestra un diagrama de flujo de proceso para una planta de energía de turbina de vapor de carbón pulverizado. Este tipo de TPP prevalece entre las centrales térmicas básicas en funcionamiento en Ucrania y en el extranjero.
Sol - consumo de combustible en la estación; Dp. d) es el rendimiento del generador de vapor; Ds. norte. – consumo de vapor condicionado a las propias necesidades de la estación; Dt - flujo de vapor a la turbina; Evyr - la cantidad de electricidad generada; Esn - consumo de electricidad para las propias necesidades de la estación; Eop - la cantidad de electricidad suministrada a un consumidor externo.
Figura 1.4 - Un ejemplo de un esquema tecnológico de una central eléctrica de carbón pulverizado con turbina de vapor
Es costumbre dividir el esquema tecnológico de TPP en tres partes, las cuales están marcadas con líneas punteadas en la Figura 1.4:
yo … Vía combustible-gas-aire, que incluye:
1 – economía de combustible (dispositivo de descarga, almacenamiento de carbón crudo, plantas de trituración, depósitos de carbón triturado, grúas, transportadores);
2 – sistema de pulverización (molinos de carbón, ventiladores finos, tolvas de polvo de carbón, alimentadores);
3 – ventilador soplante para el suministro de aire para la combustión del combustible;
4 - generador de vapor;
5 – limpieza de gases;
6 - aspirador de humos;
7 - Chimenea;
8 – bomba baguer para el transporte de mezcla de hidroceniza y escoria;
9 – suministro de mezcla de hidrocenizas y escorias para su eliminación.
En general, la ruta combustible-gas-aire incluye : ahorro de combustible, sistema de preparación de polvo, medios de tiro, conductos de humos de la caldera y sistema de eliminación de cenizas y escorias.
Yo … Ruta de vapor, que incluye:
10 - turbina de vapor;
11 – condensador de turbina de vapor;
12 - bomba de circulación del sistema de suministro de agua circulante para enfriar el condensador;
13 – dispositivo de refrigeración del sistema inverso;
14 - suministro de agua adicional, compensando las pérdidas de agua en el sistema de circulación;
15 – suministro de agua bruta para la preparación de agua purificada químicamente, que compensa la pérdida de condensado en la estación;
16 - tratamiento químico del agua;
17 – bomba de tratamiento químico de agua que suministra agua adicional tratada químicamente a la corriente de condensado de vapor de escape;
18 – bomba de condensados;
19 – calentador de agua de alimentación de baja presión regenerativo;
20 - desaireador;
21 - Bomba de alimentación;
22 – calentador de agua de alimentación de alta presión regenerativo;
23 – bombas de drenaje para eliminar el condensado de vapor de calefacción del intercambiador de calor;
24 – extracciones de vapor regenerativo;
25 - Sobrecalentador intermedio.
En general, el trayecto vapor-agua incluye: parte de agua de vapor de la caldera, turbina, unidad de condensado, sistemas para la preparación de agua de circulación de refrigeración y agua adicional tratada químicamente, un sistema para el calentamiento regenerativo del agua de alimentación y la desaireación del agua de alimentación.
tercero … Parte eléctrica, que incluye:
26 - generador eléctrico;
27 - transformador elevador para electricidad suministrada a un consumidor externo;
28 - barras colectoras de la aparamenta abierta de la central eléctrica;
29 – transformador para energía eléctrica de las propias necesidades de la central eléctrica;
30 - Barras colectoras del dispositivo distribuidor de la energía eléctrica de las propias necesidades.
Así, la parte eléctrica incluye: generador de energía, transformadores y barras de distribución.
1.3 Indicadores técnicos y económicos del TPP
Los indicadores técnicos y económicos de los TPP se dividen en 3 grupos: energético, económico y operativo, que, respectivamente, están destinados a evaluar el nivel técnico, la eficiencia y la calidad de funcionamiento de la planta.
1.3.1 Rendimiento energético
Los principales indicadores energéticos de los TPP incluyen: k.p.d. centrales eléctricas (), consumo específico de calor (), consumo específico de combustible para la generación de electricidad ().
Estos indicadores se denominan indicadores de eficiencia térmica de la estación.
De acuerdo con los resultados de la operación real de la planta de energía, la eficiencia está determinada por las relaciones:
; (1.1)
; (1.2)
A la hora de diseñar una central eléctrica y analizar su funcionamiento, la eficiencia están determinados por productos que tienen en cuenta la eficiencia. Elementos individuales de la estación:
donde ηkot, ηturbo – eficiencia talleres de calderas y turbinas;
ηt. p.-k.p.d. flujo de calor, que tiene en cuenta las pérdidas de calor de los portadores de calor dentro de la estación debido a la transferencia de calor al medio ambiente a través de las paredes de la tubería y las fugas de los portadores de calor, ηt. n = 0,98 ... 0,99 (cf. 0,985);
esn es la parte de la electricidad gastada para las propias necesidades de la central eléctrica (accionamiento eléctrico en el sistema de preparación de combustible, accionamiento del equipo de tiro del taller de calderas, accionamiento de la bomba, etc.), esn = Esn/Evyr = 0,05…0,10 (cf. 0,075);
qsn es la parte del consumo de calor para necesidades propias (tratamiento químico del agua, desaireación del agua de alimentación, funcionamiento de eyectores de vapor que proporcionan vacío en el condensador, etc.), qsn = 0,01…0,02 (cf. 0,015).
K. p.d. el taller de calderas se puede representar como un k.p.d. generador de vapor: ηcat = ηp. d = 0,88…0,96 (cf. 0,92)
K. p.d. taller de turbinas se puede representar como una eficiencia eléctrica absoluta. turbogenerador:
ηturb = ηt. ej. = ηt ηoi ηm, (1.5)
donde ηt es la eficiencia térmica. ciclo de una planta de turbina de vapor (relación entre el calor utilizado y el calor suministrado), ηt = 0,42…0,46 (cf. 0,44);
ηoi es la eficiencia relativa interna. turbinas (teniendo en cuenta las pérdidas en el interior de la turbina por fricción del vapor, desbordamientos, ventilación), ηoi = 0,76…0,92 (cf. 0,84);
ηm - eficiencia electromecánica, que tiene en cuenta las pérdidas en la transferencia de energía mecánica de la turbina al generador y las pérdidas en el propio generador eléctrico, ηeng = 0,98 ... 0,99 (cf. 0,985).
Teniendo en cuenta el producto (1.5), expresión (1.4) para la eficiencia la potencia neta de la planta toma la forma:
ηsnet = ηpg ηt ηoi ηm ηtp (1 – esn) (1 – qsn); (1.6)
y después de sustituir los valores medios serán:
ηsnet = 0,92 0,44 0,84 0,985 0,985 (1 - 0,075) (1 - 0,015) = 0,3;
En general, para una central eléctrica, la eficiencia cambios netos dentro de: ηsnet = 0.28…0.38.
El consumo de calor específico para la generación de electricidad está determinado por la relación:
, (1.7)
donde Qfuel es el calor recibido de la combustión del combustible 
.
; (1.8)
donde rn es el coeficiente normativo de eficiencia de las inversiones de capital, año-1.
El valor recíproco de pH da el período de recuperación, por ejemplo, a pH = 0,12 año-1, el período de recuperación será:
Estos costos se utilizan para seleccionar la opción más económica para construir una nueva planta de energía o reconstruir una existente.
1.3.3 Rendimiento
Los indicadores de desempeño evalúan la calidad de operación de la central eléctrica y, en particular, incluyen:
1) factor de personal (número de personal de servicio por 1 MW de capacidad instalada de la planta), W (personas/MW);
2) el factor de utilización de la capacidad instalada de la central eléctrica (la relación entre la generación de electricidad real y la máxima generación posible)
; (1.16)
3) el número de horas de uso de la capacidad instalada
4) factor de disponibilidad del equipo y factor de utilización técnica del equipo
; (1.18)
Los factores de preparación del equipo para los talleres de calderas y turbinas son: Kgotkot = 0,96…0,97, Kgotturb = 0,97…0,98.
El coeficiente de utilización de equipos para centrales térmicas es: KispTES = 0,85 ... 0,90.
1.4 Requisitos para TPP
Los requisitos para los TPP se dividen en 2 grupos: técnico y económico.
Los requisitos técnicos incluyen:
Confiabilidad (suministro de energía ininterrumpido de acuerdo con los requisitos de los consumidores y el cronograma de despacho de cargas eléctricas);
Maniobrabilidad (la capacidad de aumentar o eliminar rápidamente la carga, así como iniciar o detener las unidades);
· eficiencia térmica (máxima eficiencia y mínimo consumo específico de combustible para varios modos de operación de la estación);
· respeto al medio ambiente (emisiones nocivas mínimas al medio ambiente y que no excedan las emisiones permisibles bajo varios modos de operación de la planta).
Requisitos económicos se reducen al costo mínimo de la electricidad, sujeto al cumplimiento de todos los requisitos técnicos.
1.5 Características de las centrales térmicas industriales
Entre las principales características de las centrales térmicas industriales se encuentran:
1) comunicación bidireccional de la central con las principales tiendas tecnológicas (la central proporciona la carga eléctrica de las tiendas tecnológicas y, de acuerdo con la necesidad, cambia el suministro de energía eléctrica, y las tiendas en algunos casos son fuentes de RES térmicos y combustibles que se utilizan en las centrales eléctricas);
2) la comunidad de una serie de sistemas de centrales eléctricas y talleres tecnológicos de la empresa (suministro de combustible, suministro de agua, instalaciones de transporte, base de reparación, lo que reduce el costo de construcción de una estación);
3) la presencia en las centrales industriales, además de los turbogeneradores, de turbocompresores y turboventiladores para el suministro de gases de proceso a los talleres de la empresa;
4) el predominio de las centrales térmicas (CHP) entre las centrales industriales;
5) capacidad relativamente pequeña de centrales térmicas industriales:
70…80%, ≤ 100 MW.
Las centrales térmicas industriales aportan el 15...20% de la generación eléctrica total.
2 CONSTRUCCIÓN DE ESQUEMAS TÉRMICOS DE TPP
2.1 Conceptos generales de esquemas térmicos
Los esquemas térmicos se refieren a las rutas de vapor y agua de las centrales eléctricas y muestran :
1) la posición relativa del equipo principal y auxiliar de la estación;
2) conexión tecnológica del equipo a través de las líneas de la tubería de los portadores de calor.
Los esquemas térmicos se pueden dividir en 2 tipos:
1) fundamentales;
2) desplegado.
En los diagramas esquemáticos, el equipo se muestra en la medida necesaria para calcular el circuito térmico y analizar los resultados del cálculo.
Según el diagrama esquemático, se resuelven las siguientes tareas:
1) determinar los caudales y parámetros de los portadores de calor en varios elementos del circuito;
2) elegir equipo;
3) desarrollar esquemas térmicos detallados.
Esquemas térmicos ampliados incluir todo el equipo de la estación, incluido el respaldo, todas las tuberías de la estación con válvulas de cierre y control.
Sobre la base de los esquemas detallados, se resuelven las siguientes tareas:
1) colocación mutua de equipos en el diseño de centrales eléctricas;
2) ejecución de dibujos de trabajo durante el diseño;
3) operación de estaciones.
La construcción de esquemas térmicos está precedida por la solución de las siguientes preguntas:
1) la elección del tipo de planta, que se realiza sobre la base del tipo y número de cargas de energía esperadas, es decir, IES o CHP;
2) determinar la potencia eléctrica y térmica de la estación en su conjunto y la potencia de sus bloques individuales (agregados);
3) elegir los parámetros iniciales y finales del vapor;
4) determinar la necesidad de sobrecalentamiento intermedio del vapor;
5) elegir los tipos de generadores de vapor y turbinas;
6) desarrollar un esquema para el calentamiento regenerativo del agua de alimentación;
7) combinar las principales soluciones técnicas según el esquema térmico (capacidad de las unidades, parámetros de vapor, tipo de turbinas) con una serie de cuestiones auxiliares: preparación de agua adicional tratada químicamente, desaireación del agua, utilización del agua de purga del generador de vapor, accionamiento de bombas de alimentación y otros.
El desarrollo de esquemas térmicos está influenciado principalmente por 3 factores:
1) el valor de los parámetros de vapor inicial y final en la planta de turbina de vapor;
2) sobrecalentamiento intermedio del vapor;
3) calentamiento regenerativo del agua de alimentación.
2.2 Parámetros iniciales de vapor
Los parámetros iniciales del vapor son la presión (P1) y la temperatura (t1) del vapor aguas arriba de la válvula de cierre de la turbina.
2.2.1 Presión de vapor inicial
La presión de vapor inicial afecta la eficiencia. centrales eléctricas y, en primer lugar, a través de la eficiencia térmica. ciclo de una planta de turbina de vapor, que, al determinar la eficiencia. central eléctrica tiene un valor mínimo (ηt = 0,42…0,46):
Determinar la eficiencia térmica. puede ser usado es- diagrama de vapor de agua (ver Fig. 2.1):
(2.2)
donde Nad es la pérdida de calor adiabática del vapor (para un ciclo ideal);
qsubv - la cantidad de calor suministrada al ciclo;
i1, i2 – entalpía de vapor antes y después de la turbina;
i2" es la entalpía del condensado del vapor expulsado en la turbina (i2" = cpt2).
Figura 2.1 - A la definición de eficiencia térmica.
Los resultados del cálculo por la fórmula (2.2) dan los siguientes valores de eficiencia:
ηt, fracciones de unidades
Aquí, 3,4 ... 23,5 MPa son las presiones de vapor estándar adoptadas para las centrales eléctricas de turbina de vapor en el sector energético de Ucrania.
De los resultados del cálculo se deduce que con un aumento en la presión de vapor inicial, el valor de eficiencia aumenta Junto con eso, El aumento de presión tiene una serie de consecuencias negativas:
1) con un aumento de la presión, el volumen de vapor disminuye, el área de flujo de la ruta de flujo de la turbina y la longitud de las palas disminuyen y, en consecuencia, aumentan los flujos de vapor, lo que conduce a una disminución de la eficiencia relativa interna . turbinas (ηоі);
2) un aumento de la presión conduce a un aumento de las pérdidas de vapor a través de los sellos de los extremos de la turbina;
3) aumenta el consumo de metal para equipos y el costo de la planta de turbinas de vapor.
Para eliminar el impacto negativo. junto con un aumento en la presión, se debe aumentar la potencia de la turbina, lo que asegura :
1) aumento en el consumo de vapor (excluye una disminución en el área de flujo en la turbina y la longitud de las palas);
2) reduce la expulsión relativa de vapor a través de los sellos mecánicos;
3) un aumento de presión junto con un aumento de potencia permite hacer las tuberías más compactas y reducir el consumo de metal.
La relación óptima entre la presión de vapor inicial y la potencia de la turbina, obtenida sobre la base de un análisis del funcionamiento de las centrales eléctricas en funcionamiento en el extranjero, se muestra en la Figura 2.2 (la relación óptima está marcada con sombreado).
Figura 2.2 - Relación entre la potencia del turbogenerador (N) y la presión de vapor inicial (P1).
2.2.2 Temperatura inicial del vapor
Con un aumento en la presión de vapor inicial, aumenta el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina, lo que se ilustra mediante gráficos en el diagrama iS - (ver Fig. 2.3).
P1 > P1" > P1"" (t1 = constante, P2 = constante)
x2< x2" < x2"" (y = 1 – x)
y2 > y2" > y2""
Figura 2.3 - La naturaleza del cambio en el contenido final de humedad del vapor con un aumento en la presión inicial del vapor.
La presencia de humedad de vapor aumenta las pérdidas por fricción, reduce la eficiencia relativa interna. y provoca la erosión por goteo de los álabes y otros elementos de la trayectoria del flujo de la turbina, lo que conduce a su destrucción.
La humedad del vapor máxima admisible (y2dop) depende de la longitud de las palas (ll); por ejemplo:
ll ≤ 750…1000 mm y2perm ≤ 8…10%
ll ≤ 600 mm y2adm ≤ 13%
Para reducir la humedad del vapor, junto con un aumento en la presión del vapor, se debe aumentar su temperatura, lo cual se ilustra en la Figura 2.4.
t1 > t1" > t1"" (P2 = constante)
x2 > x2" > x2"" (y = 1 - x)
y2< y2" < y2""
Figura 2.4 - La naturaleza del cambio en el contenido de humedad final del vapor con un aumento en la temperatura inicial del vapor.
La temperatura del vapor está limitada por la resistencia al calor del acero del que están hechos el sobrecalentador, las tuberías y los elementos de la turbina.
Es posible utilizar aceros de 4 clases:
1) aceros al carbono y al manganeso (con temperatura límite tpr ≤ 450…500°С);
2) aceros al cromo-molibdeno y al cromo-molibdeno-vanadio de la clase perlita (tpr ≤ 570…585°С);
3) aceros con alto contenido de cromo de clase martensita-ferrítica (tpr ≤ 600…630°С);
4) aceros inoxidables al cromo-níquel de clase austenítica (tpr ≤ 650…700°С).
Al pasar de una clase de acero a otra, el costo del equipo aumenta drásticamente.
clase de acero
Coste relativo
En esta etapa, desde un punto de vista económico, es conveniente utilizar acero perlítico con una temperatura de trabajo tr ≤ 540°C (565°C). Los aceros martensita-ferríticos y austeníticos conducen a un fuerte aumento en el costo del equipo.
También se debe tener en cuenta la influencia de la temperatura inicial del vapor en la eficiencia térmica. ciclo de turbina de vapor. Un aumento en la temperatura del vapor conduce a un aumento en la eficiencia térmica:
1 - generador eléctrico; 2 - turbina de vapor; 3 - panel de control; 4 - desaireador; 5 y 6 - búnkeres; 7 - separador; 8 - ciclón; 9 - caldera; 10 – superficie de calentamiento (intercambiador de calor); 11 - chimenea; 12 - sala de trituración; 13 - almacenamiento de combustible de reserva; 14 - vagón; 15 - dispositivo de descarga; 16 - transportador; 17 - extractor de humo; 18 - canal; 19 - recogedor de cenizas; 20 - ventilador; 21 - caja de fuego; 22 - molino; 23 - estación de bombeo; 24 - fuente de agua; 25 - bomba de circulación; 26 – calentador regenerativo de alta presión; 27 - bomba de alimentación; 28 - condensador; 29 - instalación de tratamiento químico de agua; 30 - transformador elevador; 31 – calentador regenerativo de baja presión; 32 - bomba de condensado.
El siguiente diagrama muestra la composición de los equipos principales de una central térmica y la interconexión de sus sistemas. De acuerdo con este esquema, es posible rastrear la secuencia general de procesos tecnológicos que ocurren en las TPP.
Designaciones en el diagrama TPP:
- Economía de combustible;
- preparación de combustible;
- sobrecalentador intermedio;
- parte de la alta presión (CHVD o CVP);
- parte de baja presión (LPH o LPC);
- generador eléctrico;
- transformador auxiliar;
- transformador de comunicación;
- aparamenta principal;
- bomba de condensado;
- bomba de circulación;
- fuente de suministro de agua (por ejemplo, un río);
- (PND);
- planta de tratamiento de agua (VPU);
- consumidor de energía térmica;
- bomba de condensado inversa;
- desaireador;
- Bomba de alimentación;
- (PVD);
- eliminación de escorias y cenizas;
- vertedero de cenizas;
- extractor de humo (DS);
- Chimenea;
- ventiladores (DV);
- recogedor de cenizas.
Descripción del esquema tecnológico de TPP:
Resumiendo todo lo anterior, obtenemos la composición de una central térmica:
- economía de combustible y sistema de preparación de combustible;
- planta de calderas: una combinación de la propia caldera y equipo auxiliar;
- planta de turbinas: turbina de vapor y sus equipos auxiliares;
- planta de tratamiento de agua y condensados;
- sistema técnico de abastecimiento de agua;
- sistema de eliminación de cenizas y escorias (para centrales térmicas que funcionan con combustible sólido);
- equipo eléctrico y sistema de control de equipo eléctrico.
La economía de combustible, según el tipo de combustible utilizado en la estación, incluye un dispositivo de recepción y descarga, mecanismos de transporte, depósitos de combustible para combustibles sólidos y líquidos y dispositivos para la preparación preliminar del combustible (plantas de trituración de carbón). La composición de la economía de fuel oil también incluye bombas para bombear fuel oil, calentadores de fuel oil, filtros.
La preparación de combustible sólido para combustión consiste en molerlo y secarlo en una planta pulverizadora, y la preparación de fuel oil consiste en calentarlo, limpiarlo de impurezas mecánicas y, en ocasiones, tratarlo con aditivos especiales. Todo es más fácil con combustible de gas. La preparación del combustible gaseoso se reduce principalmente a la regulación de la presión del gas frente a los quemadores de la caldera.
El aire necesario para la combustión del combustible se suministra al espacio de combustión de la caldera mediante ventiladores (DV). Los productos de la combustión del combustible, los gases de combustión, son aspirados por extractores de humo (DS) y descargados a través de chimeneas a la atmósfera. La combinación de canales (conductos de aire y conductos de gas) y varios elementos del equipo a través de los cuales pasan el aire y los gases de combustión forma la ruta gas-aire de una central térmica (central térmica). Los extractores de humos, una chimenea y los ventiladores incluidos en su composición conforman un proyecto de instalación. En la zona de combustión del combustible, las impurezas no combustibles (minerales) incluidas en su composición sufren transformaciones químicas y físicas y se eliminan parcialmente de la caldera en forma de escoria, y una parte importante de ellas se lleva a cabo por los gases de combustión en la forma de finas partículas de ceniza. Para proteger el aire atmosférico de las emisiones de cenizas, los colectores de cenizas se instalan frente a los extractores de humos (para evitar el desgaste de las cenizas).
La escoria y las cenizas atrapadas generalmente se eliminan hidráulicamente a vertederos de cenizas.
Cuando se quema fuel oil y gas, no se instalan colectores de cenizas.
Cuando se quema el combustible, la energía ligada químicamente se convierte en calor. Como resultado, se forman productos de combustión, que en las superficies de calentamiento de la caldera emiten calor al agua y al vapor que se forma a partir de ella.
El conjunto de equipos, sus elementos individuales, tuberías a través de las cuales se mueven el agua y el vapor, forman el trayecto vapor-agua de la estación.
En la caldera, el agua se calienta a la temperatura de saturación, se evapora y el vapor saturado formado a partir del agua de la caldera en ebullición se sobrecalienta. Desde la caldera, el vapor sobrecalentado se envía a través de tuberías a la turbina, donde su energía térmica se convierte en energía mecánica que se transmite al eje de la turbina. El vapor que sale de la turbina entra en el condensador, cede calor al agua de refrigeración y se condensa.
En centrales térmicas modernas y centrales térmicas con unidades con una capacidad unitaria de 200 MW y más, se utiliza el recalentamiento del vapor. En este caso, la turbina tiene dos partes: una parte de alta presión y una parte de baja presión. El vapor que sale en la sección de alta presión de la turbina se envía a un sobrecalentador intermedio, donde se le suministra calor adicional. A continuación, el vapor vuelve a la turbina (a la parte de baja presión) y de esta entra al condensador. El sobrecalentamiento de vapor intermedio aumenta la eficiencia de la planta de turbinas y aumenta la confiabilidad de su operación.
El condensado es bombeado fuera del condensador por una bomba de condensado y, después de pasar por calentadores de baja presión (LPH), ingresa al desaireador. Aquí se calienta con vapor a su temperatura de saturación, mientras que el oxígeno y el dióxido de carbono se liberan y se eliminan a la atmósfera para evitar la corrosión del equipo. El agua desaireada, llamada agua de alimentación, se bombea a través de calentadores de alta presión (HPH) a la caldera.
El condensado en el HDPE y el desaireador, así como el agua de alimentación en el HPH, son calentados por el vapor tomado de la turbina. Este método de calefacción supone el retorno (regeneración) de calor al ciclo y se denomina calefacción regenerativa. Gracias a él, se reduce el flujo de vapor al condensador y, en consecuencia, la cantidad de calor transferido al agua de refrigeración, lo que conduce a un aumento de la eficiencia de la planta de turbina de vapor.
El conjunto de elementos que abastecen de agua de refrigeración a los condensadores se denomina sistema de abastecimiento de agua de servicio. Incluye: una fuente de suministro de agua (un río, un embalse, una torre de enfriamiento - una torre de enfriamiento), una bomba de circulación, conductos de entrada y salida. En el condensador, alrededor del 55% del calor del vapor que ingresa a la turbina se transfiere al agua enfriada; esta parte del calor no se utiliza para generar electricidad y se desperdicia.
Estas pérdidas se reducen significativamente si se toma de la turbina el vapor parcialmente agotado y su calor se utiliza para las necesidades tecnológicas de las empresas industriales o para calentar agua para calefacción y suministro de agua caliente. Así, la central se convierte en una planta combinada de calor y electricidad (CHP), que proporciona generación combinada de energía eléctrica y térmica. En CHPP, se instalan turbinas especiales con extracción de vapor, las llamadas turbinas de cogeneración. El condensado del vapor entregado al consumidor de calor se devuelve a la planta CHP mediante una bomba de condensado de retorno.
En la TPP existen pérdidas internas de vapor y condensado por estanqueidad incompleta del trayecto vapor-agua, así como consumos no retornables de vapor y condensado para las necesidades técnicas de la central. Constituyen aproximadamente del 1 al 1,5% del flujo de vapor total a las turbinas.
En CHPP, puede haber pérdidas externas de vapor y condensado asociadas con el suministro de calor a los consumidores industriales. En promedio, son 35 - 50%. Las pérdidas internas y externas de vapor y condensado se reponen con agua de reposición pretratada en la planta de tratamiento de agua.
Por lo tanto, el agua de alimentación de la caldera es una mezcla de condensado de turbina y agua de reposición.
Las instalaciones eléctricas de la central incluyen un generador eléctrico, un transformador de comunicaciones, una aparamenta principal, un sistema de alimentación de los mecanismos propios de la central a través de un transformador auxiliar.
El sistema de control recopila y procesa información sobre el curso del proceso tecnológico y el estado de los equipos, control automático y remoto de mecanismos y regulación de los procesos principales, protección automática de equipos.
La mayoría de las veces, en la energía moderna, se distinguen la energía tradicional y la no tradicional.
El sector energético tradicional se divide principalmente en la industria de la energía eléctrica y la industria de la energía térmica.
El tipo de energía más conveniente es la eléctrica, que puede considerarse la base de la civilización. La transformación de la energía primaria en energía eléctrica se lleva a cabo en las centrales eléctricas.
Nuestro país produce y consume una enorme cantidad de electricidad. Es producido casi en su totalidad por los tres tipos principales de centrales eléctricas: centrales térmicas, nucleares e hidroeléctricas.
Aproximadamente el 70% de la electricidad mundial es generada por centrales térmicas. Se dividen en centrales térmicas de condensación (CPP), que producen solo electricidad, y centrales combinadas de calor y electricidad (CHP), que producen electricidad y calor.
En Rusia, alrededor del 75% de la energía se produce en centrales térmicas. Las TPP se construyen en áreas de extracción de combustible o en áreas de consumo de energía. Es ventajoso construir centrales hidroeléctricas en ríos de montaña con caudal pleno. Por lo tanto, las centrales hidroeléctricas más grandes se construyen en los ríos siberianos. Yenisei, Angara. Pero también se han construido cascadas de centrales hidroeléctricas en los ríos planos: el Volga, el Kama.
Las plantas de energía nuclear se construyen en áreas donde se consume mucha energía y otros recursos energéticos no son suficientes (en la parte occidental del país).
El principal tipo de centrales eléctricas en Rusia son térmicas (TPP). Estas instalaciones generan aproximadamente el 67% de la electricidad de Rusia. Su ubicación está influenciada por factores de combustible y consumo. Las centrales eléctricas más potentes se encuentran en los lugares donde se extrae el combustible. Los TPP que utilizan combustible transportable de alto contenido calórico están orientados al consumidor.
Figura 1. Diagrama esquemático de una central térmica.
El diagrama esquemático de una planta de energía térmica se muestra en la Fig.1. Debe tenerse en cuenta que se pueden proporcionar varios circuitos en su diseño: es posible que el refrigerante del reactor de combustible no vaya inmediatamente a la turbina, sino que ceda su calor en el intercambiador de calor al refrigerante del siguiente circuito, que ya puede entrar en la turbina, o puede transferir su energía al siguiente contorno. Además, en cualquier planta de energía, se proporciona un sistema de enfriamiento para el refrigerante gastado para llevar la temperatura del refrigerante al valor requerido para el reciclaje. Si hay un asentamiento cerca de la planta de energía, esto se logra usando el calor del portador de calor residual para calentar agua para calentar casas o agua caliente, y si no, entonces el exceso de calor del portador de calor residual simplemente se descarga en la atmósfera en las torres de enfriamiento. Las torres de refrigeración suelen servir como condensadores del vapor gastado en las centrales eléctricas no nucleares.
El equipo principal de la TPP es una caldera-generador de vapor, una turbina, un generador, un condensador de vapor, una bomba de circulación.
En la caldera del generador de vapor, cuando se quema el combustible, se libera energía térmica, que se convierte en energía de vapor de agua. En la turbina, la energía del vapor de agua se convierte en energía mecánica de rotación. El generador convierte la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. El esquema CHP es diferente en que, además de energía eléctrica, también genera calor extrayendo parte del vapor y calentando con él el agua suministrada a la red de calor.
Hay centrales térmicas con turbinas de gas. El fluido de trabajo y ellos - gas con aire. El gas se libera durante la combustión del combustible orgánico y se mezcla con aire caliente. La mezcla de gas y aire a 750-770 °C se alimenta a la turbina, que hace girar el generador. Las centrales térmicas con turbinas de gas son más maniobrables, fáciles de arrancar, parar y regular. Pero su poder es 5-8 veces menor que el de vapor.
El proceso de generación de electricidad en las centrales térmicas se puede dividir en tres ciclos: químico: el proceso de combustión, como resultado del cual el calor se convierte en vapor; mecánico: la energía térmica del vapor se convierte en energía de rotación; La energía eléctrica - mecánica se convierte en energía eléctrica.
La eficiencia global de un TPP consiste en el producto de la eficiencia (η) de los ciclos:
La eficiencia de un ciclo mecánico ideal está determinada por el llamado ciclo de Carnot:
donde T 1 y T 2 - temperatura del vapor en la entrada y salida de la turbina de vapor.
En centrales térmicas modernas T 1 =550°C (823°K), T 2 =23°C (296°K).
Prácticamente teniendo en cuenta las pérdidas η TES = 36-39%. Debido al uso más completo de la energía térmica, la eficiencia CHP = 60-65%.
Una central nuclear se diferencia de una central térmica en que la caldera se sustituye por un reactor nuclear. El calor de la reacción nuclear se utiliza para producir vapor.
La energía primaria en las centrales nucleares es la energía nuclear interna, que se libera durante la fisión nuclear en forma de energía cinética colosal que, a su vez, se convierte en calor. La instalación donde tienen lugar estas transformaciones se denomina reactor.
Por el núcleo del reactor pasa un refrigerante que sirve para eliminar el calor (agua, gases inertes, etc.). El refrigerante lleva calor al generador de vapor y se lo da al agua. El vapor de agua resultante entra en la turbina. La potencia del reactor se controla mediante varillas especiales. Se introducen en el núcleo y modifican el flujo de neutrones y, por tanto, la intensidad de la reacción nuclear.
El combustible nuclear natural de una central nuclear es el uranio. Para la protección biológica contra las radiaciones se utiliza una capa de hormigón de varios metros de espesor.
Al quemar 1 kg de carbón se pueden obtener 8 kWh de electricidad, y con el consumo de 1 kg de combustible nuclear se generan 23 millones de kWh de electricidad.
Durante más de 2000 años, la humanidad ha estado utilizando la energía del agua de la Tierra. Ahora la energía del agua se utiliza en tres tipos de centrales hidroeléctricas (HPP):
- plantas de energía hidráulica (HPP);
- centrales mareomotrices (TPP) que utilizan la energía de las mareas de los mares y océanos;
- estaciones de almacenamiento por bombeo (PSPP) que acumulan y utilizan la energía de embalses y lagos.
Los recursos hidroeléctricos en la turbina de la central eléctrica se convierten en energía mecánica, que se convierte en energía eléctrica en el generador.
Así, las principales fuentes de energía son los combustibles sólidos, el petróleo, el gas, el agua, la energía de la descomposición de los núcleos de uranio y otras sustancias radiactivas.
