Программа курса «Общая энергетика»

ЛЕКЦИИ

по дисциплине

Б.1.1.18 ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

«13.03.02 Электроэнергетика электротехника»

направления подготовки

Профиль: «Электроснабжение»;

«Электротехнологические установки и системы»

 

 

форма обучения – очная

курс – 4,

семестр – 7,

зачетных единиц – 4,

часов в неделю – 4,

всего часов – 180,

в том числе:

лекции – 28,

коллоквиумы – 8,

практических занятий – 18,

лабораторные занятия – 18,

аудиторных занятий - 72

самостоятельная работа – 108,

экзамен – 7 семестр,

РГР - нет,

Курсовая работа –нет,

Курсовой проект – нет.

 

 

Саратов 2017

 

 

 

Содержание

 

Программа курса «Общая энергетика»............................................................................... 5

 

Введение...........................................................................................................................……..9

 

Лекция 1. Типы электрических станций.Тепловые и атомные электриче-

ские станции. Гидравлические электрические станции............................................................ 17

 

Лекция 2. Теоретические основы преобразования энергии в тепловых

 

двигателях. Основные понятия и исходные положения термодинамики. Внутренняя

 

энергия и передача энергии. Работа расширения. Первый закон

термодинамики................................................................................................................................................................... 23

Лекция 3. Второй закон термодинамики.Энтропия.Прямой цикл Карно.

Процесс парообразования. Диаграмма водяного пара......................................................... 30

Лекция 4. Циклы паротурбинных установок.Цикл Ренкина.Основы

 

теплопередачи..................................................................................................................................................................... 36

Лекция 5. Паровые котлы и их схемы.Развитие конструкций котлов.

Устройство современного парового котла. Технологическая схема котельной

установки.................................................................................................................................................................................. 41

Лекция 6. Элементы парового котла.Вспомогательные устройства

котельной установки. Тепловой баланс котла. Ядерные энергетические

 

установки................................................................................................................................................................................... 47

Лекция 7. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах.Основные

элементы ядерного реактора. Классификация реакторов................................................... 53

Лекция 8. Турбины.Паровые турбины.Активные турбины.Реактивные

турбины. Мощность и КПД турбины. Классификация паровых турбин............ 58

 

Лекция 9. Теплофикация.Способы охлаждения отбросной теплоты.... 65

 

Лекция 10. Гидроэнергетические установки.Схемы использования

 

водной энергии и типы гидростанций. Гидроэнергопотенциал. Воздействие ГЭС

 

на окружающую среду. Классификация гидротурбин. Поворотно-лопастные

 

гидротурбины....................................................................................................................................................................... 74

 

Лекция 11. Пропеллерные турбины.Радиально-осевые гидротурбины.

 

Диагональные турбины. Ковшовые турбины. Регулирование речного стока.

 

Суточное и недельное регулирование. Сезонное регулирование стока............. 85

 

Лекция 12. Эксплуатация ГЭС.Работа ГЭС в зимнее время и пропуск павод-

 

ка. Каскад ГЭС. Режим работы водохранилищ. Мощность и выработка энергии

 

ГЭС. Гидроэнергетика малых рек. История развития гидроустановок. Работа ГЭС

 

в энергосистеме.................................................................................................................................................................. 92

 

Лекция 13. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии.Состояние

 

и перспективы их использования в России. Солнечная энергетика. Параболические

коллекторы. Солнечные электростанции башенного типа. Солнечные батареи 102

 

Лекция 14. Ветроэнергетика.Отрицательное воздействие ветроустановок

 

на окружающую среду. Взаимодействие воздушного потока с лопастью

 

ветроколеса. Классификация ветроустановок................................................................................ 111

 

Лекция 15. Геотермальная энергия.Приливные электростанции.Гидроакку-

 

мулирующие электростанции. Солнечная энергия, аккумулированная океаном.

Энергия биомассы. Первичные и вторичные загрязнители воздуха................... 118

 

Лекция 16. Эффективное использование энергии.Структурная схема состоя-

 

ний вещества. Энергосбережение в энергетике. Социально-экологические аспекты

энергосбережения. Утилизация вторичных (побочных) энергоресурсов….... 129

 

Лекция 17. Экономия энергетических ресурсов.Ресурсосберегающие

технологии............................................................................................................................................................................. 144

Список литературы................................................................................................................................. 152

Приложение....................................................................................................................................................... 153

 

 

Лекция 1

ВВЕДЕНИЕ

 

«Общая энергетика» – новый курс. Он обусловлен появлением нового Стандарта образования.

 

Необходимость возникновения нового курса «Общая энергетика» связана

 

с обострением мировой энергетической ситуации. Появилась большая серия публикаций, посвященных современному состоянию и перспективам развития энергетического хозяйства. Некоторые из них представляют собой попытку об-ратить внимание широкой общественности на необходимость по-новому оце-нивать сущность происходящих в мире событий в сфере энергетики. Авторы других книг главное внимание уделяют прогнозированию развития энергетиче-ского хозяйства на ближайшие 20 – 30 лет и более отдаленную перспективу. Основу третьей категории книг составляют вопросы повышения энергетиче-ской эффективности экономики, методы и пути экономии топлива, электро-энергии и теплоты в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах, в строительстве и в быту. Наконец, существует це-лый ряд книг по различным аспектам энергетики, охраны окружающей среды и энергосбережения. Именно комплексный подход к широкому кругу проблем энергетики послужил поводом для возникновения нового курса «Общая энергетика».

 

 

Современное энергетическое хозяйство сложно и многогранно, оно быстро развивается. Создаются и внедряются принципиально новые типы энергетических установок, совершенствуется структура энергетического баланса, используется энергия новых, так называемых «нетрадиционных» источников энергии, в том числе энергия возобновляемых источников: энергия Солнца, геотермальная и ветровая энергия, энергия биомассы. Все это требует от современного молодого специалиста глубоких теоретических и экономических знаний во всех сферах энергетического хозяйства. Он должен уметь правильно оценивать энергетическую ситуацию, выбирать оптимальные пути (технические и экономические) энергоснабжения, в должной мере учитывая при этом экологические проблемы создания новых и эксплуатации существующих энер-гетических объектов.

 

Молодой специалист, приступающий к работе на объектах в области управления современным энергетическим хозяйством, должен владеть наряду с необходимыми знаниями в области проектирования, строительства и эксплуа-тации энергетических установок достаточно широким представлением о боль-шинстве задач, которые приходится решать в области энергоснабжения, энергосбережения и охраны окружающей среды от загрязнения, возникающих при работе энергетических установок.

 

Выводы.

 

Таким образом, проведенный анализ последних научных и общественно – политических публикаций в данной области позволил нам прийти к следующим выводам.

 

Во-первых, мировой порядок первой половины XXI века во многом будет определяться тем, как будет решена общая для всего человечества энергетическая проблема. На сегодняшний день в общем мировом топливном балансе: на уголь приходится 30%, нефть – 40%, газ – 24%, ядерную энергетику – 6% в общем объеме потребленных энергоресурсов.

Во-вторых, энергетика, построенная на углеводородах, исторически себя исчерпала, и в течение ближайших десяти лет ее рост будет закончен. Поэтому человечество стоит перед выбором: либо будет обеспечен переход к принципиально новому уровню энергопотребления и энергоэффективности, либо мир будет вынужден идти на ограничение потребления энергии.

В третьих, Китай, как и другие развивающиеся государства, делает ставку на сверхинтенсивное развитие ядерной энергетики. Программа развития ядерной энергетики Китая предусматривает семикратное увеличение к 2020 г. мощностей всех АЭС, примерно до 40000 МВт.

 

И самое главное, развитие ядерной энергетики связывается с переходом к середине XXI века всей мировой атомной энергетики на замкнутый ядерный топливный цикл (так называемый уран-плутониевый, а в будущем и ториевый, цикл) на базе реакторов-размножителей на быстрых нейтронах, когда извлеченные из отработанного ядерного топлива уран и плутоний повторно используются в качестве нового ядерного топлива. Переход к замкнутому ядерному топливному циклу позволит уйти от критической недостаточности ресурсной базы ядерной энергетики, построить расширенное воспроизводство ядерной энергии, дать существенное уменьшение объема радиоактивных отходов.

 

Лекция 2

ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

 

Электрической станцией называется энергетическая установка, служащая для преобразования природной энергии в электрическую.

 

В зависимости от источника энергии различают (рисунок 1):

 

1. Тепловые электростанции (ТЭС);

2. Атомные электростанции (АЭС);

3. Гидроэлектрические станции (ГЭС);

 

4. Электростанции, использующие нетрадиционные возобновляемые ис-точники энергии (НВИЭ)

 

 

15% ^1%

 

12%	ТЭС

 

АЭС

 

ГЕС

 

НВИЭ

 

72%

 

Рисунок 1.1. Типы электрических станций

 

Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС). Они используют тепловую энергию, выделяемую при сжигании органи-ческого топлива: твердого, жидкого и газообразного (уголь, нефть, газ).

 

Лекция 3

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

 

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энер-гия топлива превращается в механическую энергию.

 

Существует несколько видов тепловых двигателей:

- паровая машина;

- двигатель внутреннего сгорания;

- паровая и газовая турбины;

- реактивный двигатель;

- холодильные и компрессорные машины.

 

Во всех этих двигателях энергия топлива переходит в энергию газа (или пара).Расширяясь, газ совершает работу и при этом охлаждается, часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

 

Основные понятия и исходные положения термодинамики

Предметом термодинамики является изучение законов превращения тепловой энергии в энергию механическую.

 

Термодинамической системой называется совокупность материальныхтел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с окружающими систему внешними телами («внешней средой»).

 

Выбор системы произволен и диктуется условиями решаемой задачи. Те-ла, не входящие в систему, называют окружающей средой. Систему отделяют от окружающей среды контрольной поверхностью (оболочкой). Так, например, для простейшей системы - газа, заключенного в цилиндре под поршнем, внеш-ней средой является окружающий воздух, а контрольными поверхностями слу-жат стенки цилиндра и поршень.

 

Механическое и тепловое взаимодействие термодинамической системы осуществляется через контрольные поверхности. При механическом взаимодействии самой системой или над системой совершается работа. В нашем примере механическая работа производится при перемещении поршня и сопровождается изменением объема. Тепловое взаимодействие заключается в переходе теплоты между отдельными телами системы и между системой и окружающей средой.

 

В общем случае система может обмениваться со средой и веществом, та-кая система называется открытой. Потоки газа или пара в турбинах и трубопроводах - примеры открытых систем. Если вещество не проходит через границы системы, то она называется закрытой. В дальнейшем мы будем рассматривать закрытые системы.

 

Свойства каждой системы характеризуются рядом величин, которые при-нято называть термодинамическими параметрами.

 

Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверх-ностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности

 

тела по нормали к последней. В соответствии с молекулярно-кинетической тео-рией давление газа определяется соотношением

 

 

 

 

где n - число молекул в единице объема; m - масса молекулы; С² - сред-няя квадратическая скорость поступательного движения молекул.

 

В системе СИ давление выражается в паскалях (1 Па = 1 H/м²). Поскольку эта единица мала, удобно использовать 1 кПа = 1000 Па и 1МПа = 10⁶ Па.

 

Температурой называется физическая величина,характеризующая сте-пень нагретости тела. С точки зрения молекулярно-кинетических представле-ний температура есть мера интенсивности теплового движения молекул. Ее численное значение связано с величиной средней кинетической энергии моле-кул вещества:

 

где h - постоянная Больцмана, равная 1,38 10 ^-23 Дж/К.

Температура Т, определенная таким образом, называется абсолютной.

 

В системе СИ единицей температуры является кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (⁰С). Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t температурами имеет вид

 

Т= t + 273,15.

 

Удельный объем v–это объем единицы массы вещества.Если однород-ное тело массой М занимает объем V, то по определению v = V / М.

В системе СИ единица удельного объема 1м³/кг. Между удельным объе-мом вещества и его плотностью существует соотношение v=1/.

 

Изменение состояния термодинамической системы во времени называет-

 

ся термодинамическим процессом. Термодинамический цикл – это круговой процесс, осуществляемый термодинамической системой.

 

Термодинамический процесс называется равновесным, если все парамет-ры системы при его протекании меняются достаточно медленно. В этом случае система фактически все время находится в состоянии равновесия с окружаю-щей средой, чем и определяется название процесса.

 

Работа расширения

 

Работа в термодинамике, так же как и в механике, определяется произве-дением действующей на рабочее тело силы на путь ее действия.

 

Рассмотрим газ массой М и объемом V, заключенный в эластичную обо-лочку с поверхностью F (рисунок 2.1).

 

 

Рисунок 2.1. К определению работы расширения

 

Если газу сообщить некоторое количество теплоты, то он будет расши-ряться, совершая при этом работу против внешнего давления Р. Газ действует на каждый элемент оболочки dF с силой, равной pdF, и перемещая ее по норма-ли к поверхности на расстояние dn. Общую работу получим, интегрируя данное выражение по всей поверхности F оболочки:

 

Из рисунка 2.1 видно, что изменение объема, dV, выражается в виде ин-

теграла по поверхности: dV dFdn,следовательно,

 

F
dL	pdV.	(2.3)
При конечном изменении объема работа против сил внешнего давления,
называемая работой расширения, равна
	V 2
L	pdV.	(2.4)

V ₁

 

dL и dV всегда имеют одинаковые знаки:

 

если dV > 0, то и dL > 0, т.е. при расширении работа тела положительна, при этом тело само совершает работу;

 

если dV < 0, то и dL < 0, т.е. при сжатии работа тела отрицательна: это означает, что не тело совершает работу, а на его сжатие была затрачена работа извне.

 

В термодинамике для исследования равновесных процессов широко используют Р, V-диаграмму, в которой осью абсцисс служит удельный объем, а осью ординат - давление. Поскольку состояние термодинамической системы определяется двумя параметрами, то на Р, V-диаграмме оно обозначается точкой (рисунок 2.2).

 

 

Рисунок 2.2. Графическое изображение работы в р, -координатах

 

На рисунке 2.2 точка 1 соответствует начальному состоянию системы, точка 2 - конечному, а линия 12 - процессу расширения рабочего тела от v₁ до v_2. Работа процесса 12 изображается площадью, ограниченной кривой процесса, осью абсцисс и крайними ординатами. Таким образом, работа изменения объема эквивалентна площади под кривой процесса в диаграмме P, V.

 

Теплоемкость газов

 

Отношение количества теплоты dQ, полученной телом при бесконечно малом изменении его состояния, к связанной с этим изменением температуре тела dT называется теплоемкостью тела [1]:

 

 

С=dQ/dT. (2.5)

 

Коэффициент пропорциональности между количеством подведенной (от-веденной) к телу теплоты и соответствующим изменением его температуры Т называется теплоемкостью Q=CT[3].

Обычно теплоемкость относят к единице количества вещества и в зави-симости от выбранной единицы различают:

 

удельную массовую теплоемкость с,отнесенную к1кг газа,Дж(кг К);

теплоемкость при постоянном давлении

Ср=dqp / dT;	(2.6)
т еплоемкость при постоянном объеме
С =dq / dT.	(2.7)

В курсе «Общей энергетики» мы коснемся науки термодинамики лишь в той части, чтобы сравнивать эффективность различных методов преобразования энергии. Простейшим критерием такого сравнения является коэффициент полезного действия (КПД) любого теплового двигателя, который определяется отношением полезно полученной работы к теплу, которое на получение этой работы затрачено.

 

L	,	(2.8)
Q

где L-полученная работа, Дж, Q₁-теплота, затраченная на получение работы, Дж. Отнеся работу к 1 кг массы рабочего тела, получим удельную работу

 

l	L	,	(2.9)
M

где М – масса рабочего тела, кг.

 

Величина l представляет собой удельную работу, совершаемую системой, содержащей 1 кг рабочего тела.

Аналогично определяется удельная теплота q₁, Дж/кг,

 

q 1	Q 1	(2.10)
M

и представляет собой теплоту, затраченную на совершение работы системой, содержащей 1 кг рабочего тела.

 

Коэффициент полезного действия можно определить через удельные ве-личины теплоты и работы

 

 

Коэффициент полезного действия ТЭС, работающих на органическом топливе с паровыми турбинами, составляет около 40%, а КПД АЭС - около 30%, это объ-ясняется не столько недостатками имеющихся технологий, но и тем, что суще-ствуют объективные ограничения, связанные с законами термодинамики.

 

Первый закон термодинамики

Лекция 4

 

Прямой цикл Карно

 

Цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, носит название цикла Карно. С его помощью С. Карно установил основные законы превращения тепловой энергии в механическую. Осуществление цикла Карно в тепловой машине можно представить следующим образом.

 

Газ (рабочее тело) с начальными параметрами, характеризующимися точ-кой а, помещен в цилиндр под поршень (рисунок 3.2). Боковые стенки цилин-дра и поршень абсолютно нетеплопроводны. Теплота может передаваться только через основание цилиндра.

 

 

.

 

. Рисунок 3.2. Прямой цикл Карно

 

 

ведем адиабатно (da). Работа, затраченная на сжатие, по линии da идет на уве-личение внутренней энергии, в результате чего температура газа увеличивается до Т₁. В результате цикла килограмм газа получает от горячего источника теп-лоту q₁, отдает холодному теплоту q₂ и совершает работу l _ц.

 

Подставив в формулу (3.1) выражения для q₁ и q₂, получим, что термиче-ский КПД цикла Карно определяется формулой

 

 

Из нее видно, что термический КПД цикла Карно зависит только от абсолютных температур горячего и холодного источников. Увеличить КПД цикла можно либо за счет увеличения температуры горячего источника, либо за счет уменьшения температуры холодного. Причем увеличение температуры горячего источника в меньшей степени повышает КПД цикла Карно, чем такое же (в Кельвинах) уменьшение температуры холодного.

 

Процесс парообразования. Основные понятия и определения.

Диаграмма водяного пара

 

 

 

 

 

 

Лекция 5

 

Энтальпия

 

В термодинамике важную роль играет энтальпия - величина, которая яв-ляется функцией состояния и обозначается Н.

 

Н = U+pV.		(4.1)
Энтальпия –этосумма внутренней энергии системыUи произведения
давления системы р на ее объем V. Также как внутренняя энергия,работа и
теплота, она измеряется в джоулях (Дж) )ж).
h	H	,	(4.2)
M

где h – удельная энтальпия, которая представляет собой энтальпию системы, содержащей 1 кг вещества, и измеряется в Дж/кг.

 

Основы теплопередачи

Процессы передачи тепла от одного тела к другому широко применяются

 

в технике. Процесс теплопередачи, или теплообмен, - это переход тепловой энергии от одного тела к другому, обусловленный разностью температур между этими телами. Теплообмен может происходить различными способами:

 

- теплопроводностью, когда тепло распространяется внутрь тела.В этомслучае молекулы, обладающие большим запасом кинетической энергии, пере-носят часть своей энергии непосредственно соседним молекулам, имеющим меньший запас энергии;

- конвекцией (соприкосновением),когда тепло передается при помощидвижущейся среды. Конвективный теплообмен связан с течением жидкого или газообразного тела, причем возможно как принудительное (при помощи насо-сов или вентиляторов), так и свободное течение, обусловленное неодинаковой плотностью нагретой и холодной частями среды. Конвекция всегда сопровож-дается и теплопроводностью в движущейся среде;

- радиацией (лучеиспусканием),когда тепловая энергия нагретого телапревращается в лучистую энергию; часть этой энергии, воспринимаясь другим телом, превращается вновь в тепловую. Передача тепла лучеиспусканием не нуждается в каком-либо теплоносителе; лучистое тепло может передаваться в любой разряженной среде.

На практике теплообмен часто происходит одновременно всеми назван-ными способами, т. е. теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием.

 

Вопросы для самопроверки

1. Почему на практике не осуществляется цикл Карно насыщенного пара?

 

2. Изобразите цикл Ренкина насыщенного пара в Т, s – диаграмме. На каких ти-пах ЭС этот цикл нашел широкое применение?

 

3. Зачем применяют регенеративный подогрев и что он представляет собой?

 

4. Для чего применяется перегрев пара? Перечислите положительные моменты его применения.

 

5. Какая наибольшая температура перегрева пара может достигаться? С чем это связано?

 

6. Изобразите цикл Ренкина перегретого пара в Т, s – диаграмме. Покажите способы повышения термического КПД.

 

7. Назовите основные способы теплообмена.

8. Дайте понятие энтальпии.

 

Лекция 6

 

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ И ИХ СХЕМЫ

 

Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива или подводимой от посторонних источников, называют котлами. Они делятся соответственно на котлы паровые и котлы водогрейные.

 

Развитие конструкций котлов

 

Историческое развитие паровых котлов шло в направлении повышения паропроизводительности, повышения параметров производимого пара (давления и температуры), надежности и безопасности в эксплуатации, увеличения экономичности (КПД) и снижения массы металлоконструкций, приходящейся на 1тонну вырабатываемого пара (рисунок 5.1).

 

 

 

 

Рисунок 5.1. Схема развития паровых котлов:

 

а – простой цилиндрический котел; б – водотрубный котел с наклонным трубным пучком; в – двухбарабанный вертикально-водотрубный котел. Стрел-ками показано движение продуктов в газоходах: 1- барабан; 2- топка; 3 – трубы

 

кипятильного (испарительного) пучка; 4 – опускные трубы; 5 – коллекторы, объединяющие трубы поверхностей нагрева; 6 – водяной экономайзер; 7 – пе-регородки в газоходах котла, ПВ – питательная вода; П – пар

 

 

Исходным типом современных котлов был простой цилиндрический ко-тел (рисунок 5.1,а), выполненный в виде горизонтального барабана с топкой под ним. Стенки барабана были одновременно и поверхностью нагрева. В дальнейшем увеличение поверхности нагрева шло следующим образом. К ба-рабану присоединились дополнительные наружные трубные поверхности нагрева – кипятильные пучки, заполненные водой и обогреваемые топочными газами (водотрубные котлы, рисунок 5.1,б).

 

Уменьшение диаметра труб этих поверхностей и увеличение их количества вели к росту удельной поверхности нагрева. Движение пароводяной смеси по трубам кипятильного пучка обеспечивалось за счет естественной циркуляции (рисунок 5.1,в). Питательная вода из коллектора 5 подается в водяной экономайзер 6, где она предварительно подогревается перед подачей в барабан 1. Из барабана вода поступает вниз по опускным трубам 4. Чтобы предотвратить образование пароводяной смеси в опускных трубах и уменьшить их сопротивление, увеличивали их диаметр и уменьшали обогрев, располагая в зоне более низких температур. В дальнейшем опускные трубы вынесли за изоляционную стенку (обмуровку) котла (рисунок 5.2).

 

Котлы, в которых вертикальные трубы используются в качестве кипя-тильного пучка, получили название вертикально-водотрубных. Впоследствии вертикальные (подъемные) трубы испарительной поверхности нагрева стали располагать на стенках топки и называть экранными поверхностями или экра-нами (Название связано с тем,что они,выполняя свою основную функцию вкачестве испарительной поверхности, еще и экранируют стены топки от излу-чения топочного объема, препятствуя налипанию на них размягченного шлака

 

и золы). Барабан постепенно перестал играть роль поверхности нагрева. Более того, в целях повышения надежности работы котла, барабан был вынесен из зоны обогрева.

 

ЭЛЕМЕНТЫ ПАРОВОГО КОТЛА

 

Топка – устройство котла,предназначенное для сжигания органическоготоплива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения золы. Топки делят на слоевые, камерные, вихревые.

 

Пароперегреватель –устройство для повышения температуры пара,по-ступающего из испарительной системы котла. Пароперегреватели бывают ра-диационные и конвективные.

 

Экономайзер –устройство,обогреваемое продуктами сгорания топлива

 

и предназначенное для подогрева или частичного парообразования воды, по-ступающей в котел.

 

Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей в топку котла. По принципу действия разде-ляются на рекуперативные и регенеративные.

 

Обмуровка котла –система огнеупорных и теплоизоляционных ограж-дений или конструкций котла, предназначенная для уменьшения тепловых по-терь и обеспечения газовой плотности. Температура наружной поверхности не должна превышать 328 К. Обмуровка бывает тяжелой 500-600 мм, облегченной

 

(200-500 мм), легкой (100-200 мм).

 

Тепловой баланс котла

 

Тепловой баланс котла – составляется с целью анализа эффективности работы котла и определения КПД. Тепловой баланс котла рассчитывается по прямому балансу и по обратному балансу.

 

КПД котла по прямому балансу:

 

 

где D – количество произведенного пара; i_nn -теплосодержание перегретого пара;

 

i_nв- теплосодержание питательной воды;

 

B -количество сожженного топлива;

Q^н -теплотворная способность топлива.

Р

 

КПД котла по обратному балансу:

 

Q p	Q 1	Q 2	Q 3	Q 4	Q 5,
100 %	q 1	q 2	q 3	q 4	q 5,

_{где Qp} – располагаемая (внесенная в топку) теплота;

 

Q ₁, q ₁–полезная теплота,используемая для выработки пара–90 %;

Q ₂, q ₂–потери тепла с уходящими газами–6,0 %;

 

Q ₃, q ₃–потери от химической неполноты сгорания–0,5 %;

 

Q ₄, q ₄–потери от механической неполноты сгорания- 3,0 %; Q ₅, q ₅–потери тепла в окружающую среду–0,5 %;

 

КПД парового котла без учета затрат энергии на собственные нужды.

 

КПД современных котлов превышает 90%. Это довольно совершенные агрегаты.

 

Лекция 7

Типы ядерных реакторов

(См. презентацию по ядерной реакции)

 

 

На атомных электрических станциях тепловая энергия, которая идет на производство пара, выделяется при делении ядер атомов вещества, это вещество называется ядерным топливом или ядерным горючим. Им служит в основном обогащенный природный уран U238 в смеси с ураном U235 и иногда торий (Th 232). Ядерное топливо выделяет теплоты в миллион раз больше, чем лучшее органическое топливо.

 

Ядра урана и тория под воздействием нейтронов распадаются на два осколка. Так как ядра осколков при этом оказываются одноименно заряженны-ми, то, отталкиваясь друг от друга, они приобретают большие скорости и энер-гично взаимодействуют с окружающей средой. Это приводит к преобразованию кинетической энергии осколков и нейтронов в теплоту молекул среды (теплоносителя).

 

Устройство, в котором происходит саморазвивающийся регулируемый процесс деления атомных ядер с преобразованием освобождающейся при этом ядерной энергией в теплоту, называется реактором. Энергия деления изотопа урана с массой 235 в среднем составляет 210 МэВ на один распад (1 Эв = 1,6·10^-19 Дж). В реакторе одновременно с процессом деления происходит поглощение части нейтронов ураном и материалами, входящими в основ