Топливно-энергетический комплекс России (ТЭК) и его роль в экономике страны

1.

1. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС РОССИИ И ЕГО РОЛЬ В ЭКОНОМИКЕ СТРАНЫ
Топливно-энергетический комплекс России (ТЭК) — один из межотраслевых
народнохозяйственных комплексов, представляющий совокупность тесно связанных и взаимозависимых
отраслей топливной промышленности и электроэнергетики, действующих как единое целое для
удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения страны в топливно-энергетических
ресурсах.
Топливно-энергетический комплекс России — стержень экономики страны, обеспечивающий
жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства и населения, а также интеграцию регионов и
стран СНГ.

2.

Структура производства топлива и энергии в России
ТЭК ведущий межотраслевой комплекс России. Он обеспечивает 30% ВВП.
Продукция ТЭК является основной статьей экспорта России (около 66%) и
обеспечивает значительную часть валютных поступлений.
Обеспечивает развитие других отраслей хозяйства страны,
Обеспечивая их топливом и энергией.

3.

Топливная промышленность России
Другие (горючие сланцы,
торф, и т.д.)

4.

Структура производства электроэнергии России

5.

Рзвитие отраслей ТЭК в последнее время идет в непростых внешнеполитических и экономических условиях:
–снижаются цены на основные экспортные товары. Падение цен на нефть, газ и уголь достигло 30 – 40 %;
–действовуют санкционные ограничения на доступ к финансовым ресурсам и ряду технологий ТЭК;
– в связи с замедлением темпов роста мировой экономики и сокращением спроса на энергоресурсы усилилась конкуренция на основных экспортных рынках;
– на внутреннем рынке спрос на энергоресурсы тоже стабилизировался в связи с сокращением промышленного производства и теплой зимой;
– на инвестиционные планы инфраструктурных компаний оказало влияние и сдерживание роста тарифов ниже уровня инфляции.
Определенный смягчающий эффект в этих условиях оказала девальвация рубля. (действие этого эффекта не будет долговременным,
рынки довольно быстро адаптируются к новым экономическим реалиям).
Поэтому Минэнерго России и компаниям ТЭК пришлось больше внимания уделять вопросам:
– сокращения издержек и роста эффективности своей деятельности;
– развития импортозамещения;
– поиска новых рынков и партнеров.
И ТЭК России справляется с этими вызовами. Основные показатели отраслей стабильны и соответствуют прогнозам. Сохраняются лидирующие позиции
на мировых энергетических рынках, кадровый и научно-технический потенциал, способность решать самые сложные производственные задачи.
Стабильной остается ситуация на рынке труда.
ТЭК России надежно обеспечивает потребности внутренних и внешних потребителей во всех видах энергоресурсов, одновременно оставаясь основной
бюджетообразующей отраслью экономики.
Наибольшее влияние на размещение отраслей ТЭК оказывают факторы:
Сырьевой, потребительский, близость к воде и экологический.
Главная проблема ТЭК заключается в том, что основные запасы
энергетических ресурсов страны ( около 85%) находятся в восточной части
страны – за Уралом, а основные Районы потребления – в западной (75%).

6.

Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливноэнергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения
внутренней и внешней политики. Роль страны на мировых энергетических рынках во многом
определяет ее геополитическое влияние.
Современная экономика России энергорасточительна. Энергоемкость ВВП России (при расчете его
по паритету покупательной способности валют) превышает среднемировой показатель в 2,3 раза, а
по странам ЕС – в 3,1 раза. В последнее двадцатилетие в развитых странах наблюдался
энергоэффективный экономический рост (на 1% прироста ВВП приходилось в среднем лишь 0,4%
прироста потребления энергоносителей). В результате энергоемкость ВВП в среднем по миру
уменьшилась за этот период на 19%, а в развитых странах – на 21-27%.
Топливно-энергетический комплекс России всегда играл важную роль в экономике страны. За годы
реформ, в связи с резким падением объемов производства в других отраслях экономики, его роль
еще более возросла. Этому в значительной степени способствовали как богатые природные
топливно-энергетические ресурсы страны – на территории России сосредоточено 1/3 мировых
запасов природного газа, 1/10 нефти, 1/5 угля и 14% урана – так и созданный за многие годы
уникальный производственный потенциал.
В настоящее время ТЭК является одним из устойчиво работающих производственных комплексов
российской экономики. Он определяющим образом влияет на состояние и перспективы развития
национальной экономики, обеспечивая: около 1/4 производства ВВП, 1/3 объема промышленного
производства и доходов консолидированного бюджета России, примерно половину доходов
федерального бюджета, экспорта и валютных поступлений.

7.

Вместе с тем в отраслях ТЭК сохраняются механизмы и условия хозяйствования, не адекватные принципам рыночной экономики,
действует ряд факторов, негативно влияющих на функционирование и развитие ТЭК.
Основными факторами, сдерживающими развитие комплекса, являются:
·
высокая степень износа основных фондов (более 50%). Наблюдается высокая аварийность оборудования, обусловленная низкой
производственной дисциплиной персонала, недостатками управления, а также старением основных фондов. В связи с этим возрастает
возможность возникновения аварийных ситуаций в энергетическом секторе;
·
сохраняющийся в отраслях комплекса (кроме нефтяной) дефицит инвестиционных ресурсов и их нерациональное использование.
При высоком инвестиционном потенциале отраслей ТЭК, приток в них внешних инвестиций составляет менее 13% от общего объема
финансирования капитальных вложений. При этом 95% указанных инвестиций приходится на нефтяную отрасль. В газовой
промышленности и в электроэнергетике не создано условий для необходимого инвестиционного задела, в результате чего эти отрасли
могут стать тормозом для ТЭК в целом;
·
деформация соотношения цен на взаимозаменяемые энергоресурсы привела к отсутствию конкуренции между ними и структуре
спроса, характеризующейся чрезмерной ориентацией на газ и снижением доли угля;
·
отставание производственного потенциала ТЭК от мирового научно-технического уровня. Доля добычи нефти за счет
современных методов воздействия на пласт и доля продукции нефтепереработки, получаемой по процессам, повышающим качество
продукции, низка. Энергетическое оборудование, используемое в газовой и электроэнергетической отраслях, неэкономично. В стране
практически отсутствуют прогрессивные парогазовые установки, установки по очистке отходящих газов, крайне мало используются
возобновляемые источники энергии, оборудование угольной промышленности устарело и технически отстало, недостаточно
используется потенциал атомной энергетики;
·
отставание развития и объективный рост затрат на освоение перспективной сырьевой базы добычи углеводородов, и особенно
газовой промышленности;
·
отсутствие рыночной инфраструктуры и цивилизованного, конкурентного энергетического рынка. Не обеспечивается необходимая
прозрачность хозяйственной деятельности субъектов естественных монополий, что негативно сказывается на качестве государственного
регулирования их деятельности и на развитии конкуренции;
·
сохраняющаяся высокая нагрузка на окружающую среду от топливно-энергетической деятельности. Несмотря на произошедшее за
последнее десятилетие снижение добычи и производства топливно-энергетических ресурсов, отрицательное влияние ТЭК на
окружающую среду остается высоким;
·
высокая зависимость нефтегазового сектора и, как следствие, доходов государства, от состояния и конъюнктуры мирового
энергетического рынка. Наблюдается тенденция к дальнейшему повышению доли нефти и газа в структуре российского экспорта, вместе
с тем, недостаточно используется потенциал экспорта других энергоресурсов, в частности электроэнергии и угля. Это свидетельствует о
продолжающемся сужении экспортной специализации страны и отражает в достаточной степени отсталую структуру всей экономики
России;
·
отсутствие развитого и стабильного законодательства, учитывающего в полной мере специфику функционирования предприятий
газовой отрасли.

8.

Энергетические ресурсы и структура их использования
Энергетические ресурсы
неисчерпаемые
исчерпаемые
возобновляемые
биоэнергия
невозобновляемые
Минеральные
ресурсы
Энергия
рек
Энергия
солнца,
морские
приливы
Энергия
ветра
Существуют несколько классификаций энергоресурсов по разным направления:
1. Первичными, т. е. теми, которые человек использует в большей степени, энергетическими ресурсами признаются – нефть, природный газ, каменный и бурый угли, горючие
сланцы торф, древесина, гидроэнергия, а также энергия атомного распада и ядерного синтеза. Вторичными, соответственно, называют все прочие ресурсы, такие как:
солнечная, ветровая, геотермальная энергия и др.
2. Возобновляемым или восполняемым ресурсом, т. е. ресурсом, количество которого возможно увеличить естественным или искусственным путём за достаточно
краткосрочный период времени, является древесина. К не возобновляемым ресурсам относятся нефть, природный газ, уголь, сланцы и торф.
3. Неисчерпаемыми ресурсами, т. е. ресурсами, запас которых практически и физически не ограничен, принято считать гидроэнергию, атомную энергию, энергию ветра,
солнца, а также геотермальную энергию. Все прочие энергетические ресурсы – исчерпаемы.
4. Выделяют «альтернативные» или нетрадиционные источники энергии: гидроэнергия, геотермальная, ветровая, приливная, солнечная энергия.
Полное название этих ресурсов – топливно-энергетические (по направлению их использования), горючие (по составу и особенностям использования) природные ресурсы.
Кроме подразделения энергетических ресурсов на исчерпаемые и неисчерпаемые, они также подвергаются экономической оценке – установлению возможности и
целесообразности их вовлечения в производство при современном уровне развития науки и техники. При этом оцениваются размеры запасов (объёмы ресурсов) в целом и
концентрацию их на единицу площади (например, газовое месторождение); качественный состав (например, для нефти – качественный состав, степень вязкости, сернистости и
т. д.); условия эксплуатации (глубина залегания, трудность разведки, освоения месторождений и разработки); степень освоенности и заселённости территории, на которой
имеется месторождение (уровень обеспеченности региона трудовыми ресурсами); условия транспортировки, к местам сбыта и использования (наличие необходимой
транспортной и иной инфраструктуры); расходы производства или добычи на единицу продукции (себестоимость); наличие других природных ресурсов и полезных
ископаемых, их сочетание; требования по охране окружающей среды и рекультивации территории.
Экономическая оценка энергетических природных ресурсов позволят производить их добычу по минимальной цене, таким образом добиваясь рационального использования,
что является основой для их полного или частичного сохранения. Грамотная экономическая оценка – основа максимального показателя ресурсообеспеченности территории, то
есть отношения между величиной разведанных запасов ресурсов и масштабами их использования.

9.

Основные направления рационального энергоиспользования (энергосбережения)
Экстенсивное
энергосбережение
означает количественное уменьшение
потребления
энергии.
Например,
выключение освещения в светлое
время суток, ужесточение норм
энергопотребления,
устранение
хищений
топливно-энергетических
ресурсов и т.п. Все эти мероприятия
не
предполагают
замену
энергооборудования
и
совершенствования
процессов
энергопотребления и не требуют
инвестиций и капитальных вложений.
Тем
не
менее,
экстенсивное
энергосбережение позволяет получить
положительный
эффект
энергосбережения там, где имеет
место расточительное использование
энергоресурсов.
Интенсивное энергосбережение
предполагает изменение качества
энергоустановок и технологических
линий, которые приводят к повышению
производительности и качества
продукции и (или) к снижению
энергоемкости продукции. Изменение
качества потребителей энергии почти
всегда требует капитальных вложений и
других инвестиций, однако
эффективность таких вложений более
высокая, чем в другие
(неэнергосберегающие) проекты.
Реализация интенсивного
энергосбережения осуществляется на
основе совокупности мероприятий по
внедрению: перспективных моделей
теплотехнологических объектов нового
поколения; перспективных моделей
действующих теплотехнологических
объектов.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

Второй закон термодинамики: в замкнутой изолированной системе самопроизвольно будут
происходить не какие угодно изменения, а лишь те, которые идут в направлении к достижению
состояния равновесия.
Также закон термодинамики можно записать:

29.

Сопла и диффузоры. Специально спрофилированные каналы для разгона рабочей среды и придания потоку определенного направления
называются соплами. Каналы, предназначенные для торможения потока и повышения давления, называются диффузорами.
Конфузор – сужающаяся часть трубопровода, в которой происходит увеличение скорости потока газа, жидкости и уменьшение давления.
Течение в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нем в направлении потока увеличивается, а статическое —
уменьшается.
Диффузор (в гидроаэродинамике) — часть канала (трубы), в которой происходит замедление (расширение) потока. Существует конструкция,
обратная диффузору, называемая конфузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в
меньшее. Акустический диффузор обычно изготовляется из специальных сортов бумаги и гибко крепится к металлическому корпусу
громкоговорителя. Диффузор в фототехнике приспособление для получения фотографического изображения мягкого рисунка.
Для большего увеличения скорости истечения выше критической применяют комбинированное сопло Лаваля, названное по имени шведского
инженера, впервые его предложившего. Схема сопла представлена на рисунке. Его суживающаяся часть работает как дозвуковое сопло, а
расширяющаяся - как сверхзвуковое. В наименьшем сечении скорость равна местной скорости звука. При правильном выборе выходного
сечения давление газа в нем равно давлению окружающей среды. Такой режим называется расчетным. Максимальный расход через сопло
Лаваля остается таким же, как и в суживающемся сопле, увеличивается только скорость газа.
Комбинированное сопло Лаваля
Сопла Лаваля широко используются для достижения сверхзвуковых скоростей движения газа или пара в турбинах,
реактивных и ракетных двигателях, аэродинамических трубах. Следует подчеркнуть, что сопло Лаваля будет выполнять
роль диффузора в том случае, когда скорость перед ним больше скорости звука («обратное» сопло Лаваля). Такие сопла
применяются значительно реже, чем традиционные.

30.

Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)
Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три группы:
с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС);
с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели);
со смещанным подводом теплоты при постоянном объеме (безкомпрессорные дизели)
Основными характеристиками или параметрами любого цикла теплового двигателя являются следующие безразмерные
величины:
степень сжатия (отношение удельных объемов рабочего тела в начале и конце сжатия)
= 1 / 2 , (7.5)
степень повышения давления (отношение давлений в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)
= Р3 / Р2 , (7.6)
степень предварительного расширения или степень изобарного расширения (отношение удельных объемов в конце и в
начале изохорного процесса подвода теплоты)
= 3 / 2 . (7.7)
1). Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя.
Диаграмма реального двигателя представлена на рис.7.3.
а-1 (1 такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь воздуха и паров горючего
(нетермодинамичемкий процесс);
1-2 (2 такт) – адиабатное сжатие (повышается температура);
2-3 – сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме
(подвод теплоты q1);
3-4 (3 такт) – адиабатное расширение (рабочий процесс, совершается полезная работа);
4-а – открывается выхлопной клапан и отработанные газы покидают цилиндр давление
цилиндра падает (отводится тепло q2).
1-а (4 такт) – выталкивание оставшихся в цилиндре газов.
Затем процесс повторяется.
Описанный процесс является необратимым (наличие трения, химической реакции в рабочем
теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.п.).
Для анализа теории тепловых машин термодинамика рассматривает идеальные обратимые циклы.

31.

Диаграмма идеального процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рисунке
Из этой диаграммы выводится формула для термического к.п.д. цикла с
подводом теплоты при постоянном объеме, который имеет следующий вид:
t = 1 – 1/ , (7.8)
где: –степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем выше е,
тем выше экономичность ДВС); – показатель адиабаты.
2). Идеальный цикл ДВС со смещанным подводом теплоты при постоянном
объеме (безкомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на рис.7.5.
1-2 - чистый воздух с температурой Т1 сжимается до температуры Т2,
которая больше температуры воспламенения топлива. В этот момент в
цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо.
2-3 – горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится
тепло q1/, давление повышается до Р3.
3-4 – поршень перемешается обратно, поступление и сгорание топлива
продолжается при постоянном давлении и подводится тепло q 1//.
4-5 – поршень продолжает перемещаться в нижнюю мертвую точку,
давление падает (адиабатное расширение);
5-1 – процесс отвода теплоты q2 при постоянном объеме (через выпускной
клапан покидают отработанные газы).
Термический к.п.д. цикла определяется по формуле:
t = – ( · – 1) / -1·[( - 1) + · ·( – 1)] . (7.9)
Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении широкое
применение не нашли, так как у этих циклов очень большой коэффициент
сжатия.

32.

Циклы газотурбинных установок (ГТУ)
Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания
явяляются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного
расширения рабочего тела до атмосферного давления, которые
отсутствуют в газотурбиннных установках. ГТУ рабочим телом
являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива.
На рис.7.6 дана схема простейшей газотурбинной установки со
сгоранием топлива при постоянном давлении. Топливным насосом 5 и
компрессором 4 топливо и воздух через форсунки 6 и 7 поступают в
камеру сгорания 1. Из камеры продукты сгорания направляются в
комбинированные сопла 2, где они расширяются, и поступают на
лопатки газовой турбины 3.
На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл
ГТУ на PV и TS диаграммах.
1-2 - адиабатное сжатие до давления Р2; 2-3 – подвод теплоты q1 при
постоянном давлении Р2 (сгорание топлива); 3-4 – адиабатное
расширение до первоначального давления Р1; 4-1 – охлаждение рабочего
тела при постоянном давлении Р1 (отвод теплоты q2);
Характеристиками цикла являются:
степень повышения давления - = Р2/ Р1 ;
степень изобарного расширения - = 3 / 2 .
Работа турбины: lт = h3 – h4
Работа компрессора: lн = h2 – h1 .
Полезная работа ГТУ равна разности работ турбины и компрессора:
LГТУ = lт – lк .
Термический к.п.д. цикла ГТУ имеет вид:
t = 1 – 1/ ( -1)/ . (7.13)
Теоретическая мощность газовой турбины, компрессора и установки (ГТУ):
Nт = lт·D/3600 = (h3 – h4)·D/3600 , (7.14)
Nк = lк·D/3600 = (h2 – h1)·D/3600 , (7.15)
NГТУ = lГТУ·D/3600 = [(h3 – h4) (h2 – h1) ]·D/3600 . (7.16)
Действительный цикл ГТУ отличается от теоретического наличием потерь на трение и вихреообразование в турбине и
компрессоре. Эффективными методами повышения экономичности газотурбинных установок являются: регенерация
теплоты, ступенчатое сжатие и расширение рабочего тела и пр.

33.

Степень совершенства преобразования теплоты в механическую работу в термодинамическом цикле двигателя оценивается
термическим (или тепловым, или термодинамическим) коэффициентом полезного действия ηt.
Термический КПД
Отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от
внешних источников.
В общем случае
ηt = At/Q1 = (Q1 – Q2)/Q1,
где At – тепло, преобразованное в цикле в работу; Q1 – тепло, подведённое в цикле к рабочему телу; Q2 – тепло, отданное в
цикле рабочим телом.
Термический КПД
На индикаторной диаграмме это отношение площадей работы за цикл At (область заштрихованая
«в клетку») и подведённой в цикле к рабочему телу теплоты Q1(вся заштрихованная область).
Термический КПД термодинамического цикла показывает, какое количество получаемой теплоты
машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше
величина ηt, тем совершеннее цикл и тепловая машина.
В качестве критерия оценки термодинамических циклов часто используют цикл Карно, потому
что КПД тепловой машины Карно максимален в том смысле, что никакая тепловая машина с теми
же температурами нагревателя и холодильника не может обладать бόльшим КПД. Формула для
расчёта термического КПД данного цикла общеизвестна
ηt = (T1 – T2)/T1,
где T1 – абсолютная температура нагревателя; T2 – абсолютная температура холодильника.
Из анализа цикла Карно можно сделать следующие выводы:
КПД любого термодинамического цикла тем больше, чем больше разница температур
нагревателя T1 и холодильника T2;
термический КПД никогда не достигает 100 %, потому что температура T2 в лучшем случае
равна температуре окружающей среды;
Стоит заметить, что высокий термический КПД не служит гарантией высокого эффективного
КПД двигателя

34.

Цикл Ренкина. Схема простой паротурбинной установки показана на рисунке. В этой установке перегретый водяной пар,
приготовленный в паровом котле ПК, при давлении p1 и температуре t1 поступает на вход паровой турбины Т. Здесь
кинетическая энергия водяного пара, приобретенная им при адиабатном расширении в соплах, на рабочих лопатках
преобразуется в механическую работу турбинного вала, а затем с помощью соединенного с ним электрического генератора Г в
электроэнергию
По выходе из турбины влажный пар при давлении p2 поступает в конденсатор К, где,
отдавая теплоту охлаждающей воде, полностью конденсируется при постоянном
давлении. Получившаяся вода в насосе Н адиабатно сжимается до давления p1и подается
в котельный агрегат, в котором она, получая теплоту от горячих газообразных продуктов
сгорания топлива, нагревается при постоянном давлении до кипения и испаряется, а
образовавшийся пар перегревается до первоначальной температуры t1. Таким образом
цикл замыкается, а полученный перегретый пар снова направляется в турбину и цикл
повторяется.
Основой технологического процесса выработки энергии паровой турбиной является
цикл Ренкина (рис. 2.1, 2.2), состоящий из изобар подвода и отвода тепла и адиабат
(изоэнтроп) работы пара в турбине и работы питательного насоса:
1–2 – адиабатное расширение пара в турбоустановке; 2–3 – конденсация пара в
конденсаторе; 3–4 – сжатие воды в конденсатном и питательном насосах; 4–5 –
подогрев воды до температуры насыщения ts в регенеративном подогревателе и
водяном экономайзере; 5–6 – превращение воды в пар; 6–1 – перегрев пара в
пароперегревателе (ПП).
эффективность преобразования теплоты в работу в обратимом цикле характеризуется
термическим КПД . В данном цикле работа цикла lц является разностью работ –
полученной в турбине lт и затраченной в насосе lн. Выражение для термического кпд
цикла примет вид

35.

Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных
телах.
Перенос теплоты может передаваться тремя способами: теплопроводностью; конвекцией;
излучением (радиацией).
Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или
частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты.
При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела,
сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии.
Конвекция – это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно
нагретых жидкости или газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа
прямо пропорционально. Этот вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью.
Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.
В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и
поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей
или просто теплоотдачей.
Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется
излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии
одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение э/м волн в пространстве, поглощение
энергии излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют
радиационно- кондуктивным теплообменом. Совокупность всех трех видов теплообмена называется сложным
теплообменом. Процессы теплообмена могут происходит в различных средах: чистых веществах и разных
смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния рабочих сред и т.д. В зависимости от этого
теплообмен протекает по разному и описывается различными уравнениями. Процесс переноса теплоты может
сопровождаться переносом вещества (массообмен). Например испарение воды в воздух, движение жидкостей
или газов в трубопроводах и.т.п. и.т.д. Тогда процесс теплообмена усложняется, так как теплота
дополнительно переносится с массой движущегося вещества.

36.

При теплопроводности тепловая энергия передается за счет движения и
взаимодействия
молекул.
Интенсивность
переноса
тепла
определяется
температурным напором и свойствами тела. Процесс теплопроводности описывается
законом Фурье где – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности, Вт/(м К);
dF – площадь, нормальная тепловому потоку, м2; d – время, с; dt – перепад температур, С; dn –
расстояние между изотермами по нормали, м.
Наибольшие значения теплопроводности у меди =450 Вт/(м К), затем идут металлы, строительные материалы и неметаллы, жидкости,
теплоизоляционные материалы. Самые низкие значения, порядка 0,02 Вт/(м К), характерны для газов. С увеличением температуры
теплопроводность обычно снижается. Зависимостью теплопроводности от давления, как правило, пренебрегают.
При теплоотдаче (или конвективном теплообмене) тепло передается за счет перемещения частиц теплоносителя. Движение частиц
теплоносителя может происходить под действием внешнего перепада давлений (вынужденная конвекция) или за счет разности плотностей
частиц с разной температурой (свободная или естественная конвекция). Интенсивность переноса тепла определяется распределением
температур, свойствами теплоносителя, размерами, формой и ориентацией поверхности теплоотдачи. Процесс конвективного теплообмена
описывается основным уравнением теплоотдачи:
Q= F t
где – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м2 К).
Коэффициент теплоотдачи численно равен количеству тепла, передаваемому между теплоносителем и стенкой площадью в один
квадратный метр за одну секунду при температурном напоре в один градус. Численные значения коэффициента теплоотдачи
колеблются в широких пределах от нескольких десятков кВт/(м2 К) до нескольких Вт/(м2 К). Большие значения относятся к воде и
жидким металлам при вынужденной конвекции, малые – к газам при свободной конвекции.
Теплообмен при конденсации насыщенных паров
При конденсации паров тепло конденсации отводится к холодной стенке. Конденсат, скапливающийся на стенке, оказывает
основное термическое сопротивление теплоотдаче при конденсации. В случае плохой смачиваемости поверхности
конденсации, конденсат образуется в виде отдельных капель (капельная конденсация). Так как капли занимают малую
долю поверхности теплоотдачи, то термическое сопротивление при капельной конденсации близко к нулю. Этот вид
конденсации отличается неустойчивостью процесса и встречается редко. Коэффициент теплоотдачи при капельной
конденсации существенно выше, чем при пленочной конденсации и достигает 100 150 кВт/(м2 К). Средние значения
коэффициента теплоотдачи при конденсации определяются по критериальному уравнению, полученному на основе теории
подобия: Nu=A(Ga Pr Ks)0,25, где Кs=r/(c t) – критерий конденсации; с – теплоемкость конденсата, Дж/(кг К); t=ts-tст –
температурный напор конденсации, С; А – постоянный сомножитель, численные значения которого зависят от типа
поверхности конденсации.

37.

Лучистый и сложный теплообмен
При лучистом теплообмене тепловая энергия, в результате сложных внутриатомных возмущений на
поверхности одного тела, превращается в лучистую, а затем на поверхности другого тела происходит
обратный процесс превращения лучистой энергии в тепловую. Интенсивность переноса тепла определяется
температурами, состоянием и цветом поверхностей тел, их взаимным расположением, характером
разделяющей среды и др. Лучистая энергия представляет собой световые (длина волны 0,4...0,8 ) и
инфракрасные, или тепловые (длина волны 0,8...40 ), электромагнитные волны. Если система тел имеет
одинаковую температуру, то она находится в динамическом тепловом равновесии, при котором количество
излучаемой и поглощаемой лучистой энергии для каждого тела одинаково.
Лучистый поток, падающий на тело Qo,, разделяется на поглощенный Qa, отраженный Qr и проходящий
сквозь тело Qd.
Qo=Qa+Qr+Qd, или A+R+D=1,
где A=Qa/Qo,
R=Qr/Qo
и D=Qd/Qo – поглощательная, отражательная и пропускательная способности тела.

38.

Методы интенсификации теплообмена в теплообменниках
Во многих отраслях техники задача интенсификации процесса теплообмена и создания высокоэффективных
теплообменных аппаратов весьма актуальна.
Для интенсификации процессов теплообмена применяют следующие приемы:
• Предотвращение отложений (шлама, солей, коррозионных окислов) путем систематической промывки,
чистки и специальной обработки поверхностей теплообмена и предварительного отделения из
теплоносителей веществ и примесей, дающих отложения;
• Продувка трубного и межтрубного пространств от инертных газов, резко снижающих теплообмен при
конденсации паров;
• Искусственная турбулизация потока. При низких значениях числа Рейнольдса Re, соответствующих
дотурбулентным режимам, можно искусственной турбулизацией потока (турбулизирующими решетками,
искусственной шероховатостью, созданием пульсации или закручиванием потока и т.д.) достичь значений
коэффициента теплоотдачи, соответствующих развитому турбулентному режиму. Однако в связи со
снижением эффекта, получаемого от искусственной турбулизации, при повышении числа Re может
наступить момент, когда темп роста теплоотдачи и развитие турбулентности будет экономически
бесполезным;
• Оребрение поверхности теплообмена, целесообразное как для повышения коэффициента теплопередачи,
так и для снижения массы теплообменника. Поверхность оребрения, в 5-10 раз превосходящая поверхность
несущих трубок, не подвержена одностороннему давлению, а поэтому ребра можно выполнять из более
тонкого материала, чем стенки труб, и этим достичь значительного снижения массы аппарата и расхода
металла.

39.

Виды теплообменников по способу передачи тепла
В соответствии со способом передачи тепла теплообменные аппараты могут быть:
• поверхностным;
• смесительными.
Поверхностные теплообменники передают тепло посредством разделительных твердых стенок. Смесильные теплообменники
передают тепло посредством непосредственного контакта холодных и горячих сред (т.е. смешения).
Поверхностные аппараты подразделяются на следующие виды:
• рекуперативные;
• регенеративные.
Рекуперативные теплообменники передают тепло посредством разделяющей стены со специальной
теплообменной поверхностью (или нагревательной поверхностью). Регенеративные теплообменники также оснащены
нагревающейся стенкой, но процесс передачи тепла отличается от рекуперативного теплообменника. В аппаратах данного типа
оба теплоносителя по очереди контактируют с одной и той же стенкой, которая аккумулирует тепло по мере прохождения
горячего потока и отдает тепло при прохождении холодного потока. Регенераторы способны функционировать только в
периодическом режиме.
Рекуператоры способны работать в обоих режимах: непрерывном и периодическом.
Виды расчетов теплообменника
Расчет теплообменника подразделяется на конструкторский (подбор геометрии теплообменника для решения конкретной
тепло-гидравлической задачи) и поверочный (расчет выходных тепло-гидравлических характеристик по известным входным
параметрам и геометрии теплообменника).
Обычно стоит следующая техническая задача: подобрать требуемую теплообменную площадь аппарата при известных
тепловых и гидравлических параметрах (конструкторский расчет).
Например: какая требуется площадь теплообмена, чтобы нагреть холодную воду расходом Gх с температуры Тх1 до Тх2,
нагрев производится горячей водой расходом Gг и при этом горячая вода остывает с температуры Тг1 до Тг2.

40.

Уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи.
Тепловой баланс теплообменного аппарата выражается следующей формулой:
Qг + Qв = Qх + Qп
Qг – тепловой поток (мощность) отдаваемая горячим теплоносителем,
Qв – тепловой поток (мощность), выделяющаяся при движении жидкости (горячей и холодной) через теплообменник (результат действия
сил вязкостного трения),
Qх – тепловой поток (мощность) принимаемая холодным теплоносителем,
Qп – тепловой поток (мощность) теряемая в окружающую среду (тепловые потери).
Значения Qв и Qп для современных теплообменников являются незначительными и частично компенсируют друг друга, поэтому при
практических расчетах ими пренебрегают, таким образом:
Qг = Qх = Q
Смысл теплового баланса состоит в следующем: сколько тепла отдано столько и принято.
Тепловая мощность для двигающегося потока жидкости и отдающего или принимающего тепло выражается следующим
уравнением:
Q = GCp (T1 – Т2) = GCpDТ
Q – тепловая мощность,
G – расход жидкости,
Cp – удельная теплоемкость жидкости,
Т1 – начальная температура жидкости,
Т2 – конечная температура жидкости,
DТ – разность температур (конечной и начальной).
Безразлично, какой процесс происходит, нагрев или охлаждение, разность температур берется как абсолютное значение и знак указывает
лишь на подвод или отвод тепла.
Соответственно тогда уравнение теплового баланса теплообменника будет выглядеть следующим образом:
Q = Qг = Qх = Gх Cpх (Tх1 – Тх2) = Gг Cpг (Tг1 – Тг2)
Q = Gг Cpг DТг
Q = Gх Cpх DТх
Т.е. кроме табличных величин теплоемкостей остальные параметры являются величинами, зависимыми друг от друга. Например,
при заданных мощности, теплоемкости и разнице температур для каждой среды, расходы двух жидкостей определятся автоматически.
Уравнение теплопередачи
Q = kFDТср
Q – тепловая мощность теплообменника,
k – коэффициент теплопередачи,
F – площадь поверхности теплообмена,
DТср - среднелогарифмический температурный напор, это некоторым образом усредненная локальная разница температур между горячим
и холодным теплоносителем, имеющая место на различных участках теплообменной поверхности.

41.

Изменение температур теплоносителей:
Величина, характеризующая разность температур между горячим теплоносителем и
холодным называется температурным напором.
Для расчетов используется среднелогарифмический температурный напор,
который математически определяется следующим образом:
Если температуры и расходы жидкостей участвующих в теплообмене обычно известны, то
коэффициент теплопередачи является величиной зависящей от следующих факторов:
- теплоотдачи от греющей жидкости к стенке (определяется скоростью жидкости, температурой жидкости,
турбулизацией потока)
- теплопроводности через стенку (определяется материалом и толщиной стенки)
- теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости (определяется скоростью жидкости, температурой
жидкости, турбулизацией потока)

42.

43.

Уравнение Бернулли
Уравнение Громеки подходит для описания движения жидкости, если
компоненты функции движения содержат какуююто вихревую величину.
Например, эта вихревая величина содержится в компонентах ?x, ?y,?z угловой
скорости w.
Условием того, что движение является установившимся, является отсутствие
ускорения, то есть условие равенства нулю частных производных от всех
компонентов скорости:
Если теперь сложить
то получим
Если проецировать перемещение на бесконечно малую величину dl на
координатные оси, то получим:
dx = Uxdt; dy = Uy dt; dz = Uzdt. (3)
Теперь помножим каждое уравнение (3) соответственно на dx, dy, dz, и сложим их:
Предположив, что правая часть равна нулю, а это возможно, если вторая или
третья строки равны нулю, получим:
Нами получено уравнение Бернулли

44.

Гидродинамический напор H (м) — это энергетическая характеристика движущейся жидкости. Понятие
гидродинамического напора в гидравлике имеет фундаментальное значение.
Гидродинамический напор H определяется по формуле :
где z — геометрический напор (высота), м; hp — пьезометрический напор (высота), м; hV = V 2/(2g) — скоростной
напор, м; V — скорость потока, м/c; g — ускорение свободного падения, м2/с.
В гидравлике различают два вида сопротивления; сопротивление по длине обусловленное силами трения, местное
сопротивление, обусловленное изменениями скорости потока по величине и направлению.
Местными сопротивлениями называют короткие участки трубопроводов (вентиль, диафрагма, внезапное расширение, колено
и пр.), на которых вследствие деформирования потока изменяется значение или направление скорости движения жидкости.
Это явление связано с изменениями формы и размеров русла, в котором движется поток. Потери энергии (напора) в местных
сопротивлениях, отнесенные к единице веса потока жидкости, называют местными потерями напора и подсчитывают по
общей формуле
где v — средняя скоростьпотока (обычно в сечении трубопровода за
местным сопротивлением или до него); — безразмерный коэффициент местного сопротивления.

45.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕК
Основная характеристика рек – это размеры, скорость течения, расход воды, сток, падение и вид питания.
Падением называют разность между высотами истока и устья. Чем выше падение, тем больше скорость
течения в реке.
Скорость течения измеряют в м/сек. Не везде она будет одинаковой, участки имеют различный рельеф
местности и уклон русла разный.
Расход воды показывает, сколько метров кубических прошло за 1 секунду через поперечное сечение русла.
Питание реки происходит несколькими путями: дождевой водой, после таяния льдов, из подземных источников
и ледников. Питаются дождями реки, расположенные в тропиках. Снеговое питание у рек умеренных поясов и
расположенных в северном полушарии, а ледниковое имеют горные реки. Существует несколько главных типов
питания рек:
1. Экваториальный – только дождями круглый год.
2. Субэкваториальный – питание реки происходит за счет дождей, но оно неравномерное, а сезонное.
3. Субтропическое – дождевое с поднятием уровня реки в зимний период и обмелением летом.
4. Субарктический – это снеговое питание, которое обеспечивает подъем уровня воды летом и резкое
обмеление зимой, когда большая часть рек перемерзает.
5. Озерный – река круглый год полноценно питается и никак не зависит от других типов питания.
6. Горный – в высоких горах в ночное время реки становятся мелкими, а днем пополняются за счет таяния
ледников и снега.
Также очень часто можно слышать о режиме реки. Но не все знают, что такое режим реки. От чего он зависит?
Ответ очень прост, режим рек – это ход многолетних, сезонных и суточных изменений потока реки в русле.
Изменения могут происходить очень быстро, все зависит от того, где и в каких условиях протекает река.
Реки протекают среди равнин, стекают с гор, за всю свою жизнь они могут поменять свой путь несколько тысяч
раз, обмелеть или, наоборот, стать более полноводными.

46.

Мощность гидростанции
Режим работы ГЭС в энергосистеме зависит от расхода воды, напора, объема водохранилища, потребностей энергосистемы,
ограничений по верхнему и нижнему бьефу.
Агрегаты ГЭС по техническим условиям могут быстро включаться, набирать нагрузку и останавливаться. Причем включение и
выключение агрегатов, регулирование нагрузки могут происходить автоматически при изменении частоты электрического тока в
энергосистеме. Для включения остановленного агрегата и набора полной нагрузки обычно требуется всего 1—2 мин.
Мощность на валу гидротурбины (кВт) определяется как
где Qт — расход воды через гидротурбину, м3/с;
Нт — напор турбины, м;
ηт — коэффициент полезного действия (КПД) турбины.
Напор турбины равен:
где ∇ВБ, ∇НБ — отметки уровня воды соответственно в верхнем и нижнем бьефе, м;
Нг — геометрический напор;
∆h — потери напора в водоподводящем тракте, м.
Потери напора обычно составляют 2—5 % Нг. Значение КПД гидротурбины зависит от ее конструкции, размеров и режимов работы.
Коэффициент полезного действия современных крупных гидротурбин может достигать 0,95.
Электрическая мощность гидроагрегата Na на выводах генератора
где ηген — КПД гидрогенератора.
Обычно КПД гидрогенератора равен 0,9—0,98.
Регулирование мощности агрегата ГЭС производится изменением расхода, проходящего через гидротурбину. Мощность ГЭС в i-й
момент времени равна:
где гi, Hгi, ηгi — расход ГЭС, напор ГЭС и КПД ГЭС соответственно в i-й момент времени.

47.

Основы физического расчета реактора

48.

Природный уран состоит из нескольких изотопов:
Уран 235 – 0,7184%;
Уран 238 – 99,2760%;
Уран 234 – 0,0056%.
Для промышленного применения пригоден только изотоп с массовым номером 235, остальные являются
«мусором». Выделить нужный изотоп не так уж легко: основным способом получения обогащенного урана
235 является прокачка фторида урана через систему центрифуг, в которых более тяжелый изотоп оседает на
стенках, а 235-й проходит. Таким способом можно получить обогащение вплоть до 99%.
Промышленный уран 235 в основном применяется в качестве топлива для электростанций, но
первоначально этот металл использовался в военных целях как самое мощное на Земле взрывчатое
вещество. Последствия военного применения урана 235 внесли большой вклад именно в мирное освоение
энергии атомного ядра. Энергия, выделяемая 1 граммом урана, сопоставима со сжиганием 2,5 тонн нефти.
Выгода очевидна – применение металла в качестве топлива позволяет сократить добычу полезных
ископаемых и перейти на уровень «чистой энергетики», при условии проектирования надежных аварийных
систем работы реактора и качественном исполнении самого реактора. Реактор – основная
часть АЭС (атомной электростанции), в нем непосредственно происходит процесс деления ядер вещества и
передача энергии теплоносителю. Теплоносителю передает энергию турбине, которая, в свою очередь,
вырабатывает электрическую энергию. Теплоносителем могут быть различные вещества с высокой
теплоемкостью: вода, инертные газы, жидкие щелочные металлы.
Глубина выгорания - это энерговыработка за кампанию, приходящаяся на единицу массы
первоначально загруженного урана.
Здесь речь идёт обо всём уране (235U + 238U), загружаемом в активную зону перед началом кампании. Если
обозначить величину глубины выгорания через b, то в соответствии с определением
b = W / MU
(15.12)
Глубину выгорания принято измерять в МВт сутки / т или ГВт сутки/ т.
Представление о величинах глубины выгорания топлива дают такие цифры:
для реакторов типа РБМК-1000 b = 18.5 ÷ 20 ГВт . сут / т;
для реакторов типа ВВЭР-1000 b = 38 ÷ 40 ГВт . сут /т.

49.

Тип тепловой электрической станции (ТЭС) на органическом топливе определяют следующие факторы.
1. Вид используемого топлива. Различают ТЭС на твердом, жидком и газовом топливе, на двух или на всех трех видах топлива. В
настоящее время наряду с твердым топливом (каменные и бурые угли и др.) применяют жидкое (мазут, реже сырую нефть,
обычно высокосернистые) и газовое (природный газ).
2. Вид отпускаемой энергии (энергетическое назначение). Различают конденсационные электростанции (КЭС) – с паровыми
конденсационными турбоагрегатами, отпускающие энергию одного вида – электрическую, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ),
отпускающие внешним потребителям электрическую энергию и тепловую энергию с паром или горячей водой. По характеру
теплового потребления различают ТЭЦ: промышленного типа, с отпуском предприятиям пара для технологических процессов;
отопительного типа, с отпуском тепла обычно с горячей водой для отопления и вентиляции зданий и для бытовых нужд населения;
промышленно-отопительного типа, с отпуском пара и горячей воды для технологических и отопительных нужд. В отдельных
случаях на ТЭС смешанного типа устанавливают конденсационные и теплофикационные турбоагрегаты одновременно.
3. Тип основных тепловых двигателей (турбин) для привода электрогенераторов. Различают ТЭС с паровыми (ПТ) и газовыми
турбинами (ГТ). Коэффициент полезного действия современных паротурбинных ТЭС достигает 40 %, газотурбинных – пока не
выше 28–34 %.
На паротурбинных ТЭС возможно применение любого вида органического топлива (уголь, лигнит, сланцы, торф, мазут, газ). На
газотурбинных ТЭС применяют преимущественно газовое или жидкое топливо.
Перспективно применение комбинации паровых и газовых турбин в виде парогазовой установки (ПГУ). На сегодняшний день
мощность ПГУ достигает 450 МВт, а кпд таких установок - 53 %, например, Северо-Западная ТЭЦ г. Санкт-Петербург.
4. Технологическая структура.
5. Степень загрузки и использования электрической мощности. В этом отношении ТЭС разделяют на базовые, которые несут
равномерную высокую нагрузку и большое число часов использования максимальной нагрузки в течение года с годовым
использованием максимальной (установленной) мощности 6000 ÷ 7500 ч; полубазовые с 4000 ÷ 6000 ч; пиковые – загружаются в
течение суток неравномерно и имеют низкое использование оборудования в течение года с до 2000 ч; полупиковые – имеют в
течение года пониженное использование оборудования с 2000 ÷ 4000 ч.
Электростанции с более совершенным энергооборудованием и лучшими энергетическими показателями загружают в большей мере. На данной
электростанции могут быть различные агрегаты (энергоблоки) с разной степенью совершенства. Соответственно, они загружаются различно, указанное
разделение относится и к отдельным агрегатам (энергоблокам).
До последнего времени новые более крупные агрегаты создавались для несения базовых нагрузок. Быстрое изменение их нагрузки, быстрый их пуск
затруднительны. Для быстрого набора и изменения нагрузки использовали обычно ранее установленные агрегаты меньшей мощности. Они вытеснялись
последовательно более новыми и совершенными агрегатами в полубазовую, полупиковую и даже пиковую область графика нагрузки.
В настоящее время в связи с усилением неравномерности графиков электрической нагрузки (снижением отношения суточной минимальной нагрузки к
максимальной) и все уменьшающейся долей агрегатов небольшой мощности создаются специальные полубазовые, полупиковые агрегаты и энергоблоки (РФ
– паротурбинные агрегаты и энергоблоки мощностью 500 МВт, 13 МПа, 510/510 оС с упрощенной конструкцией и технологической схемой с повышенной
маневренностью). В качестве пиковых агрегатов предполагается использовать газотурбинные установки. Полупиковые и пиковые энергоблоки
целесообразно устанавливать на основных электростанциях энергосистемы с базовыми и полубазовыми энергоблоками.

50.

51.

52.

КПД конденсационных электростанций
Основным
является КПД
показателем
по отпуску
энергетической эффективности станции
электрической энергии – абсолютный
электрический
КПД .
Он
равен
отношению
отпущенной
(производственной) электроэнергии к затраченной энергии (теплоте
сожженного топлива) Qс, называется КПД нетто станции
.
;
(2.1)
,
где Э –
выработка
электроэнергии;
–
расход
электроэнергии
на
собственные нужды;
– доля расхода электроэнергии на собственные
нужды. ηпк; Qпк – КПД и тепловая нагрузка парового котла; В – расход
топлива на электростанции; Э, Эсн, Qс – относятся к любому промежутку
времени и выражены в одинаковых электрических или тепловых единицах.
Для часового промежутка времени
равен
,
(2.2)
где Nэ – электрическая мощность турбины, кВт.
При
планировании
и
отчетности
используют
,
при
анализе
энергетической эффективности станции – КПД брутто
;
(2.3)
.
Для КЭС:
,
,
(2.4)
.

53.

На ТЭЦ, подведенное к рабочей среде тепло, включает в себя не только энергию, необходимую
для выработки электроэнергии требуемой мощности, но и тепло, отдаваемое тепловому
потребителю. Поэтому тепловая экономичность ТЭЦ характеризуется показателями тепловой
экономичности по производству электроэнергии и отдельно показателями по производству
тепла.
Для определения этих показателей необходимо общий расход тепла по установке разделить на
доли, затрачиваемые на производство отдельных видов энергии.

54.

Условия применения схем раздельного и комбинированного энергоснабжения.
В случае, когда предприятие получает от одного внешнего источника несколько видов энергии,
централизованное энергоснабжение называют комбинированным.
Если электрическую и тепловую энергию предприятие получает от разных внешних источников
(электрическую от сетей энергосистемы, а тепловую – от районной котельной), такое энергоснабжение
называют раздельным.
1. Решая задачи энергоснабжения города, района, поселка следует, безусловно, ориентироваться на
комбинированный метод энергоснабжения, предусматривающий сооружение ТЭЦ. Отход от
подобного решения должен быть обязательно серьезно аргументирован. В противном случае Россия
имеет хорошие шансы превратиться из страны–экспортера топлива в импортера. Так что принятого
на вооружение 70 лет назад комбинированного производства на ТЭЦ надо придерживаться еще
жестче, чем раньше.
2. При наличии стабильных и значительных тепловых нагрузок и возможности получения
электроэнергии из электросети в достаточном количестве наиболее эффективно сооружение ТЭЦ с
противодавленческими турбинами: при минимальных капвложениях достигается максимальная
экономия топлива. Срок окупаемости строительства подобных ТЭЦ по сравнению с другими
вариантами комбинированного и раздельного производства энергии, как правило, самый короткий.
3. Даже в пределах большого или среднего города, а тем более для энергоснабжения поселков и
малых городов и сел, целесообразно использовать транспортабельные котельные и ТЭЦ, хотя и в
этих случаях классические ТЭЦ обеспечивают минимальное потребление топлива.

55.

Пример влияния начальных и конечных параметров пара на экономичность
тепловых электростанций.

56.

Промежуточный перегрев пара используют для уменьшения конечной влажности пара в последних
ступенях паровой турбины.
Острый пар совершает работу в ступенях цилиндра высокого давления, после чего уходит в котельный
агрегат для повторного перегрева, который производится при постоянном давлении до температуры,
обычно сходной с температурой первичного пара. После перегрева пар из котла возвращается в турбину
и расширяется в ней до конечного давления.
При начальных параметрах пара 12,75 МПа (130 кгс/см2) и 565°С в турбинах мощностью 150 и 200 МВт
промежуточный перегрев до 565°С теоретически дает экономию топлива около 7% по сравнению с
установкой при тех же начальных параметрах без промперегрева. С учетом потерь давления в
трубопроводах и промежуточном перегревателе эта экономия снижается до 4%.
Регенеративный подогрев питательной воды приводит:
1) к увеличению КПД паросиловой установки на 10÷12 % за счет снижения потерь теплоты в
конденсаторе (уменьшается расход пара через конденсатор и потеря теплоты в нем) и тем в большей
степени, чем выше давление пара;
2) к уменьшению расхода пара через последние ступени турбины и уменьшению их габаритов, а для
первых ступеней наоборот, что облегчает конструкцию турбины;
3) к уменьшению поверхности нагрева водяных экономайзеров. При этом,
чтобы не снизить КПД котла температуру уходящих газов снижают в воздухоподогревателях, увеличивая
их поверхность.

57.

Теплофикационный цикл. В тех случаях, когда прилегающие к тепловым электростанциям районы
потребляют большое количество теплоты, целесообразно использовать комбинированный способ
выработки теплоты и электроэнергии, чем раздельно снабжать эти районы теплотой от специальных
котельных, а электроэнергией — от конденсационных электростанций. ТЭЦ работают по так называемому
теплофикационному циклу.
Простейшая схема теплофикационной установки показана на рис. 2.7 с основными элементами паросиловой установки. Цифрой 5 обозначен тепловой потребитель (например, система отопления). Охлаждающая
вода под действием насоса 6 циркулирует по замкнутому контуру, в который включен потребитель теплоты.
Температура воды на выходе из конденсатора несколько ниже температуры конденсата1Н, но достаточно
высока для обогрева помещений.
Схема простейшей теплофикационной установки:
Конденсат при температуре забирается насосом 7 и после сжатия подается в
котел 1. Охлаждающая вода нагревается за счет теплоты конденсирующегося
пара и под напором, создаваемым насосом 6, поступает в отопительную
систему 5. В ней нагретая вода отдает теплоту окружающей среде, обеспечивая
необходимую температуру помещений. После выхода из отопительной системы
охлажденная вода вновь поступает в конденсатор и в нем опять нагревается
поступающим из турбины паром.
1 — котел;
2 — пароперегреватель;
3 — турбина;
4 — конденсатор;
5— отопительная система;
6 и 7—насосы

58.

График тепловых нагрузок по продолжительности отопительного периода.
Интегральные графики сезонной
тепловой нагрузки обладают свойством
Универсальности (построенный для одного
географического пункта, может быть использован
для всего климатического пояса.

59.

Насосы
Насосы предназначены для перемещения жидкостей и сообщения им энергии. В трубопроводах ТЭС перемещаются жидкости при
различных давлениях и температурах: вода, масло, мазут, пульпа, реагенты.
По назначению насосы ТЭС подразделяются на две группы:
1)насосы основного технологического назначения
питательные,
бустерные,
конденсатные,
дренажные,
циркуляционные (охлаждающей воды конденсаторов),
сетевые,
подпиточные насосы.
2) вспомогательные. В тепловой схеме электростанций насосы используются для перемещения воды и в основном располагаются в
помещении турбинного отделения.
насосы технической воды, пожарные, насосы сырой и химически очищенной воды, дозаторы реагентов, подъемные насосы
водоструйных эжекторов и газоохладителей генераторов, перекачивающие насосы баков запаса конденсата и обессоленной воды,
дренажных и других баков, насосы смывной и эжектирующей воды, багерные и шламовые насосы систем гидравлического
шлакозолоудаления, мазутные насосы, маслонасосы систем смазки главных и приводных турбин, электрических генераторов,
питательных насосов и мельниц и некоторые другие насосы.
По принципу действия насосы можно разделить на две группы:
• объемные и
• динамические.
В насосах объемного типа определенный объем перекачиваемой жидкости отсекается и перемещается от входного патрубка к
напорному, и ей сообщается дополнительная энергия, главным образом, в виде энергии давления. Насосы объемного типа
подразделяются на две группы: • возвратно-поступательного действия и • ротационные.
В первую группу входят поршневые и плунжерные насосы, а во вторую – шестеренчатые (зубчатые), винтовые и пластинчатые . В
насосах динамического действия приращение энергии жидкости происходит в результате взаимодействия потока жидкости с
вращающимся рабочим органом. Принято подразделять эти насосы на две группы: • лопастные и • вихревые. В лопастных насосах
жидкость получает приращение энергии за счет взаимодействия с вращающимися лопастями рабочего колеса.
Преобладающее распространение получили лопастные насосы, которые по направлению потока в рабочем колесе подразделяются
на • центробежные (радиальные и диагональные) и • осевые. Особую группу составляют струйные насосы (эжекторы, инжекторы,
гидроэлеваторы). Струйные насосы (эжекторы) применяются, главным образом, для отсоса воздуха из систем, находящихся под
вакуумом, и для откачки воды из затопляемых помещений.

60.

Теплоснабжение
Теплоснабжение — система снабжения теплом домов и иных построек, предусмотренная для поддержания
удобства пребывающих в них людей или для возможности исполнения технологических процессов.
Состав системы теплоснабжения
Теплоснабжающая система по функциональным признакам состоит из нескольких частей:
Производитель тепловой энергии (ТЭЦ, котельная);
Устройства для перемещения тепловой энергии к строениям (тепловые сети);
Приборы потребляющие тепловую энергию, передающие тепло непосредственно потребителю (калориферы,
радиаторы отопления).
Классификация систем теплоснабжения
Cистемы теплоснабжения делятся, по расположению места вырабатывания тепла, на:
Централизованные (место, где производится тепловая энергия, снабжает теплом несколько зданий и имеет
транспортирующие устройства, которые связывают его с потребляющими тепло приборами);
Местные (когда теплоснабжающий источник находится рядом с потребителем тепла, к примеру, в одном
помещении).
По типу теплоносителя, применяемого в системе:
Паровые;
Водяные;
По виду присоединения отопительной системы к теплоснабжающей системе:
Зависимые (Среда-теплоноситель, которая нагревается в теплогенераторе и передается по сетям
теплоснабжения, поступает сразу в приборы, потребляющие тепло);
Независимые (Проходящая по сетям теплоснабжения среда-носитель тепла, нагревает среду-теплоноситель
системы отопления через теплообменник).
По методу подключения системы снабжения горячей водой к теплоснабжающей системе:
Закрытая (Вода берется из водопровода, предназначенная для ГВС и нагревается в теплообменнике от сетевого
теплоносителя);
открытая (Прямо из тепловой сети вода забирается в систему горячего теплоснабжения без применения
теплообменных устройств).

61.

62.

Водяное отопление
Среди всей классификации систем отопления наибольшей популярностью пользуется водяное отопление. Несомненно, на вопрос, какие
виды отопления бывают, именно водяное отопление первым приходит на ум. Водяное отопление обладает такими преимуществами, как:
Невысокая температура поверхности различных приборов и труб;
Обеспечивает одинаковую температуру во всех помещениях;
Экономится топливо;
Повышены эксплуатационные сроки;
Бесшумная работа;
Простота в обслуживании и ремонте.
Главным компонентом системы водяного отопления является котел. Вода является в таком виде отопления теплоносителем. Она
циркулирует по трубам замкнутого типа, а потом тепло передается в различные отопительные компоненты, а от них уже обогревается все
помещение.

63.

Наиболее простым вариантом является циркуляция естественного типа. Такая циркуляция достигается благодаря тому, что в контуре
наблюдается разное давление. Однако такая циркуляция может быть и принудительного характера. Для подобной циркуляции водяные
варианты отопления должны быть оснащены одним или несколькими насосами.
После того, как теплоноситель проходит по всему контуру отопления, он полностью охлаждается и возвращается назад в котел. Здесь он снова
нагревается и, таким образом, снова позволяет отопительным приборам выделять тепло.
Классификация систем водяного отопления
Водяной тип отопления может различаться по таким критериям, как:
• метод циркуляции воды;
• расположение магистралей разводящего типа;
• конструкционные особенности стояков и схема, по которой соединяются все приборы обогрева.
Наибольшую популярность обретает система отопления, где циркуляция воды происходит посредством насоса. Отопление с циркуляцией
воды естественного плана в последнее время применяется крайне редко.
В насосной отопительной системе нагрев теплоносителя может иметь место и благодаря водогрейной котельной, или термо воды, которая
поступает из ТЭЦ. В отопительной системе вода может нагреваться даже посредством пара.
Прямоточное соединение используют тогда, когда допустима в системе подача воды с очень высокой температурой. Такая система будет
стоить не так дорого, расход металла будет несколько меньше.
Минусом прямоточного присоединения считается зависимость теплового режима от «обезличенной» температуры теплоносителя в подающем
тепловоде наружного типа.

64.

Воздушное отопление
Такие виды отопления различных помещений считаются одними из самых старых. Впервые подобную
систему применяли еще до нашей эры. На сегодняшний день такая отопительная система получила широкое
распространение – как в общественных помещениях, так и производственных.
Популярностью для обогрева зданий также пользуется нагретый воздух. При рециркуляции такой воздух
может подаваться в помещение, где происходит процесс смешивания с внутренним воздухом и, таким
образом, воздух охлаждается до температуры помещения и снова нагревается.
Воздушное отопление может быть местного характера, в случае если в здании нет центральной приточной
вентиляции, или же если поступающее количество воздуха меньше, чем необходимо.
В системах воздушного отопления нагревание воздуха происходит за счет калориферов. Первичный отопитель
для таких компонентов является горячий пар или вода. Для того чтобы прогреть воздух в помещении, можно
использовать и другие приборы для отопления или любые источники тепла.

65.

Местное воздушное отопление
При вопросе, какое бывает отопление, местное отопление часто приравнивается только к производственным
помещениям. Приборы местного отопления используются для таких помещений, которые используются лишь в
определенные периоды, в помещениях вспомогательного характера, в помещениях, которые сообщаются с
наружными воздушными потоками.
Главными приборами системы местного отопления являются вентилятор и нагревательный прибор. Для
воздушного отопления могут применяться такие устройства и приборы, как: воздушно-отопительные
устройства, тепловые вентиляторы или тепловые пушки. Такие приборы работают на принципе воздушной
рециркуляции.

66.

Центральное воздушное отопление
Центральное воздушное отопление делается в помещениях любого плана, если здание располагает
центральной системой вентиляции. Такие типы систем отопления можно организовать по трем
различным схемам: с прямоточной рециркуляцией, с частичной или полной рециркуляцией. Полная
рециркуляция воздуха может использоваться, в основном, в нерабочие часы для дежурных видов
отопления, или для того чтобы обогреть помещение перед началом рабочего дня.
Однако отопление по такой схеме может иметь место, если оно не противоречит никаким правилам
противопожарной безопасности или основным требованиям гигиены. Для такой отопительной схемы
должна быть использована система приточной вентиляции, но воздух будет забираться не с улицы, а с тех
помещений, которые отапливаются. В центральной воздушной отопительной системе применяются такие
конструктивные виды приборов отопления, как: радиаторы, вентилятор, фильтры, воздуховоды и другие
приборы.

67.

Воздушные занавесы
Холодный воздух может поступать в большом количестве с улицы, если в доме слишком часто открываются
входные двери. Если не предпринять ничего для того чтобы ограничить количество холодного воздуха,
который проникает в помещение, или не обогревать его, то он может негативно сказаться на температурном
режиме, который должен соответствовать норме. Чтобы предотвратить данную проблему, можно в
открытом дверном проеме создать воздушный занавес.
Во входах зданий жилого или офисного плана можно установить низкорослый воздушно-тепловой занавес.
Ограничить количество поступающего холодного воздуха снаружи здания имеет место благодаря
конструктивным изменением входа в помещение.
Все большей популярностью в последнее время пользуются воздушно-тепловые занавесы компактного
типа. Самыми эффективными занавесами считаются занавесы «щиберующего» вида. Такие занавесы
создают струйную воздушную преграду, которая защитит открытый дверной проем от проникновения
холодных воздушных потоков. Как показывает сравнение видов отопления, такой занавес позволяет
сократить потери тепла почти в два раза.

68.

Электрическое отопление
Нагрев помещения имеет место благодаря распределению воздуха, проходящего через приборную панель без того,
чтобы нагревалась ее лицевая сторона. Это полностью обезопасит от различных ожогов и предотвратит любое
возгорание.
Посредством электрических конвекторов можно обогреть любой тип помещения, даже
если у вас имеется всего один источник энергии, такой как электричество.
Такие виды систем отопления зданий не требуют больших затрат для установки или ремонта, к тому же, могут
обеспечить максимальный комфорт. Электрический конвектор можно просто поставить в определенное место и
подключить его к питанию сети. Делая выбор системы отопления, можно обратить внимание на данный тип –
довольно эффективный.
Принцип действия
Холодный воздух, который находится в нижней части здания, проходит через нагревательный компонент конвектора.
Затем его объем увеличивается и он уходит вверх через выходные решетки. Обогревательный эффект имеет место и
благодаря дополнительному излучению тепла с передней стороны панели электрического конвектора.
Принцип действия электрического конвектора
Уровень комфорта и экономичность такой обогревательной системы
достигается благодаря тому, что в электрических конвекторах
применяется электронная система, которая помогает поддерживать
определенную температуру.
Нужно всего-навсего установить необходимый температурный
показатель и датчик, который установлен в нижней области панели
начнет через заданный период времени
определять температуру воздуха, который проникает в помещение.
Датчик подаст сигнал на термостат, который в свою очередь подключит
или наоборот выключит обогревательный элемент. Посредством такой
системы для поддержания определенной температуры, которая
даст возможность соединить электрические конвекторы в разных
помещениях, для того чтобы обогреть целое здание.

69.

Тепловые электростанции работают по такому принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду, циркулирующую внутри расположенных в
котле труб, и перегревает образовавшийся пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, – вал электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из
конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.
Тепловые электростанции работают на органическом топливе, и их строят обычно вблизи мест добычи топлива. Тепловые электростанции используют в качестве топлива сравнительно дешевые
уголь и мазут. Но эти виды топлива – невосполнимые природные ресурсы. Основные энергетические ресурсы в мире сегодня – уголь (40%), нефть (27%), газ (21%). Этих запасов, по некоторым
оценкам, хватит, соответственно, на 270, 50 и 70 лет, и то при условии, что человечество будет расходовать их с той же скоростью, с какой расходует сегодня.
Из-за недостатка добываемого угля снижается его качество; увеличились затраты на его транспортировку, так как многие месторождения энергетических ресурсов уже исчерпаны. Усилился
экологический контроль над производством и использованием топлива. Так как не хватает качественного топлива, ТЭС работают на низкосортном. Сжигание углей низкого качества приводит к
резкому снижению КПД ТЭС и, как следствие, к перерасходу топлива, а также к загрязнению атмосферы.
В процессе сгорания топлива образуются вредные вещества (см. приложение), которые выводятся в атмосферу с дымом и попадают в почву с золой. Помимо того, что эти выбросы неблагоприятно
влияют на окружающую среду, продукты сгорания вызывают парниковый эффект, который грозит нам засухами.
В настоящее время имеются четыре направления борьбы с загрязнителями приземной атмосферы:
• оптимизация процесса сжигания топлива;
• очистка топлива от элементов, образующих при сжигании загрязняющие вещества;
• очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;
• рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе.
Применяемые способы уменьшения образования вредных примесей при сжигании топлива очень сложны, снижают КПД установок, недостаточно эффективны и не позволяют одновременно
сократить выход всех или основных наиболее токсичных компонентов. В некоторых случаях уменьшение образования одной примеси сопровождается увеличением другой.
Существующие способы улавливания вредных примесей в дымовых газах предназначены для борьбы, главным образом, с каким-либо одним компонентом, сложны, энергоемки и требуют больших
капитальных и эксплуатационных затрат. Внедрение нескольких способов с целью улавливания нескольких основных вредных примесей вынуждает строительство целого комплекса сооружений,
по площадям, объемам и затратам соизмеримого с самим предприятием. Ряд способов улавливания вредных примесей основан на применении высокотоксичного аммиака, что опасно из-за
возможности его утечки.
В России, вследствие вышеуказанных причин, традиционные способы улавливания вредных примесей не нашли широкого применения.
Перевод с твердого топлива на газовое ведет к значительному удорожанию вырабатываемой энергии, не говоря уже о дефиците и того, и другого. Кроме того, это не решит проблемы загрязнения
атмосферы. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат
два и более процентов серы. При сжигании газа в дымовых выбросах также содержится оксид серы, а содержание оксидов азота не меньше, чем при сжигании угля.
Следует заметить, что наибольшее количество оксидов азота образуется при сжигании жидкого топлива.
В таблице 1 приведены данные по выбросам с дымовыми газами вредных веществ ТЭС мощностью 2400 МВт при высоте
трубы 180 метров. Как видно из данных, концентрация выбросов существенно зависит от расстояния между точкой замера и
электростанцией. Концентрации выбросов ниже предельно допустимых значений достигаются на расстоянии более 15 км.
Расстояние от трубы
Сернистый газ
Сероводород
Окислы азота
Окись углерода
Зола
1 км
6,02
0,002
1,95
7,2
1,2
3 км
1,47
0,008
1,30
16,0
3,4
5 км
1,22
0,008
0,05
13,3
1,2
7 км
1,12
0,03
1,3
13,0
2,4
15 км
0,22
0,002
0,03
4,0
0,27
Предельно допустимая
концентрация
0,5
0,008
0,085
3,0
0,5

70.

Классификация вторичных энергоресурсов
При употреблении энергии и материалов в технологических процессах, на вспомогательные нужды или в сфере услуг
потенциал энергоносителей используется не полностью. Та часть энергии, которая прямо или косвенно не используется как
полезная для выпуска готовой продукции или услуг, называется энергетическими отходами. Общие энергетические отходы
равны разности между энергией, поступающей в технологический аппарат, и полезно используемой энергией.
Общие энергетические отходы разделяют на три вида:
• неизбежные потери в технологическом агрегате или установке;
• энергетические отходы внутреннего использования, которые возвращаются обратно в технологический агрегат (установку) за
счет регенерации или рециркуляции и в результате этого сокращают количество подведенной первичной энергии при
неизменной величине поступления энергии в технологический агрегат;
• энергетические отходы внешнего использования, представляющие собой вторичные энергетические ресурсы (ВЭР),
-энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических
установках (системах), который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для
энергоснабжения других установок.
Технологический агрегат или установка, являющаяся источником отходов энергии, которую можно использовать как
полезную, называется агрегатом - источником или установкой — источником ВЭР.
Выработка энергоносителей (водяного пара, горячей или охлажденной воды, электроэнергии, механической работы) за счет
снижения энергетического потенциала носителя ВЭР осуществляется в утилизационной установке.
Энергетический потенциал отходов и продукции классифицируется по запасу энергии в виде химически связанной теплоты
(горючие ВЭР), физической теплоты (тепловые ВЭР), потенциальной энергии избыточного давления (ВЭР избыточного
давления). Потенциал горючих ВЭР характеризуется низшей теплотой сгорания Qn , тепловых - перепадом энтальпий h,
избыточного давления — работой изоэнтропного расширения L. Во всех случаях единицей измерения энергетического
потенциала является кДж/кг, или кДж/м3.
ВЭР могут применяться по следующим направлениям:
• топливному - с использованием не пригодных к дальнейшей переработке горючих отходов в качестве топлива;
• тепловому (холодильному) - с использованием теплоты отходящих газов печей и котлов, теплоты основной, промежуточной и
побочной продукции, отработанной теплоты горячих воды, пара и воздуха и ВЭР избыточного давления;
• силовому - с использованием механической и электрической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР;
• комбинированному - для производства теплоты (холода), электрической или механической энергии.