Содержание
Введение 3
1 Общие методические
указания 3
2 Рабочая программа курса 4
3 Контрольные вопросы 5
4 Контрольные задания 8
Список литературы 11
Введение
Курс «Теоретические основы
теплоэнергетики» относится к числу профилирующих дисциплин, составляющих основу
технической подготовки дипломированных специалистов по специальностям
220I00-220500.
Цель изучения дисциплины
состоит в ознакомлении с теоретическими основами и принципиальными тепловыми
схемами паротурбинных и других типов электростанций, технико-экономическими
показателями работы электростанций, способами повышения их тепловой экономичности
(регенерация, теплофикация, промежуточный перегрев пара).
Задача изучения
дисциплины состоит в выработке умений и навыков:
- оценки
и анализа процессов, протекающих на тепловых электростанциях;
- построения
принципиальных тепловых схем электрических станций.
При изучении должны
использоваться знания, полученные в курсах «Техническая термодинамика»,
«Тепломассообмен», «Гидрогазодинамика», «Котельные установки и парогенераторы»,
«Паровые и газовые турбины».
Знания по данной
дисциплине используются во всех специальных дисциплинах типового учебного плана
специальностей.
Настоящая рабочая программа
составлена на основании учебных планов специальностей для заочной формы
обучения со сроком обучения 6 лет и предусматривает объем аудиторной работы
студента с преподавателем – 16 часов (лекций – 8 часов, лабораторных или
практических занятий – 8 часов). Самостоятельная работа студента, включая
выполнение контрольного задания, составляет 64 часа.
1 Общие методические
указания
При изучении курса
«Теоретические основы теплоэнергетики» следует руководствоваться рабочей
программой.
При проработке учебного материала необходимо
ознакомиться с содержанием разделов рабочей программы и методическими
указаниями, прочитать соответствующе разделы рекомендованной литературы и усвоить
методы решения примеров и задач.
При изучении разделов особое
внимание необходимо обращать на физический смысл процессов, протекающих на ТЭС.
Не следует механически зазубривать формулы, но важно понимать их логическое
построение.
Изучение разделов следует
считать достаточным после получения полного представления по данной теме и
умения дать ответы на все контрольные вопросы без помощи учебников и
конспектов.
При всех затруднениях в
изучении курса следует обращаться на кафедру за консультацией непосредственно
или по телефону, в том числе и по системе дистанционного обучения с
использованием Internet.
Контрольное задание
предусматривает решение трех задач и составление ответов на шесть контрольных
вопросов.
Задачи необходимо решать в Международной
системе единиц CИ с подробным пояснением. Конечный результат должен быть
проанализирован. Все расчеты проводятся с точностью до четырех значащих цифр.
Схемы, рисунки и графики
выполняются карандашом. Графики оформляются на миллиметровой бумаге с указанием
на осях единиц измерений. Процессы с числовыми значениями параметров состояния
рабочего тела строятся в масштабе.
Ответы на вопросы должны
быть проиллюстрированы соответствующими формулами и схемами. Обязательны ссылки
на использованную литературу.
Номер выполняемого варианта
выбирается по первой букве фамилии студента, предпоследней и последней цифрам
номера (шифра) зачетной книжки студента. Работы, не соответствующие этим
условиям, не рассматриваются.
2 Рабочая программа
курса
2.1 Раздел 1. Введение.
Понятие об энергетике страны. Структура топливно-энергетической системы
экономики страны. Топливо- и энергоемкие отрасли экономики. Общее представление
об электроэнергетике и энергохозяйстве промышленных предприятий (промышленной
энергетике) [1, 7, 13].
2.2 Раздел 2.
Технологическая схема ТЭС. Классификация паротурбинных тепловых электрических
станций (ПТЭС). Принципиальные схемы паротурбинных электростанций. Тепловая
экономичность и тепловой баланс ПТЭС. Влияние начальных и конечных параметров пара
на экономичность ПТЭС. Способы повышения тепловой экономичности ПТЭС.
Промежуточный перегрев пара [1, 2, 8, 10, 12].
Особое внимание: анализу составляющих теплового баланса и к.п.д. ТЭС,
влиянию отдельных способов повышения тепловой экономичности не только на
к.п.д., но и на другие показатели работы ТЭС.
2.3 Раздел 3.
Технико-экономические показатели работы конденсационных электрических станций
(КЭС): расходы пара, тепла и топлива. К.п.д. брутто и нетто. Регенеративный
подогрев питательной воды на КЭС (РППВ). Регенеративные подогреватели
поверхностного и смешивающего типа. Многоступенчатый РППВ. Схемы включения
регенеративных подогревателей в тепловую схему КЭС [1-3, 8, 10-12].
Особое внимание: влиянию коэффициента недовыработки электроэнергии
паром отбора на все показатели ТЭС, достоинствам и недостаткам различных схем
включения регенеративных подогревателей.
2.4 Раздел 4.
Термическая деаэрация питательной воды. Деаэрационно-питательные установки,
конструктивные особенности деаэраторов. Тепловой баланс деаэратора питательной
воды (ДПВ). Схемы включения деаэраторов. Одноподъемные и двухподъемные схемы
включения питательных насосов [1-3, 8, 10-12].
Особое внимание: обеспечению условий нормальной работы деаэратора,
преимуществам и недостаткам схем включения ДПВ.
2.5 Раздел 5.
Комбинированная выработка электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Преимущества и недостатки теплофикации. Коэффициент теплофикации. Особенности
тепловой схемы ТЭЦ и ее элементы. Технико-экономические показатели работы ТЭЦ.
Сравнение эффективности КЭС и ТЭЦ, понятие о раздельной установке [1, 2, 8,
10-14].
Особое внимание: сравнению раздельной установки и ТЭЦ, отличию
технико-экономических показателей ТЭЦ от КЭС.
2.6 Раздел 6. Схемы
отпуска тепла от ТЭЦ с паром и горячей водой. Паропреобразовательные установки
и схемы их включения. Восполнение потерь рабочего тела на КЭС и ТЭЦ.
Испарительные установки и схемы их включения [1-3, 8, 11-14].
Особое внимание: достоинствам и недостаткам различных схем включения
испарителей и паропреобразователей, работе ТЭЦ при включенном теплофикационном
пучке конденсатора.
2.7 Раздел 7.
Назначение, области применения, принципиальные схемы газотурбинных (ГТЭС),
парогазовых (ПГЭС) и атомных (АЭС) электростанций. Сравнение их технических и
экономических показателей и возможностей использования в системах тепло- и
электроснабжения. Магнитогидродинамический способ получения электрической
энергии и тепловые электростанции с МГД-генераторами [1, 4].
Особое внимание: достоинствам и недостаткам рассматриваемых типов
электростанций по сравнению с тепловыми электростанциями.
3 Контрольные вопросы
3.1 Что понимается под
термином «энергетика страны»? Изобразите структуру топливно-энергетической
системы страны.
3.2 Перечислите типы
электростанций, вырабатывающих электроэнергию. Роль ТЭС в экономике и в
энергетике страны.
3.3 Дайте классификацию ТЭС.
Назовите крупнейшие TЭC Казахстана, СНГ, мира.
3.4 Опишите принципиальную
тепловую схему простейшей КЭС и рабочие процессы в ней.
3.5 Изобразите рабочие процессы
ТЭС в T-S, h-S и p-v диаграммах. Напишите
уравнение теплового баланса ТЭС.
3.6 Запишите формулу
коэффициента полезного действия ТЭС и расшифруйте основные его составляющие.
3.7 Перечислите основные
способы повышения тепловой экономичности ТЭС.
3.8 Как влияют конечные
параметры пара на к.п.д. ТЭС?
3.9 Как влияет начальная
температура пара на к.п.д. ТЭС?
3.10 Как влияет начальное
давление пара на к.п.д. ТЭС?
3.11 Что такое сопряженные
значения начальных параметров пара?
3.I2 Изобразите
принципиальную тепловую схему ТЭС с промежуточным перегревом пара. Как влияет
промперегрев пара на тепловую экономичность КЭС?
3.13 Опишите возможные схемы
промперегрева пара на ТЭС, сопоставьте их между собой.
3.14 Перечислите показатели
тепловой экономичности КЭС. Как определяются расходы пара, тепла и топлива на
КЭС?
3.15 Какие типы ТЭЦ вы
знаете? Чем отличается ТЭЦ от КЭС?
3.16 Опишите принципиальную
схему ТЭЦ с турбинами типа «Р» и рабочие процессы в ней.
3.17 Опишите принципиальную
тепловую схему ТЭЦ с турбинами типа «Т» или «ПТ» и рабочие процессы в ней.
3.18 Как определяются
абсолютные и удельные расходы пара, тепла и топлива на ТЭЦ с турбинами типа
«Р»?
3.19 Как определяется расход
пара на турбины типа «Т» или «ПТ»?
3.20 Как производится
распределение расходов топлива на ТЭЦ с турбинами с конденсацией и отбором пара
(типа «Т» и «ПТ») по видам отпускаемой энергии?
3.21 Как определяется КПД
ТЭЦ по выработке электрической и тепловой энергии?
3.22 Опишите схему раздельной установки и
сопоставьте ее с ТЭЦ.
3.23 Дайте определение
теплофикации. Опишите преимущества и недостатки теплофикации.
3.24 Сравните эффективность
комбинированной и раздельной схем выработки электроэнергии и тепла по расходу
тепла?
3.25 Опишите принципиальную
тепловую схему ТЭС с регенеративным подогревом питательной воды. Изобразите
процесс регенерации в h-S диаграмме.
3.26 Как определяется расход
пара на ТЭС с РППВ? Что такое коэффициент недовыработки электроэнергии паром
отбора, и как он влияет на тепловую экономичность ТЭС?
3.27 Сравните эффективность
РППВ и промежуточного перегрева пара.
3.28 Как изменяется к.п.д.
ТЭС в зависимости от давления регенеративного отбора пара? Что такое
оптимальная температура подогрева питательной воды?
3.29 Сопоставьте тепловую
экономичность ТЭС с одно- и многоступенчатым РППВ.
3.30 Как изменяется тепловая
экономичность ТЭС при изменении числа регенеративных подогревателей?
3.31 Опишите конструктивные
особенности регенеративных подогревателей смесительного и поверхностного типа.
3.32 Опишите схемы включения
смесительных регенеративных подогревателей.
3.33 Опишите схемы включения
поверхностных регенеративных подогревателей, сопоставьте их между собой.
3.34 Что такое прямые и
косвенные энергетические потери в схеме включения РППВ с каскадным сливом
дренажа?
3.35 Охарактеризуйте способы
повышения тепловой экономичности РППВ с каскадным сливом дренажа.
3.36 Сравните эффективность
смесительных и поверхностных регенеративных подогревателей.
3.37 В чем заключаются
теоретические основы термической деаэрации питательной воды?
3.38 Опишите конструкцию и
принцип работы деаэратора питательной воды (ДПВ). Типы деаэраторов.
3.39 Напишите уравнение
теплового баланса ДПВ. Какие условия должны выполняться для устойчивой
деаэрации питательной воды?
3.40 Опишите схему включения
деаэратора в качестве самостоятельной ступени подогрева.
3.41 Опишите предвключенную
схему включения ДПВ.
3.42 Сопоставьте между собой
предвключенную схему включения ДПВ и схему включения ДПВ в качестве
самостоятельной ступени подогрева.
3.43 Сопоставьте между собой
одно- и двухподъемную схемы включения питательных насосов.
3.44 Назначение
паропреобразовательных установок. Опишите их конструкции.
3.45 Как восполняются на ТЭС
потери рабочего тела (пара, воды, конденсата)? Опишите принцип работы
испарительной установки.
3.46 Сопоставьте между собой
работу одно- и многоступенчатых испарительных установок.
3.47 Сравните между собой
схемы включения испарительных установок с отдельным конденсатором испарителя и
без него.
3.48 Изобразите наиболее
распространенные конструкции сетевых подогревателей. Опишите принцип их работы.
3.49 Изобразите
принципиальную тепловую схему ТЭЦ с пиковым бойлером. Опишите работу такой ТЭЦ.
3.50 Изобразите
принципиальную тепловую схему ТЭЦ с двухступенчатым подогревом сетевой воды.
3.51 Объясните изменение
технико-экономических показателей ТЭЦ при включении теплофикационного пучка
конденсатора.
3.52 Опишите принципиальную
тепловую схему и рабочие процессы простейшей газотурбинной установки.
3.53 В чем заключаются
преимущества и недостатки ГТЭС по сравнению с ПТЭС?
3.54 Опишите основные
способы повышения эффективности ГТУ.
3.55 Опишите принципиальную
схему ГТУ с двухступенчатым сжатием воздуха и принцип ее работы.
3.56 В чем заключаются
преимущества и недостатки ГТУ с двухступенчатым подводом тепла?
3.57 Опишите принципиальную
схему парогазовой электростанции с высоконапорным парогенератором.
3.58 Опишите принципиальную
схему ПГЭС с предвключенной газовой турбиной.
3.59 Изобразите схемы одно-,
двух- и трехконтурных атомных электрических станций.
3.60 Изобразите
принципиальную тепловую схему электростанции с МГД-генератором и опишите
принцип ее работы.
4 Контрольные задания
4.1
Необходимо дать письменные ответы на вопросы (таблица 4.1).
Таблица 4.1 Вопросы контрольного задания (из раздела
3)
|
Первая буква фамилии
|
Номер вопроса
|
Пред-последняя цифра шифра
|
Номер вопроса
|
Последняя цифра шифра
|
Номер вопроса
|
|
А, В, Є
|
1, 60
|
0
|
11, 50
|
1
|
21, 31
|
|
В, Г, Ѓ
|
2, 59
|
1
|
12, 49
|
2
|
22, 32
|
|
Д, Е, Ж
|
3, 58
|
2
|
13, 48
|
3
|
23, 33
|
|
З, И, І
|
4, 57
|
3
|
14, 47
|
4
|
24, 34
|
|
К, Л, Ќ
|
5, 56
|
4
|
15, 46
|
5
|
25, 35
|
М, Н
|
6, 55
|
5
|
16, 45
|
6
|
26, 36
|
|
О, П, Р, ¤
|
7, 54
|
6
|
17, 44
|
7
|
27, 37
|
|
С, Т, ‡, ¦
|
8, 53
|
7
|
18, 43
|
8
|
28, 38
|
|
У, Ф, Х, Ц
|
9, 52
|
8
|
19, 42
|
9
|
29, 39
|
|
Ч – Я
|
10, 51
|
9
|
20, 41
|
0
|
30, 40
|
4.2 Решить задачи 1-3 [2, 3, 5, 8, 11].
Задача 1
Выявить
влияние давления регенеративного отбора пара на тепловую экономичность КЭС и
определить оптимальную температуру подогрева питательной воды в схеме с
одноступенчатым РППВ.
КЭС
работает с начальными параметрами
и конечным давлением
. Относительный внутренний к.п.д. конденсационной турбины
равен
. Изображение рабочего процесса расширения пара в турбине в h-S
диаграмме принять в виде прямой линии.
Исходные данные для расчета
принять по таблице 4.2.
Таблица 4.2
|
Последняя цифра шифра
|
Р0
МПа
|
Пред-последняя цифра шифра
|
t0
°C
|
Первая буква фамилии
|
Рк
кПа
|
ηoi
|
|
0
|
9,0
|
0
|
500
|
А, В, Є
|
5,4
|
0,75
|
|
1
|
10
|
1
|
530
|
В, Г, Ѓ
|
3,8
|
0,79
|
|
2
|
11
|
2
|
550
|
Д, Е, Ж
|
2,5
|
0,82
|
|
3
|
12
|
3
|
580
|
З, И, І
|
6,2
|
0,78
|
|
4
|
13
|
4
|
490
|
К, Л, Ќ
|
2,8
|
0,77
|
|
5
|
14
|
5
|
510
|
М, Н
|
3,2
|
0,81
|
|
6
|
15
|
6
|
540
|
О, П, Р, ¤
|
3,5
|
0,83
|
|
7
|
16
|
7
|
570
|
С, Т, ‡, ¦
|
4,8
|
0,76
|
|
8
|
17
|
8
|
600
|
У, Ф, Х, Ц
|
4,4
|
0,80
|
|
9
|
18
|
9
|
625
|
Ч – Я
|
4,2
|
0,72
|
Задача 2
Для
условий задачи № 1 сравнить тепловую экономичность КЭС с РППВ и промежуточным
перегревом пара.
Давление
промперегрева принять равным давлению регенеративного отбора, соответствующего
оптимальной температуре подогрева питательной воды (по результатам решения
задачи № 1). Промперегрев осуществляется до первоначальной температуры tо.
Сопротивлением паропроводов пренебречь.
Задача 3
Определить
расход свежего пара с параметрами Ро и tо на
конденсационную турбину мощностью W с тремя регенеративными отборами. Потерями
пара и воды пренебречь, давление в подогревателях принять равным давлению в отборах.
Внутренний относительный КПД турбины – 0.8, механический КПД – 0.99, КПД
генератора – 0.986, КПД подогревателей – 0.98
Типы подогревателей принять
по таблице 4.3. Нумерация подогревателей дана по ходу движения основного
конденсата. Для поверхностных подогревателей недогрев воды принимается 5°К.
Изобразите принципиальную
тепловую схему установки. Слив дренажа из поверхностных подогревателей принять
каскадным. Изображение рабочего процесса расширения пара в турбине h-S
диаграмме принять в виде прямой линии.
Остальные исходные данные
принять по таблице 4.4
Таблица
4.3
Первая
буква фамилии
|
Типы подогревателей
|
|
№ 1
|
№ 2
|
№ 3
|
|
А – Г, Є, Ѓ
|
с
|
п
|
п
|
|
Д – И, І
|
п
|
п
|
с
|
|
К – М, Ќ
|
с
|
с
|
с
|
Н – П, ¤
|
п
|
с
|
п
|
|
Р - Т
|
с
|
с
|
п
|
|
У – Я, ‡, ¦
|
п
|
п
|
п
|
Обозначения: п –
поверхностный, с – смесительный
Таблица 4.4
|
Послед-няя цифра шифра
|
W
МВт
|
Р0
МПа
|
Р3
МПа
|
Пред-
последняя буква фамилии
|
Р2
МПа
|
РК
кПа
|
Первая буква фамилии
|
t0
°C
|
Р1
кПа
|
|
0
|
39
|
15
|
2,8
|
0
|
0,68
|
3,7
|
А, В, Є
|
550
|
26
|
|
1
|
51
|
13,5
|
3,2
|
1
|
0,63
|
4,0
|
В, Г, Ѓ
|
540
|
30
|
|
2
|
58
|
12,5
|
2,6
|
2
|
0,53
|
4,2
|
Д, Е, Ж
|
530
|
19
|
|
3
|
47
|
10,5
|
3,8
|
3
|
0,57
|
3,5
|
З, И, І
|
500
|
22
|
|
4
|
60
|
9,0
|
2,5
|
4
|
0,67
|
3,2
|
К, Л, Ќ
|
510
|
26
|
|
5
|
36
|
14
|
3,1
|
5
|
0,65
|
3,8
|
М, Н
|
460
|
32
|
|
6
|
38
|
17
|
3,7
|
6
|
0,72
|
5,8
|
О, П, Р, ¤
|
480
|
20
|
|
7
|
40
|
11
|
4,0
|
7
|
0,75
|
4,8
|
С, Т, ‡, ¦
|
470
|
24
|
|
8
|
72
|
12
|
3,6
|
8
|
0,54
|
4,5
|
У, Ф, Х, Ц
|
570
|
31
|
|
9
|
65
|
9,5
|
2,1
|
9
|
0,59
|
5,2
|
Ч – Я
|
490
|
29
|
Кроме выполнения контрольного задания, для
закрепления знаний студенты выполняют цикл лабораторных работ в период
лабораторно-экзаменационной сессии.
Тематика лабораторных работ
[6]:
а) исследование влияния начальных
параметров и конечного давления пара на энергетические показатели КЭС при
работе на перегретом паре;
б) исследование влияния
промежуточного перегрева пара на энергетические показатели КЭС;
в) Исследование влияния
температуры питательной воды и количества регенеративных подогревателей на
тепловую экономичность КЭС.
Студент допускается к
экзамену по дисциплине после сдачи контрольной работы и выполнения лабораторных
работ.
Список литературы
1. Сериков
Э.А. Теоретические основы теплоэнергетики. Конспект лекций. –Алматы: АИЭС,
2002.
2.
Стерман
А.С., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. Тепловые и атомные электростанции. –М.:
Энергоатомиздат, 2000.
3.
Назмеев
Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. –М.: Издательство МЭИ, 2002.
4.
Цанев
С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых
электростанций. –М.: Издательство МЭИ, 2002.
5.
Баженов
М.И., Богородский А.С. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые
электростанции». –М.: Энергоатомиздат, 1990
6.
Методические
указания к лабораторным работам по дисциплине «Теоретические основы ТЭС» (на
ЭВМ). –Алма-Ата: АЭИ, I992.
7.
Дукенбаев
К., Нурекен Е. Энергетика Казахстана. Технический аспект. –Алматы: Корпорация
Атамура, 2001
8.
Рыжкин
В.Я. Тепловые электрические станции. –М.: Энергоатомиздат, I987
9.
Маргулова
Т.Х. Атомные электрические станции. –М.: Высшая школа, I984.
10.
Гиршфельд
В.Я., Морозов Г.М. Тепловые электрические станции. –М.: Энергоатомиздат, I986.
11.
Рихтер
Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование тепловых
электростанций. –М.: Энергоатомиздат, 1987.
12. Тепловые и атомные
электрические станции. Справочник (Под общей ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина).
–М.: Энергоиздат, 1989.
13.
Промышленная
теплоэнергетика и теплотехника. Справочник (Под общей ред. В.А.Григорьева,
В.М.Зорина). –М.: Энергоиздат, 1991.
14. Соколов Е.Я.
Теплофикация и тепловые сети. –М.: Издательство МЭИ, 2001.
Сводный план 2004 г.,
п 03.63
Эрнест Акимович
Сериков
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
Рабочая программа, методические указания и контрольные задания
для студентов заочной формы обучения специальностей: 220100 – Тепловые
электрические станции, 220200 – Технология воды и топлива, 220400 –
Промышленная теплоэнергетика, 220500 – Энергетика теплотехнологии
Редактор Ж.М.Сыздыкова
Специалист по стандартизации Н.М.Голева
Подписано в печать Формат
60х84 I/I6
Тираж 100 экз. Бумага
типографская №1
Объем 1,0 уч.-изд.л. 3аказ
___. Цена 35 тенге
Копировально-множительное
бюро
Алматинского
института энергетики и связи
480013, Алматы, Байтурсынова,
I26