методичка по ТЭСиАЭС, выбор оборудования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Р. В. Бускин, Н.Г. Шагиев

ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Учебно-методическое пособие

по курсу

«Тепловые и атомные электрические станции»

Казань 2009

3

УДК 621.311.22

ББК 31.3

Б38

Рецензенты:

к.т.н., доцент Низамова А.Ш.

БУСКИН Р.В.

Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по курсу «Тепловые и атомные электрические станции». – Казань: Казан.

гос. энерг. ун-т, 2009 г.

Рассматривается методика выбора основного и вспомогательного оборудования тепловых и атомных электрических станций.

Предназначено для студентов всех форм обучения по направлению

140100 специальности 140101.65 «Тепловые электрические станции» и может быть полезно студентам других специальностей при изучении дисциплины

«Тепловые и атомные электрические станции».

_______________________________________________

УДК 621.311.22

ББК 31.3

© Казанский государственный энергетический университет, 2009

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Проектирование электрических станций должно вестись на высоком научно – техническом уровне, с применение прогрессивного высокоэкономичного оборудования. Основные технические решения должны приниматься с учетом: обеспечения надежности работы оборудования; максимальной экономии первоначальных капиталовложений и эксплуатационных затрат; снижения металлоемкости; повышения производительности труда в строительстве, эксплуатации и ремонте; охраны природы, а также создания нормальных санитарно-бытовых условий для эксплуатационного и ремонтного персонала.

Объемно-планировочные и конструктивные решения вновь сооружаемых, расширяемых и реконструируемых ТЭС должны приниматься в соответствии со СНиП. В проектах должны учитываться возможности максимального использования отходов производства сточных вод, сбросного тепла и золошлаков в народном хозяйстве страны.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Все оборудование, необходимое для осуществления технологического процесса ТЭС по выработке электроэнергии, пара и горячей воды, разделяется на основное и вспомогательное.

Для выбора вспомогательного оборудования нужно знать какие параметры рабочей среды оно должно обеспечить.

Эти параметры для оборудования пароводяного тракта определяются на основании расчета принципиальной схемы, а для оборудования газовоздушного тракта – на основании теплового и материального баланса котельной установки.

Основным оборудованием ТЭС и АЭС являются паровые котлы, реакторы, парогенераторы АЭС, турбогенераторы, трансформаторы. Серийные агрегаты, выпускаемые в нашей стране, стандартизированы по соответствующим показателям: мощности, параметрам пара, производительности, напряжению и силе тока и т. д. При выборе предпочтение отдается стандартным агрегатам, нестандартные применяются только в тех случаях, если установка их оправдывает затраты, связанные с проектированием и освоением.

На выбор агрегатов существенное влияние оказывает тепловая схема электростанции. На конденсационных ТЭС, входящих в крупные энергосистемы, применяются только блочные схемы с промежуточным

5

перегревом пара. Неблочные схемы с поперечными связями по пару и воде применяются без промежуточного перегрева. На АЭС основное оборудование также устанавливается и в виде блоков, однако схемы блоков бывают разные. В нашей стране, как и за рубежом, применяются одноконтурные и двухконтурные схемы. Каждая из схем разработана применительно к определенному типу реактора.

Тип и количество основного оборудования должны соответствовать заданной мощности электростанции и предусмотренному режиму ее работы. Возможные варианты по значениям мощности блоков, параметрам пара сопоставляются по технико-экономическим показателям, таким как удельные капитальные затраты, себестоимость энергии, штатный коэффициент, удельный расход условного топлива. Предпочтение отдается варианту, имеющему лучшие показатели.

Ограничения по мощности выбираемых блоков накладываются мощностью энергосистемы. Для того чтобы система была устойчива при аварийном отключении самого крупного блока, мощность вновь сооружаемого блока не должна превышать аварийного резерва мощности энергосистемы. Многочисленные проработки вопросов устойчивости систем при разных сочетаниях генерирующих мощностей показывают, что максимальная мощность вновь сооружаемых блоков должна быть не более 10% мощности всей системы.

При сооружении электростанций очередями мощность блоков каждой очереди выбирается одинаковой. Наиболее целесообразное количество очередей четыре. При этом достигается максимальная эффективность ведения строительно-монтажных работ с одновременным удешевлением и сокращением сроков строительства очереди. После пуска первой очереди мощность системы возрастает и на второй и последующих очередях можно уже устанавливать более крупные блоки.

Выбор основного оборудования для блочных ТЭС заключается в выборе блоков, включающих в себя все основные агрегаты и вспомогательное оборудование. На неблочных ТЭС каждый агрегат выбирается в отдельности. Сначала выбираются тепловые агрегаты (котлы и турбины), потом электрические (генераторы и трансформаторы). Выбор последних предопределяется выбором турбины.

6

1. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

1.1. Паровые котлы

Основными характеристиками, по которым выбираются паровые котлы, являются: вид топлива, параметры пара, производительность, компоновочная и технологическая схемы, способ удаления шлака, габаритные размеры.

Тип парового котла должен соответствовать виду топлива, выделенному для проектируемой электростанции. Для наиболее распространенных топлив (ископаемые угли, газ, мазут, фрезерный торф) выбираются котлы с П- и Т-образной компоновкой и топочной камерой,

разработанной для того или иного вида. Для топлив с легкоплавкой золой (Т3 ≤ 1250 °С) целесообразно выбирать котлы с жидким шлакоудалением. При этом достигается высокое (до 90 %) улавливание золы в топке и снижается абразивный износ поверхностей нагрева. Из этих же соображений для высокозольных топлив, таких как сланцы и отходы углеобогащения, выбираются паровые котлы с четырехходовой компоновкой.

Для новых или нестандартных видов топлива котлы выбираются по топливу близкого состава. Затем проводится поверочный тепловой расчет в целях уточнения технико-экономических показателей. При этом может оказаться, что для обеспечения требуемой производительности и параметров пара нужно будет изменить значения площадей некоторых поверхностей нагрева.

Параметры пара на выходе из котла должны быть больше, чем перед турбиной, на потери в паропроводе: по давлению (МПа) на 4÷9 %, а по температуре, (°С) нa 1÷2 %, т. е.

Меньшие значения потерь принимаются для блочных схем.

На ТЭС устанавливаются или барабанные, или прямоточные котлы. Если давление пара проектируемой ТЭС принято не выше 17 МПа, то устанавливаются барабанные паровые котлы с естественной циркуляцией, при более высоком давлении устанавливаются прямоточные котлы. Естественная циркуляция надежно обеспечивается только при давлении не выше 17 МПа.

Барабанные котлы менее требовательны к качеству питательной воды, чем прямоточные. Поэтому их целесообразно устанавливать при морском

7

водоснабжении и на ТЭЦ с докритическим давлением пара с большими потерями конденсата. Затраты на водоподготовку в этих случаях на 30÷50 % меньше, чем при установке прямоточных котлов.

На конденсационных и теплофикационных электростанциях с промежуточным перегревом пара применяются блочные семы (котел – турбина).

Для ТЭЦ без промперегрева пара с преимущественно отопительной нагрузкой выбор схемы не регламентируется. Выбор определяется соотношением единичной производительности паровых котлов и расходов пара на отдельные турбины. Предпочтение отдается блочным схемам.

На ТЭЦ без промперегрева пара с преобладающей паровой нагрузкой применяются схемы с поперечными связями.

При сжигании сланцев и торфа, а также на электростанциях не входящих в энергосистему или в небольших энергосистемах для блоков 200

и300 МВт допускается установка двух паровых котлов на один турбоагрегат. Турбоагрегаты ПТ-135 и Р-100 устанавливаются с двумя паровыми

котлами. Для обеспечения паропроизводительности выше 400 т/ч они должны выполняться, как правило, с газоплотными панелями, газомазутные - преимущественно под наддувом, пылеугольные – под разряжением.

Паропроизводительность и число парогенераторов выбираются:

а) для блочных КЭС – по максимальному пропуску острого пара через турбину с учетом собственных нужд и запасом до 3 %;

б) для неблочных КЭС – по максимальному пропуску острого пара через турбину с учетом собственных нужд и запасом до 3 %. При работе КЭС в энергосистемах установка дополнительных парогенераторов (резервных и ремонтных) не предусматривается;

в) для блочных ТЭЦ – по максимальному пропуску острого пара в турбину с учетом собственных нужд и запасом до 3 %. При выходе из работы одного блока оставшиеся с учетом работы всех пиковых котлов должны обеспечить средний за наиболее холодный месяц отпуск тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение;

г) для неблочных ТЭЦ – по максимальному расходу пара с тем, чтобы при выходе из работы одного парогенератора оставшиеся, включая пиковые, обеспечили максимально длительный отпуск пара на производство и средний за наиболее холодный месяц отпуск тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Dпк=1,3∙(Dт+Dсн) (1.2)

8

Расход пара на собственные нужды (уплотнения турбин, пусковые эжекторы и др.) составляет около 2,2 % расхода пара на турбину D0.

Резервные котлы на блочных ТЭС не устанавливаются. Число котлов выбирается равным числу турбин — это позволяет иметь одинаковую строительную длину котельного и турбинного отделений. Отступления от этого правила допускаются только при реконструкции электростанций.

В табл.1.1 показаны основные параметры энергетических котлов.

Таблица 1.1. Основные параметры энергетических котлов.

* - значения параметров уточняются при проектировании

Технические характеристики котельных агрегатов представлены в [1; 2; 10÷13; 20].

1.2.Реакторы АЭС

Внастоящее время во всем мире в качестве серийных применяются урановые гетерогенные реакторы на тепловых нейтронах с водой под давлением или кипящие, работающие по циклу насыщенного пара, а также реакторы с газовым теплоносителем. В качестве теплоносителя используется вода или газ, а в качестве замедлителя — вода (обычная и тяжелая) и графит.

Вчисло серийных вошли также реакторы на быстрых нейтронах с жидкометаллическим и газовым теплоносителями.

ВРоссии на серийных АЭС применяются в основном реакторы двух типов: водо-водяные (с водой под давлением) и уран-графитовые — кипящие.

9

Водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР) отличаются компактностью и простотой конструкции активной зоны. Используемые в реакторе стержневые твэлы просты в изготовлении и надежны в работе. В качестве теплоносителя и замедлителя используется такая доступная жидкость, как вода. Реакторы этого типа именуются корпусными. Высокие требования к надежности корпуса обеспечиваются только при условии заводского изготовления с последующей доставкой его к месту установки. Допустимый габарит железнодорожных перевозок накладывает ограничения на размеры корпусов, а следовательно, и на мощность реакторов. В нашей стране предельная тепловая мощность ВВЭР в настоящее время составляет

3000 МВт.

Уран-графитовые реакторы могут быть созданы практически на любую мощность. Здесь не требуется прочный и дорогостоящий корпус, поскольку давление теплоносителя воспринимается технологическими каналами, высокая прочность которых позволяет повышать параметры теплоносителя до режима кипения и перегрева пара. Конструкция каналов допускает их отключение и замену без останова реактора. На современных АЭС устанавливаются серийные уран-графитовые реакторы типа РБМК-1000. В ближайшие годы будут осваиваться реакторы мощностью 1500 и 2000 МВт, в том числе и с ядерным перегревом пара.

Характеристики серийных реакторов, выпускаемых в России, и энергетических блоков АЭС приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2. Характеристики блоков АЭС с реакторами разных типов.

10