Контрольная «Общая энергетика» (ТвГТУ)

Контрольная «Общая энергетика» (ТвГТУ)

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям и лабораторным работам для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 100.400

Составитель А.С.Енин

ТЕМАТИКА ЛЕКЦИЙ

Часть I. «Производство электрической и тепловой энергии»

Введение. Общие сведения о месте и роли энергетики в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и т.д. Краткая историческая справка о развитии энергетики. Понятие о единой энергетической системе. Типы электрических станций.

Тема 1. Тепловые электрические станции (ТЭС).

Типы ТЭС и их схемы. Теоретические основы преобразования энергии в тепловых двигателях. Паровые котлы: назначение, принцип действия, типы, технические характеристики. Энергобаланс и тепловые схемы ТЭС. Перспективы развития ТЭС.

Литература по теме: [1 — 3.2,3.3; 2 — 4.1…4.12, 6….6.5; 5-§66…75; 6;9].

Тема 2. Атомные электрические станции (АЭС).

Типы и схемы АЭС. Ядерные энергоустановки. Типы ядерных реакторов. Энергобаланс АЭС. Перспективы развития атомной энергетики.

Литература по теме: [1-3.9; 2-5.1.. .5.4,6.6; 5-§76 ].

Тема 3. Гидравлические электростанции (ГЭС).

Гидроэнергоресурсы и схемы их использования. Гидро- энергетические уста­новки. Процесс преобразования гидравлической энергии в электричес­кую на различных типах гидроэнергоустановок. Современные проблемы комплексного использования гидроресурсов. Регулирование речного стока. Гидроэнергетика малых ГЭС. Проектирование и эксплуатация гидроэнерго­установок. Перспективы развития гидроэнергетики.

Литература по теме: [1-3.6; 2-9.1…9.7, 10.1.-.10.7; 7].

Тема 4. Возобновляемые источники энергии.

Общие перспективы развития энергетики. Энергетика и экология. Солнеч­ные, ветровые, геотермальные, волновые, приливные энергоустановки. Ис­поль­зование вторичных энергоресурсов. Источники энергопотенциала, типы установок, социально-экологические и экономические аспекты. Нако­пители энергии. Экономия энергии, энергосберегающие технологии.

Литература по теме: [1-3.7,3.8,4.1…4.9], а также периодические издания.

Часть II.«Передача и потребление электрической и тепловой энергии»

Тема 5. Передача электрической энергии.

Воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП). Шкала номинальных напряжений. Силовые трансформаторы. Перспективные системы передачи и использования электрической энергии.

Литература по теме: [1-5.1…5.9; 3;4;8]

Тема б. Передача тепловой энергии.

Технические основы передачи тепловой энергии. Виды теплоносителей. Теп­лотрассы, трубопроводы, схемы передачи. Потребители тепловой энергии и их основные характеристики. Перспективы системы передачи и использова­ния тепловой энергии.

Литература по теме: [1-5.1…5.9;2-11.1…11.4;4; 9; 11; 12].

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

В данном разделе приведены методические указания по решению задач, примеры решения, варианты контрольных заданий.

2.1. Расчёт параметров режима котельного агрегата ТЭЦ.

Решается задача определения коэффициента полезного действия (КПД) парово­го котла и расхода топлива.

(2.1)

(2.2)

где — КПД парового котла, %; -потеря теплоты соответственно с уходящими газами, химическим недожогом, механическим недожогом, на наружное охлаждение, со шлаком, %; -полный расход топлива кг/с; -те­плота, воспринятая рабочей средой в паровом котле, кДж/с; -располагае­мая теплота поступающего в топку топлива, кДж/кг. Если тепло уходящих газов не используется, то

,%, (2.3)

а при разомкнутой системе сушки топлива уходящими газами

,%, (2.4)

где , , — энтальпия соответственно уходящих газов, газов в месте отборов на сушку, холодного воздуха, кДж/кг; — доля отборов газов на сушку; — избыток воздуха в уходящих газах.

Энтальпия газа при температуре Т численно равна количеству теплоты, которое подведено к газу в процессе нагревания его от нуля градусов Кельвина до температуры Т при постоянном давлении.

При разомкнутой системе сушки все данные о топливе относят к подсушенному топливу (сушонке). В этом случае расход сырого топлива при изменении влажности от до составляет

,кг/с, (2.5)

где — расход подсушенного топлива по (2.2), кг/с; , — влажность подсушенного и не подсушенного топлива, %.

При изменении влажности меняется и низшая теплота сгорания топлива — от до :

,кДж/кг. (2.6)

Низшая теплота сгорания соответствует количеству теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании без учёта теплоты, затрачиваемой на образование водяных паров, которые находятся в продуктах сгорания.

Полная располагаемая теплота поступающего в топку топлива

,кДж/кг, (2.7)

где — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; — дополнительная теплота, вносимая в котёл подогретым снаружи воздухом, паровым дутьём и т д., кДж/кг. Для ориентировочных расчётов принимают =0,01…0,02.

Теплота, воспринимаемая рабочей средой в паровом котле

,кДж/с, (2.8)

где — паропроизводительность котла, кг/с; , — энтальпия перегретого пара и питающей воды, кДж/кг; — теплота, дополнительно воспринимаемая при наличии промежуточного пароперегревателя, продувки водой и т.д., кДж/с. Для ориентировочных расчётов .

, (2.9)

где — доля уноса золы с продуктами сгорания; — энтальпия шлака, кДж/кг, — рабочая зольность топлива, %.

Значения , , , , -приведены в приложении 1.

При твёрдом шлакоудалении можно принять =1,2…1,25; =0,95;

=560 кДж/кг. Кроме того, при температуре воздуха перед котлом 30 °С =233 кДж/кг, а при температуре уходящих газов 120 °С =1256 кДж/кг.

Пример расчёта. Определить КПД и расход топлива для парового котла при следующих условиях: =186 кгс; топливо — сушонка березовского угля с =13%; разомкнутая система сушки, =0,34; отбираемый на сушку газ имеет =4000 Дж/кг; энтальпия перегретого пара и питательной воды соответственно =3499 кДж/кг, =1086,5 кДж/кг.

Решение:

Предварительно по (2.6) определяется низшая теплота сгорания подсушенного топлива

кДж/кг.

Здесь =33%,=16200кДж/кг- по табл.П.1.1.

Принимая по (2.7) кДж/кг, находим.по (2.4) %.

По табл.П.1.1 и табл.П.1.2 принимаем %, %, % .

С учетом табл. П. 1.1 находим по (2.9) %.

Тогда %.

Для расчёта расхода топлива предварительно по (2.8) находим

кДж/с.

Расход подсушенного топлива по (2.2)

кг/с.

Расход сырого топлива при =33 % по (2.5) составляет

кг/с.

Контрольное задание. Определить кпд котла и расход сырого и подсушенного топлива, Паропроизводительность котла принять по табл. 2.1 в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки. Вид топлива принять по табл. П. 1.1 в соответствии с предпоследней цифрой номера зачётной книжки .

Паропроизводительность котла Таблица 2.1

Параметр

Вариант

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

,кг/с

150 200 180 100 90 120 140 160 170 130

2.2 Расчёт параметров режима гидравлической турбины

Решается задача нахождения мощности гидротурбины и коэффициента быстроходности.

, (2.10)

, (2.11)

где N — мощность турбины, кВт; — расход воды через турбину, м³/с; — напор, м; — КПД турбины, о.е.; — число оборотов вала турбины, 1/мин; — коэффициент быстроходности.

Мощность, развиваемая турбиной, зависит от расхода воды , напора , определяемого разностью уровней верхнего и нижнего бьефа, и КПД, зависящего от типа и режима работы турбины (см. рис. П.2.1).

Пример расчёта. Определить, как изменяется мощность пропеллерной гидротурбины, работающей с , если при неизменном напоре расход воды уменьшается на 30 %. Решение:

Изменение мощности, обусловленное уменьшением расхода воды, находится по (2.10)

 

Изменение кпд определяется по рис.П.2.1 при ; ;. Таким образом,

Здесь индекс 1 соответствует исходному, а индекс 2 новому режиму работы гидротурбины.

Пример расчёта. Определить коэффициент быстроходности турбины при , ,

Решение:

В соответствии с (2.11)

=1,17750/82=450

Контрольное задание. Определить, как изменится мощность гидротурбины при исходных данных, указанных в табл. 2.2,

Исходные данные Таблица 2.2

Параметр	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, %	-60	-30	-50	-40	-50	0	0	0	0	0
, %	0	0	0	0	0	-10	+10	-15	+20	-20
Турбина	РО	ПЛ	П	К	РО	ПЛ	П	РО	К	ПЛ

Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки.

Тип турбины: РО — радиально-осевая; ПЛ — поворотно-лопастная; К — ковшовая; П — пропеллерная.

2.3. Расчёт параметров режима линии электропередачи

 

Решается задача определения потерь активной мощности в ЛЭП, упрощённая схема которой приведена на рис. 2.1.

~

G Uл L Iл Sнг

Рис. 2.1. Схема электрической сети

Для трёхфазной ЛЭП

(2.12) (2.13)

где — потери активной мощности, ; — сила тока,; — активное сопротивление в омах проводов ЛЭП длиной; — удельное сопротивление провода ЛЭП,; — полная мощность нагрузки,;- напряжение ЛЭП,.

Для ЛЭП напряжением выше 1 сечение провода предварительно определяется но формуле

(2.14)

где — экономическая плотность тока, справочная величина, .

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного (см.табл.П.3.1.).При этом для ЛЭП напряжением 110 сечение проводника должно быть не менее 70, а для ЛЭП 220 — не менее 240 .

Пример расчёта. Определить предельное расстояние передачи электроэнергии от источника потребителю, если максимально допустимая потеря активной мощности в ЛЭП численно равна 10 % от .

Исходные данные: =10,5 ;=2,6; =1,4 .

Решение:

Для схемы рис. 2.1 по (2.13; 2.14)

По табл. П.3.1 принимаем, .

Используя (2.12)

откуда

Контрольное задание. Для линии рис.2.1 сравнить потери активной мощности при различных напряжениях.Исходные данные приведены в табл. 2.3.

Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки.

 

Исходные данные Таблица 2.3

Параметр	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	2	3	3	8	8	15	16	12	17	18
	10,5	10,5	10,5	37,5	10,5	37,5	115	37,5	115	115
	37,5	37,5	37,5	115	115	115	230	115	230	230
	6	5	10	22	10	16	25	24	32	38
	1,2	1,3	1,4	1,4	1,3	1,2	1,5	1,5	1,4	1,4

2.4. Расчёт элементов теплофикационной системы

Решается задача определения числа секций приборов водяной системы отопления жилого или производственного помещения.

(2.15)

(2.16)

, (2.17)

(2.18)

(2.19)

где — число секций чугунных по (2.15) или стальных по (2.16) радиаторов или конверторов с кожухом; — площадь поверхности отопительного прибора, отапливаемого помещения и поверхности нагрева одной секции соответственно, м²; — удельная плотность отапливаемого теплового потока по табл. П.4.1 , Вт/м²; — расчётная и номинальная по табл. П.4.3 плотность теплового потока прибора, Вт/м²; – расход теплоносителя через прибор по табл. П.4.4 , кг/с; — температурный напор, равный разности полусуммы температур теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора и температуры воздуха помещения, °С; — теплопотребность помещения и теплоотдача стояков и подводок, к которым подключён отопительный прибор, Вт; — вспомогательные коэффициенты, принимаемые по табл. П.4.2, П.4.3, П.4.4, П.4.5 и рис.П.4.1.

Пример расчёта. Определить число двухрядных стальных радиаторов типа 2РСВ1-4, необходимых для отопления жилого помещения при следующих условиях: =96 м² ; помещение угловое на третьем этаже девятиэтажного дома 1990 года постройки; расчётная температура наружного воздуха -25 °С.

Решение:

Для стальных радиаторов число секций определяется по (2.16). Предварительно по (2.17… 2.19) с использованием данных Приложения 4 находим

=1,5*96*81=11664 Вт, а также

=712*(35/70)^1+0,25*(0,2/0,1)^0,04*0,97=256,5 Вт.

Здесь принято =35 °С, что соответствует среднему значению для водяных систем отопления.

=(11664-0)* 1,07* 1,1/256,5=53,5 м²,

где β₁=1,07 и β₂=1,1 –принимаются по Приложению 4, =0, т.к. предполагается

=53,5/2,88=18,6.

Таким образом, принимается 19 секций типа 2РСВ1-4, которые устанавливаются у оконных проёмов.

Контрольное задание. Для помещения, в котором вы проживаете или работаете, определить число радиаторов, необходимых для отопления. Тип отопительного прибора принять по таблице П.4.3 в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки.

Примечание. В таблице П.4.1 в числителе указаны значения без учёта проведения энергосберегающих мероприятий, а в знаменателе — с учётом таких мероприятий (например, утепление дверных проемов, заклейка окон в зимний период и др.).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочные данные к расчёту параметров режима котельного агрегата ТЭЦ

Расчётные характеристики топлива Таблица П. 1.1

№ вар.	Местонахождение	, %	, %	,	, %	, %
1	Нерюнгринское	10	19,8	22,5	0,5	0,6
2	Назаровское	39	7,3	13	1	0,3
3	Берёзовское	33	4,7	16,2	1	0,2
4	Ангренское	34,5	14,4	13,4	1	0,4
5	Челябинское	17	32,4	13,4	0,6	0,7
6	Воркутинское	5,5	28,4	22	0,5	0,7
7	Подмосковное	32	28,6	9,3	0,8	0,1
8	Экибастузское	6,5	36,9	17,4	0,4	1
9	Кузнецкое-Г	12	23,8	20	0,6	0,8
0	Кузнецкое-СС	9	18,2	23,6	0,6	0,8

Потери на наружное охлаждение Таблица П. 1.2

Паропроизводительность котла, , кг/с	20	40	80	120	200	250
Потери теплоты, ,%	0,8	0,65	0,45	0,35	0,28	0,2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочные данные к расчёту параметров режима гидравлической турбины

Рис. П.2.1. Коэффициент полезного действия гидротурбины

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Справочные данные к расчёту параметров режима линии электропередачи

Данные сталеалюминевых проводов Таблица П. 3.1

F, мм2	10	16	25	35	50	70	95	120	150	185	240
, Ом/км	3,1	2,1	1,4	0,9	0,65	0,45	0,33	0,27	0,21	0,18	0,13
,А	84	111	142	175	210	265	330	380	450	510	610

Примечание. — длительно допустимый ток для данного сечения провода.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочные данные к расчёту элементов теплофикационной системы

 

Укрупнённые показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий, , Вт/м² Таблица П. 4.1

Количество этажей	Период постройки	Расчётная температура наружного воздуха,
		-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35
1-2	1960- 1985г.	148 147	154 153	160 159	205 194	213 201	230 218	234 225
3-4	То же	95 90	102 97	109 103	117 111	126 119	134 128	150 140
5 и более	То же	65 65	70 69	77 73	79 75	86 82	88 88	102 96
1-2	После 1985г.	145	152	159	166	173	177	187
3-4	То же	74	80	86	91	97	101	109
5 и более	То же	65	67	70	73	81	87	95

Поправочный коэффициент к значениям Таблица П. 4.2

Расположение помнщений	Одноэтажное здание	Многоэтажное здание
		Нижний этаж	Средний этаж	Верхний этаж
Среднее	0,9	1,1	0,8	1,3
Угловое	1,5	1,9	1,5	2,2

Рисунок П.4.1. Способы установки отопительных приборов

Основные технические данные некоторых отопительных приборов Таблица П. 4.3

№ вар.	Отопительный прибор	, м2	, Вт/м2	, кг/с
1	Радиатор чугунный МС-140-98	0,18	725	0,15	0,3	0	1
2	Радиатор чугунный МС-90	0,2	700	0,2	0,3	0,01	0,996
3	Радиатор стальной однорядный РСВ 1 -1	0,71	710	0,01	0,25	0,12	1,113
4	Радиатор стальной однорядный РСВ 1 — 5	1,68	714	0,2	0,25	0,04	0,97
5	Радиатор стальной однорядный РСГ 2-1-2	0,54	741	0,08	0,3	0,025	1
6	Радиатор стальной однорядный РСГ 2 -1 — 9	2,17	729	0,2	0,25	0	1
7	Радиатор стальной двухрядный 2 РСВ 1 — 1	1,42	615	0,03	0,15	0,08	1,092
8	Радиатор стальной двухрядный 2 РСВ 1 — 5	3,36	620	0,2	0,15	0	1
9	Конвертор «Универсал» с кожухом КН20-0,4	0,95	420	0,02	0,3	0,18	1
0	Конвертор «Универсал» с кожухом КН20 -1,966	5,5	357	0,2	0,3	0,07	1

Вспомогательный коэффициент Таблица П.4.4

Отопительный прибор	Установка прибора
	У наружной стены	У окна
Радиатор чугунный	1,02	1,07
радиатор стальной	1,04	1,1
Конвертор с кожухом	1,02	1,05

Вспомогательные коэффициенты Таблица П.4.5

Число секций в одном радиаторе
До 15	1	1,02…1,113
16…20	0,98
21…25	0,96
Более 25	0,92+0,16/F