Содержание
Введение 3
1. Электроснабжение городского хозяйства 4
2. Система теплоснабжения 18
3. Системы и схемы водоснабжения 36
Заключение 43
Список литературы 46
Введение
Наружные инженерные сети являются одним из важных элементов инженерного благоустройства городских территорий. Инженерные сети предназначены для комплексного и полного обслуживания нужд населения, культурно-бытовых предприятий и потребностей промышленности.
Инженерные коммуникации бывают подземными, наземными и надземными.
Инженерное обеспечение представляет собой совокупность систем водоснабжения, канализации, электро-, газо и теплоснабжения, призванных обеспечить функционирование и дальнейшее развитие города.
К подземным инженерным сетям относятся трубопроводы, кабели и коллекторы.
В подземном хозяйстве города используют трубопроводы различного назначения: трубопроводы, сети водоснабжения (хозяйственно-питьевые, противопожарные, горячего и промышленного водоснабжения, поливомоечные).; трубопроводы канализации (бытовых, дождевых и промышленных вод); трубопроводы тепло- и газоснабжение.
|
|
Кабельные сети включают в себя электрические сети высокого и низкого напряжения, предназначенные для электроснабжения (в том числе наружное освещение и обеспечение электротранспорта), и кабели слабого тока для телеграфной и телефонной связи, радиовещания и сигнализации специального назначения.
Основную сеть трубопроводов, каналов и кабелей размещают под улицами и площадями городов (населенных пунктов), и они образуют сложные подземные системы. Подземные инженерные сети проектируются комплексно, с учетом начертания улично-дорожной сети города. По заданной категории дороги устанавливают параметры элементов проектируемой улично-дорожной сети, под которой размещаются инженерные сети.
Электроснабжение городского хозяйства
Электрическими станциями называют комплекс взаимосвязанных инженерных сооружений, оборудования и коммуникаций, предназначенный для превращения природных энергоресурсов в электроэнергию. Процесс производства электроэнергии отличается однородностью и массовостью продукции. Однородность продукции открывает путь к типизации основных видов электростанций и серийности выпуска небольших типоразмеров унифицированного оборудования: котлоагрегатов, турбин, генераторов и трансформаторов. Важной особенностью современных электростанций является установка небольшого количества (4-6) очень крупных агрегатов - энергетических блоков единичной мощностью от 200 до 1200 МВт. Концентрация энергопроизводства ведет к снижению единовременных затрат и ежегодных расходов на электростанциях. Массовость, огромные масштабы производства электроэнергии, делают особенно важным повышение эффективности использования первичных энергоресурсов. При массовом производстве даже очень небольшие изменения экономичности дают существенную экономию народнохозяйственных затрат.
|
|
Для электростанций является неизбежным переменный режим работы, так как процесс производства электроэнергии должен непрерывно и точно следовать за процессом ее потребления. Эта особенность условий работы электростанций существенно отличает их от предприятий других отраслей промышленности.
Отмеченные особенности электрических станций определяют основные требования, которые сводятся к требованиям высокой надежности и экономичности энергопроизводства. Эти требования должны рассматриваться неразрывно, но при этом надежность энергообеспечения потребителей имеет приоритет. Прежде всего потому, что перерыв в подаче электроэнергии ведет к прекращению работы ее потребителей, уменьшению выпуска и к массовому браку продукции, а в некоторых случаях и к аварии основного оборудования потребителей. По этим причинам среди всех мер обеспечения надежности специфическими для энергетики являются обязательное требование наличия резервов мощности, дублирование основных агрегатов и коммуникаций, а также объединение электростанций в энергосистемы.
Районные энергетические системы представляют собой совокупность электростанций, повышающих и понижающих подстанций, связанных линиями электропередачи. Дальнейшая централизация достигается объединением при помощи межсистемных линий электропередачи районных энергосистем в объединенную энергосистему, на базе которых формируется единая энергетическая система страны.
По назначению электростанции разделяются на городские, снабжающие энергией города и населенные пункты, промышленные, обеспечивающие энергией технологические нужды производства, и районные, снабжающие электроэнергией всех потребителей, расположенных на больших территориях. В настоящее время основным видом электростанций являются государственные районные электростанции (ГРЭС).
В зависимости от вида используемого природного энергоресурса различают следующие типы электростанций.
Тепловые (ТЭС), использующие химически связанную энергию органического топлива, которая высвобождается в процессе горения топлива, а полученная теплота используется для превращения в механическую работу и далее в электрическую энергию.
Атомные (АЭС), на которых в качестве источника энергии используется процесс деления ядер атомов изотопов урана-235, плутония-239, сопровождающийся выделением большого количества теплоты. Полученная теплота отводится через систему охлаждения реактора, а затем используется так же, как и на обычных тепловых электростанциях.
Гидравлические (ГЭС), использующие потенциальную энергию напора воды речных стоков или приливов и отливов.
Ветровые (ВЭС), использующие в качестве источника кинетическую энергию движения воздушного потока. Особенностями ВЭС является малая мощность агрегатов и зависимость выработки электроэнергии от наличия и скорости ветра.
Солнечные (ГелиоЭС), использующие энергию излучения солнца для прямого преобразования в электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов, а также для получения теплоты, которая затем превращается в электроэнергию по схеме обычных тепловых электростанций.
Геотермические электростанции, использующие теплоту земной коры в районах активного проявления вулканической деятельности с последующим преобразованием в электроэнергию по технологии тепловых электростанций.
|
|
В настоящее время основным типом электростанций является ТЭС, на долю которых приходится около 80% общей выработки электроэнергии в нашей стране. Тепловые электростанции подразделяются на конденсационные (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплофикационные (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии в виде пара или горячей воды для теплоснабжения потребителей. Тепловые электростанции различаются и по первичному двигателю, используемому для привода электрического генератора. В настоящее время в качестве первичных двигателей на тепловых электростанциях используют: 1) двигатели внутреннего сгорания -бензиновые, дизельные или газовые, мощностью от нескольких киловатт до 50 МВт, с КПД выработки электроэнергии от 30 до 50%, а при утилизации теплоты - до 85%; 2) газовые турбины, использующие смесь продуктов сгорания топлива и воздуха, мощностью от 200 кВт до 200 МВт, с КПД от 20 до 40%, а при утилизации теплоты до 80-85%; 3) паровые турбины, рабочим телом в которых является пар под давлением до 240 бар и температурой до 560°С, мощностью от 0,75 до 1200 МВт, с КПД до 40%, а при утилизации теплоты отработанного пара до 80-85%. На современных ТЭС основным видом первичного двигателя являются паровые турбины.
Осуществление непрерывного процесса превращения теплоты в работу с использованием ограниченного объема рабочего тела возможно лишь при осуществлении круговых процессов (циклов) изменения его состояния.
Сущность рабочего процесса на ТЭС составляет последовательность энергетических превращений. Для каждой стадии этого процесса справедлив закон сохранения вещества и энергии, т. е. соответствие между подведенной энергией, полезной составляющей и потерями энергии.
Термический КПД идеального кругового процесса будет зависеть от относительной величины (Готв/Гподв), теоретически неизбежных при данной форме и параметрах цикла потерь теплоты в «холодный источник».
|
|
В рабочем процессе ТЭС в качестве подведенной энергии рассматривается химическая энергия сожженного топлива (Оюдв ~ В <2н)-Конечным продуктом этого процесса на КЭС является электроэнергия (бшл = 860 W), а на ТЭЦ - электроэнергия и теплота, отпущенная из регулируемых отборов турбин потребителям (Qnon ~ 860 W + Qr).
Состав потерь в рабочем процессе ТЭС является вполне определенным:
• теоретически неизбежные потери в холодный источник, величина которых определяется термическим КПД процесса, составляющим 40-60%;
• дополнительные потери в холодный источник вследствие отклонения реальных процессов от идеальных, величина которых определяется внутренним относительным КПД турбин, равным 82-87%;
• потери теплоты в котлоагрегатах, величина которых определяется КПД энергетических котлов, равным 87-92%;
• механические и электрические потери, которые играют
скромную роль в тепловом балансе, так как механический КПД
турбин и электрический КПД генераторов составляют 97-99%
каждый;
• потери рассеивания теплоты в окружающей среде характеризуются величиной КПД теплового потока, равной 97-99%;
• потери вследствие затрат электроэнергии и теплоты на
собственные нужды ТЭС составляют 5-10%.
Наличие затрат энергии на собственные нужды ТЭС вызывает необходимость рассматривать две категории показателей тепловой экономичности станций:
• брутто, исчисляемые по выработке энергии;
• нетто, определяемые по отпущенной энергии.
Технология производства электроэнергии на ТЭС включает в себя несколько взаимосвязанных процессов: 1) топливоснабжения; 2) водоснабжения и водоотведения; 3) производство теплоты; 4) преобразования энергии в механическую работу; 5) генерирования электроэнергии; 6) утилизации и удаления отходов энергопроизводства.
Функционирование современных мощных ТЭС требует большого количества топлива, воздуха, воды и других ресурсов. Так, конденсационная ТЭС мощностью 2400 МВт сжигает 1060 т/ч антрацита, при этом используется 820 т/ч кислорода и образуется 10 млн м3/ч дымовых газов, содержащих 2350 т двуокиси углерода, 25 т паров воды, 34 т двуокиси серы, 9 т окислов азота, 2 т летучей золы. Кроме того, из топок котлов удаляется 34,5 т/ч шлаков, а из бункеров электрофильтров 193,5 т/ч золы. Расход воды на ТЭС связан как с компенсаций потерь рабочего тела, так и охлаждением пара в конденсаторе. Особенно значителен расход охлаждающей воды. Так, на конденсационной станции мощностью 2400 МВт этот расход соответствует 300-400 тыс. м3/ч.
Система топливоснабжения современной ТЭС представляет собой комплекс инженерных сооружений, коммуникаций и оборудования, предназначенных для разгрузки, складирования, подготовки и подачи топлива в котлоагрегаты. Твердое и жидкое топливо доставляются на ТЭС, как правило, железнодорожным транспортом. Поступающие на ТЭС железнодорожные составы твердого топлива автоматически взвешиваются на вагонных весах. Затем вагоны поступают в приемно-разгрузочное устройство, оборудованное эстакадами для приема саморазгружающихся вагонов или вагоно-прокладывателями со щелевыми бункерами и лопастными питателями. Для приема жидкого топлива (мазута) подъездные пути ТЭС имеют специальную эстакаду, оборудованную системой разогрева, слива и перекачки мазута. Природный газ на ТЭС подается по газопроводу в газораспределительную станцию.
Из приемно-распределительного устройства топливо подается на склад и в систему топливоподачи. Твердое топливо во избежание самовозгорания хранят в штабелях, уплотненных путем укатки. Хранение мазута производят в специальных резервуарах, которые могут быть наземными, полуподземными и подземными. Топливные склады ТЭС должны вмещать запасы топлива на 15-20 суток работы станции. Транспортировка твердого топлива по территории ТЭС и в котельную осуществляется ленточными транспортерами (конвейерами), жидкого и газообразного - по трубопроводам.
В системе топливоподачи твердого топлива предусматриваются установки и оборудование, обеспечивающие предварительное измельчение, подсушку и размол топлива в тончайшую пыль, которая вместе с воздухом подается в топку котлоагрегатов. Система топливоподачи мазута включает в себя фильтры, подогреватели и насосы, обеспечивающие подачу топлива к форсункам котлоагрегатов. Система газоснабжения включает в себя газораспределительные пункты и трубопроводы, обеспечивающие снижение давления, очистку и подачу природного газа на горелки котлоагрегатов.
Воздух, необходимый для горения топлива, подается при помощи дутьевых вентиляторов из верхней части помещения котельного цеха в воздухоподогреватели котлоагрегатов. Весь расход воздуха делится на две части: 1) первичный воздух, который подается в топку вместе с топливом через систему пылеприготовления, где он выполняет роль сушильного и транспортного агента и 2) вторичный воздух, который подается непосредственно в топку котла. При сжигании жидкого топлива воздух подается в форсунки, при сжигании газа - в горелки, а при необходимости и в топку котла.
Система водоснабжения ТЭС включает четыре взаимосвязанных подсистемы:
• подготовки питательной воды и конденсата, в состав которой входят трубопроводы, подогреватели низкого и высокого давления, питательный бак, деаэратор, конденсатные и питательные
насосы;
• охлаждения конденсаторов, в состав которой входят конденсаторы, водоводы, циркуляционные насосы, пруды-охладители или градирни, обеспечивающие охлаждение и конденсацию пара, отработанного в турбинах;
• восполнения добавочной воды, в состав которой входят трубопроводы, насосы сырой и добавочный воды, фильтры химводоочистки и деаэратор химочищенной воды;
• подпитки тепловой сети, в состав которой входят трубопроводы, сетевой деаэратор и подпиточные насосы.
Кроме того, вода на ТЭС используется для охлаждения: 1) масла и воздуха, используемых в турбогенераторах; 2) подшипников мельниц, дымососов и других механизмов, а также для удаления золы и шлаков.
Вода как рабочее тело поступает в экономайзер котлоагрегата, а затем в барабан и по спускным трубам в распределительные коллектора и экранные поверхности нагрева. При сгорании топлива в топке котла выделяется большое количество теплоты, часть которого путем теплообмена передается воде, которая испаряется. В пароперегревателе влажный пар перегревается и направляется в турбину, которая служит приводом электрического генератора.
Полученная электроэнергия передается через главное распределительное устройство, трансформаторы и линии электропередачи к потребителям. Часть выработанной электроэнергии через распределительное устройство собственных нужд направляется для электроснабжения самой ТЭС.
|
Тепловой схемой электростанции называют чертеж, на котором показаны в условном изображении оборудование и коммуникации, которые используются в технологическом процессе преобразования тепловой энергии пара в электрическую энергию.
Современная электроэнергетика базируется на трехфазном переменном токе с частотой 50 Гц и стандартным напряжением: 127, 220, 380, 660 В и 3, 6, 10, 20, 35, ПО, 150, 220, 330, 500, 750 кВ. Применение трехфазного переменного тока объясняется экономической эффективностью установок и сетей, возможностью трансформации и передачи электроэнергии на большие расстояния, а также применения надежных, простых и экономичных асинхронных электродвигателей.
Электрическая часть каждой электростанции характеризуется схемой электрических соединений, на которой условными обозначениями нанесены все агрегаты, аппараты и электрические соединения между ними. Схемы электрических соединений разделяются на две части: 1) главные схемы, или первичные цепи, по которым электроэнергия передается от генераторов к электроприемникам, и 2) схема вторичных цепей, которые используются для соединения и питания релейной защиты, автоматики, приборов учета, контроля и управления.
Главные схемы электростанций выполняются, как правило, однолинейными, для одной фазы, что упрощает и придает им наглядность. На однолинейных схемах все элементы первичной цепи показываются в обесточенном состоянии. При выборе схемы электрических соединений электростанций руководствуются следующими соображениями. Если более 75% мощности станции передается в энергосистему, тогда целесообразно применение схемы блока «генератор-трансформатор», при которой генератор соединяется непосредственно с трансформатором без промежуточных звеньев.
В блочных схемах мощность трансформаторов должна быть равна мощности генераторов, а их количество равно числу генераторов. В установках свыше 150 кВт к одному трансформатору могут быть подключены два генератора станции.
Если нагрузка потребителей местного района и собственных нужд станции превышает 25% установленной мощности генераторов, тогда целесообразна схема, имеющая сборные шины генераторного напряжения, которые служат для приема и распределения электроэнергии от всех генераторов электростанции. В этом случае для связи с системой предусматривается установка двух трансформаторов суммарной мощностью, равной или несколько большей передаваемой в систему мощности.
Для генерации электроэнергии на тепловых электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока, первичным двигателем которых могут служить двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины.
Во время работы синхронного генератора его обмотки нагреваются. Для того чтобы температура нагрева не превышала допустимых значений, все турбогенераторы выполняются с искусственным охлаждением. Существуют две системы охлаждения: 1) поверхностное, при котором охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентилятора подается внутрь генератора через воздушный зазор и вентиляционные каналы и не соприкасается с обмотками статора и ротора; 2) внутреннее, при котором охлаждающее вещество (газ или жидкость) непосредственно соприкасается с проводниками обмоток генератора. Отечественные турбогенераторы выпускаются с воздушным, водяным и водородным охлаждением. Чем эффективней система охлаждения, тем больше может быть мощность генератора при тех же габаритах. Так, переход от воздушного охлаждения к водяному позволяет увеличить мощность генератора в 4 раза.
Для преобразования напряжения трехфазного электрического тока на электростанциях устанавливают силовые трансформаторы, которые изготавливаются понижающими и повышающими напряжение, двух- и трехобмоточными, трех- и однофазные. Наибольшее распространение получили трехфазные двухобмоточные трансформаторы, у которых мощность из первичной обмотки низкого напряжения (НН) электромагнитным путем передается в обмотку высокого напряжения (ВН), при этом происходит увеличение напряжения. Повышение напряжения обеспечивает передачу электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями. Поэтому такие трансформаторы устанавливаются в линиях связи электростанций с энергосистемой и в блоках «генератор-трансформатор».
Конструкция силовых трансформаторов во многом определяется системой охлаждения обмоток. Большинство трансформаторов имеет масляное охлаждение - естественное, с дутьем и естественной циркуляцией, с дутьем и принудительной циркуляцией масла через радиаторы, развитая поверхность которых обеспечивает эффективный отвод тепла. Чем эффективней система охлаждения, тем больше может быть мощность трансформатора. Трансформаторы характеризуются следующими параметрами: 1) номинальное напряжение первичной и вторичной обмотки - это напряжение между выводами при холостом ходе трансформатора; 2) номинальная мощность - это мощность нагрузки при номинальной температуре охлаждающей среды и максимальным превышением температуры обмоток над охлаждающей средой не более 65°С; 3) номинальный ток любой обмотки трансформатора определяется по ее номинальной мощности и номинальному напряжению.
Кроме силовых трансформаторов, на электростанциях устанавливаются понижающие трансформаторы для питания собственных нужд (ТСН), а также измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), которые служат для питания контрольно-измерительных приборов и схем релейной защиты и автоматики. Эти трансформаторы снижают напряжение, отделяют цепи высокого и низкого напряжения, что обеспечивает их безопасное обслуживание.
Соединение аппаратов в электрической установке станции между собой осуществляется неизолированными проводами и шинами, изолированными проводами и кабелями. В распределительных устройствах электростанций благодаря простоте монтажа, высокой экономичности и надежности наибольшее распространение получили жесткие и гибкие шины. В установках генераторного напряжения в зависимости от расчетного тока нагрузки применяют жесткие одно-, двух- и трехполосные алюминиевые шины. В открытых распределительных устройствах применяют гибкие шины, выполненные из алюминиевых или сталеалюминиевых проводов. Для крепления шин и изоляции их от заземленных частей применяются опорные, проходные и подвесные изоляторы, выполненные из электроизоляционного фарфора или специальных полимеров. Изоляторы для наружной установки имеют развитую ребристую поверхность, благодаря чему сохраняется необходимая электрическая прочность при атмосферных осадках,
Для соединения отдельных элементов на электростанциях широко используют трех- и четырехжильные кабели. Кабели имеют токоведущие жилы (одно- или многопроволочные) из меди или алюминия, изолированные бумажными лентами, резиной или поли-винилхлоридной оболочкой. Кабели, как правило, имеют общую поясную изоляцию, оболочку или бронирование стальной лентой.
В электроустановках напряжением свыше 1000 В цепи присоединяются к сборным шинам через разъединители и выключатели высокого напряжения. Выключатели служат для включения и отключения электрических цепей высокого напряжения под нагрузкой, а также для их отключения в аварийных режимах, например, при коротких замыканиях. Они должны за минимальное время отключить цепь при коротких замыканиях, чтобы не допустить развития аварии. Поэтому основной характеристикой выключателя является его отключающая способность, т. е. наибольший ток, который он способен надежно отключить. По конструкции и способу гашения электрической дуги различают воздушные, масляные боковые, маломасляные, вакуумные и элегазовые выключатели. В сетях 6-10 кВ наибольшее распространение получили маломасляные и вакуумные, а в сетях свыше 10 кВ - элегазовые выключатели. Контактная система каждой фазы выключателя вместе с гасительной камерой, как правило, помещается в бак цилиндрической формы с трансформаторным маслом или в специальную камеру, которая заполняется газовой смесью или в ней создается вакуум. Здесь масло, вакуум или газ служат для гашения электрической дуги за 0,015-0,025 с, что гарантирует сохранность оборудования и ЛЭП при возникновении аварийных ситуаций. Отключение выключателя происходит под действием релейной защиты с помощью специального механизма. Достоинствами этих выключателей являются небольшой вес и размеры, надежность и удобство эксплуатации.
Кроме выключателей в цепях высокого напряжения устанавливаются разъединители, которые предназначены для отключения и включения цепей при отсутствии в них тока. По конструкции разъединители напоминают рубильники и в отключенном состоянии создают видимый разрыв цепи тока, обеспечивая тем самым безопасность проведения ремонтных работ в электроустановках свыше 1000 В. На отходящих линиях электропередачи, кроме шинных, устанавливаются и линейные разъединители, отключение которых не позволяет подать напряжение к месту работы по линии электропередачи. Для защиты линий электропередачи собственных нужд электростанций предназначены предохранители. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, включаемая в рассечку с защищаемой цепью, сгорание которой при перегрузке или коротком замыкании приводит к отключению поврежденного элемента. Для облегчения гашения дуги плавкая вставка выполняется из ряда параллельных проволок малого сечения или тонких медных пластин, помещенных в фарфоровый корпус и засыпанных кварцевым песком.
Бесперебойное снабжение потребителей может быть обеспечено только при правильно выбранной схеме электростанции. Основными требованиями, предъявляемыми к схемам, являются надежность работы установок, гибкость схемы, удобство оперативных переключений и вывода в ремонт оборудования, что обеспечивает экономичность и надежность работы электростанций.
Расчет и выбор основного оборудования ТЭС
Представление о рабочем процессе и оборудовании, используемом на ТЭС, дают принципиальные технологические схемы. В зависимости от назначения, существующих нагрузок, количества вырабатываемой энергии, вида и параметров теплоносителя производится расчет тепловой схемы и выбор основного и вспомогательного оборудования электростанции. Тепловые схемы станций разрабатываются в нескольких вариантах, окончательный выбор производится на основании технико-экономических расчетов.
При проектировании и сопоставлении тепловых схем необходимо исходить из следующих положений. Одной из главных характеристик, определяющих выбор оборудования, является коэффициент теплофикации, отражающий степень использования регулируемых отборов турбин.
Любая ТЭЦ и целесообразность ее сооружения определяются, прежде всего, количеством произведенной электроэнергии по теплофикационному циклу. Соотношение объемов электроэнергии, вырабатываемой по теплофикационному и конденсационному циклам, определяет величину основных технико-экономических показателей эксплуатации ТЭЦ. Поэтому для выбора турбин используется метод энергетических характеристик. Для этого необходимо и достаточно знать обобщенные энергетические характеристики турбин. Расчеты, выполняемые с использованием этих характеристик, дают достаточную степень точности для проектных и технико-экономических расчетов.
Наиболее экономичными для покрытия тепловых нагрузок является использование турбин с противодавлением, обеспечивающих 100%-ю выработку электроэнергии по теплофикационному циклу с наименьшим расходом топлива (Ьэ = 170 г у.т./кВт-ч). Однако в чистом виде такую схему можно реализовать только при наличии стабильной круглогодовой нагрузки. Так, для городских ТЭЦ выбор турбин с противодавлением производится исходя из летней средней часовой нагрузки горячего водоснабжения.
Технико-экономические показатели работы ТЭС
При проектировании систем энергоснабжения необходимо технико-экономическое сопоставление вариантов. Расчет технико-экономических показателей ТЭС выполняется в определенной последовательности.
Стоимость единицы установленной мощности определяется на основании сметно-финансовых расчетов. Предварительно капитальные вложения могут быть определены по укрупненным показателям сметной стоимости строительства ТЭС. Эксплуатационные расходы определяются по соответствующим сметам затрат на производство электро- и теплоэнергии.