Повышение технико – экономической эффективности работы тепломеханического оборудования теплосетей в условиях ТЭЦ

Министерство  образования и науки Республики Казахстан   Карагандинский  государственный технический университет               ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ     На тему: «Повышение технико – экономической эффективности работы тепломеханического оборудования теплосетей  в условиях ТЭЦ»

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

 

1  Техническое состояние теплофикационного  оборудования и тепловых сетей   в условиях КарТЭЦ - 3 

      1.1  Принципиальная  тепловая схема тепломеханического  оборудования КарТЭЦ -3

      1.2 Схема подключения  и техническое состояние теплофикационного  оборудования ТЭЦ – 3 

    

2    Гидравлический и температурный  режимы тепловых сетей

      2.1  Методы гидравлического расчета  тепловых сетей

      2.2.  Расчет пропускной способности  трубопроводов водяных, паровых  и конденсационных тепловых сетей.

      2.3.  Расчетные расходы теплоносителя  

      2.4. Схемы тепловых сетей

      2.5.   Эксплуатация  тепловых сетей

     

       3  Разработка  оптимальных гидравлического и  температурного режимов тепловых  сетей, обслуживаемых КарТЭЦ – 3

       3.1 Разработка  комплекса технических мероприятий  по повышению эффективности работы  котельного и турбинного оборудования  в условиях КарТЭЦ -3

      3.2  Расчет гидравлического  и температурного режимов теплосети   КарТЭЦ -3

      

    4 Технико – экономическая эффективность и охрана труда

         4.1 Экономическая  эффективность предлагаемых мероприятий

           4.2 Техника  безопасности и охрана труда  в эксплуатационном районе

 

Заключение

 

Список  использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

      Введение

 

   В последние годы из-за  увеличения  потребности населения,  различных промышленных отраслей  и социальной сферы в дешевой  тепловой энергии на фоне ухудшающейся  экологической обстановки (выбросы  в атмосферу продуктов сгорания  химического топлива, загрязнение  водоемов  ядосодержащими продуктами работы промышленных предприятий)  проблема повышения технико – экономических и экологических показателей тепловых электрических станций и тепловых сетей, решаемая путем организации технических мероприятий по повышению располагаемых напоров и снижению расходимости по температуре прямой и обратной  в трубопроводах, становится актуальной. Очень остро данный вопрос проявляется на примере развитых в промышленном отношении городов Казахстана, в частности для теплоснабжения г. Караганды, что определяет актуальность выбранной темы данного дипломного проекта.

Расчет  гидравлического и температурного режимов тепловых сетей, в сочетании  с изучением оптимального режима работы теплофикационного оборудования тепловой электрической станции (подогреватели  сетевой воды (бойлера), конденсатные, сетевые и циркуляционные насосы), должен опираться на изучение существующей гидравлики тепловых сетей, видов, процессов и оборудования производства, правил технической эксплуатации и устройств теплотехнических установок.

Анализ  технико-экономических показателей  работы теплофикационного оборудования тепловых сетей  в условиях ТЭЦ  – 3 г. Караганды указывает на низкие теплотехнические параметры подогревателей сетевой воды, циркуляционных и сетевых насосов и как следствие на низкие располагаемые напоры у потребителей. 

При таких  условиях организация технических  мероприятий по повышению технико – экономической эффективности работы  Карагандинской ТЭЦ – 3 становится наиболее актуальной в рамках решения вопросов по улучшению показателей системы горячего водоснабжения г. Караганды.   

Целью данного  дипломного проекта является разработка оптимальных гидравлического и  температурного режимов работы тепловых сетей, обеспечиваемых горячей водой  от ТЭЦ – 3 г. Караганды.  Для достижения  поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучение существующих гидравлического и температурного режимов работы тепловых сетей от ТЭЦ -3 г.Караганды.
2. Анализ технического состояния теплофикационного оборудования и тепловых сетей в системе горячего водоснабжения от ТЭЦ-3 г. Караганды.
3. Теплотехнический расчет теплофикационного оборудования в условиях ТЭЦ-3.
4. Разработка технических мероприятий по достижению оптимальных гидравлического и температурного режимов работы тепловых сетей для ТЭЦ-3 г.Караганды.

      1  Техническое  состояние теплофикационного оборудования  и тепловых сетей  в условиях  Карагандинской ТЭЦ - 3 

     

      1.1  Принципиальная тепловая схема тепломеханического оборудования Карагандинской ТЭЦ -3

     

       ТЭЦ-3 – круглогодичный источник  электрической энергии и тепла,  сетевой воды с давлением в  подающем трубопроводе 14 ати, в обратном трубопроводе 1 ати, имеет семь котлов БКЗ -420 -140 -5, производительностью 420 т/час, 250 Гкал, давлением острого пара 140 ата, температурой перегретого пара 560°С. КПД станции 98,8%. Расчётный циркуляционный режим 11945 т/ч, подпитка 2800 т/ч.

     На каждом котле по четыре  бункера и по четыре мельницы, пылепроизводительностью 18 т/ч экибастузского угля. В каждом котле расположены четыре двухпоточные горелки.

     Марки насосов, установленные  на втором подъёме: СЭ-2500/180, с  рабочим давлением на входе  насосов 8 кгс/см²;  электородвигатели типа 2А- 3М-1600/600 у4, 4А-3М31600/600 ухл4, мощностью 1460 кВт, с частотой вращения 2975 оборотов в минуту.

     В принципиальной  тепловой схеме тепломеханического  оборудования ТЭЦ – 3 (рисунок  2): ЦТРП-1 – центральный тепловой  распределительный пункт, К/А  – котельный агрегат, ЦВД –  цилиндр высокого давления, ЦСД  – цилиндр среднего давления, ЦНД – цилиндр низкого давления, ПСН – подпорные сетевые насосы  первого подъёма, ПСГ - 1,2 –  подогреватели сетевые горизонтальные, КЭН – конденсатный электронасос, ПНД – подогреватель низкого  давления (4 подогревателя), ПВД –  подогреватели высокого давления (3 подогревателя), ПЭН – подогревательный  электронасос, ПСВ – подогреватель  сетевой воды, СЭН – сетевые  электронасосы второго подъёма,  АБ – аккумуляторные баки.

      Тепловая схема  ТЭЦ-3 включает шесть насосов подпитки  тепловой сети. Деаэраторы ДВ-800 шестиатмосферные в количестве 11 штук, четыре турбоагрегата Т-110/120-130-3, номинальной электрической мощностью 110 МВт, тепловой мощностью 175 Гкал/час, номинальный расход пара 480 т/час, расход пара в конденсатор 18 т/ч, общей мощностью 700 Гкал/час. Имеет в своём составе 8 бойлеров турбин ПСГ, с теплообменной площадью нагрева 2300 м², и пиковые бойлера в количестве 11 штук с теплообменной площадью 500 м². Водоснабжение станции осуществляется по двум трубопроводам диаметром 900 и 1000 мм питьевой водой. Основным топливом является Экибастузский уголь.

      Резервное топливо  – мазут, который используется  для растопки котлов и подсветки  при отключении пылесистем. Запас мазута хранится в трёх баках общей ёмкостью 2100 м³.

     Годовой расход мазута  – 3,701 тыс.тн. или 5041 т.у.т., что составляет 0,41%  от общего количества условного топлива.

      1.2 Схема подключения и техническое состояние теплофикационного оборудования ТЭЦ – 3 

 

      С ТЭЦ-3 выходят две очереди,  диаметром 1000 мм и 1200 мм, доходят до ЦТРП-1. ЦТРП-1 располагается после ТЭЦ-3, здесь идёт распределение теплоносителя по трём магистралям: М-4А диаметром 1200мм, М-4 диаметром 820мм, М-3 диаметром 800мм. Технологическая схема магистралей приведена на рисунке 1. На ЦТРП-1 установлены три насоса марки 200Д-90, производительностью 594 м³/час, напором водяного столба 35 м, диаметром рабочего колеса 500 мм. Три электродвигателя: два электродвигателя типа М-280М2-4, мощностью 200 кВт, 1480 оборотов в минуту, два электродвигателя типа М-280МL-6, мощностью 132 Квт,1000 оборотов в минуту. Установленная мощность 532 кВт. На ЦТРП-1 имеются два бака-аккумулятора по 2000 м³ каждый. Теплотрасса М-4 обслуживает зону «Сельмаш», теплотрасса М-3 обслуживает остальные районы Майкудука: микрорайоны 18,19, 1 и 2 кварталы, улицы Белинского, Архитектурная, Щорса, Лихачёва. М-4А проходит транзитом через Майкудук и в П-5 соединяется с М-3. У ОН-87 с М-3 отходит отпайка М-5 на мкр. Степные 1,2,3,4, мкр. 27,28/1,28/2,29, 30. У ОН-87 с М-3 отходит отпайка М-10 на Гульдер,1,2.

     Далее от ОН-87 проходит М-3б  до конечных потребителей улицы  Ермекова. С ТЭЦ-3 выходит ещё одна трасса М-8 диаметром 800мм до Пришахтинска и Сортировки.

       Организация,  транспортирующая тепловую энергию  от источника до потребителя,  называется ТОО «Теплотранзит Караганда», которая поддерживает температурный и гидравлический режимы на тепловых сетях и на вводах потребителей. На тепловых сетях г. Караганды расположены двенадцать магистральных насосных, на одной из которых работают баки-аккумуляторы, предназначенные для поддержания гидравлического режима. На распределительных тепловых сетях расположены 48 насосных станций, узлов смешивания, ЦТП, которые работают в различных режимах: подмес-подкачка, откачка, подмес-откачка, подкачка. В отопительный период 2010-11г. работали по температурному графику 150/70 ⁰С.

      Тепловые сети  Юго-Востока и центра города имеют кольцевую схему работы, остальные районы радиальную.

     На Карагандинской ТЭЦ – 3 основными  подогревателями сетевой воды  являются ПСГ №1 – 2300 –2-8-1, ПСГ № 2 –2300-3-8-1.

     Пар на них поступает из  теплофикационных отборов турбин, имеющих тепловую мощность 87,5 Гкал/ч  при расходе пара на турбину  485т/ч, с параметрами t = 555⁰С, Р = 130 кгс/см².

      Теплопроизводительность отборов ТГ  ПСГ и ПСВ -  692 Гкал/ч. Теплопроизводительность ПБ и ПГВ 510 Гкал/ч. Итого расчетная теплопоизводительность теплообменного оборудования ТЭЦ - 1202 Гкал/ч.

     

 

  В котельном цехе ТЭЦ –  3 установлены 7 котлов БКЗ –  420 – 140, с параметрами пара  за котлом t= 560⁰С, Р=140 кгс/см²  теплопроизводительностью 250Гкал/ч. 7х250 = 1750 Гкал/ч (рисунок 3).

 

 

 

2    Гидравлический и температурный  режимы тепловых сетей

 

      2.1  Методы гидравлического расчета  тепловых сетей

 

      2.1.1  Задачи гидравлического расчета тепловых сетей

    

      Основной задачей гидравлического  расчета является определение  диаметров трубопроводов, а также  потерь давления на участках  тепловых сетей. По результатам  гидравлических расчетов разрабатывают  гидравлические режимы систем  теплоснабжения, подбирают сетевые  и подпиточные насосы, авторегуляторы, дроссельные устройства, оборудование тепловых пунктов.

      Гидравлический расчет тепловой  сети производится с целью  определения гидравлического сопротивления  каждого участка тепловой сети, начиная от источника тепла   до самого концевого потребителя. 

     

     2.1.2  Расчет потерь давления в тепловой сети. Потери давления на трение и местные сопротивления трубопроводов

    

     При движении теплоносителя по  трубам полные потери давления  ΔР складываются из потерь  давления на трение ΔР_л (гидравлическое сопротивление стенок трубопровода потоку жидкости или газа) и потерь давления в местных сопротивлениях ΔР_м:

 

                                            ΔР = ΔР_л + ΔР_{м  .}                                                                        (1)

                                                                                    

     Потери давления на трение  ΔР_л определяют по формуле

 

                                                  ΔР_л = RL                                                     (2)  

                                                  

где R – удельные потери давления, Па/м, определяемые по формуле

                                                  

.                                                   (3)    

 В  формулах (2), (3) приняты следующие  обозначения:

λ – коэффициент гидравлического трения;   

d – внутренний диаметр трубопровода, м;    

p – плотность теплоносителя, кг/м³; 

w – скорость движения теплоносителя, м/с;     

L – длина трубопровода, м.

 

Потери давления в местных сопротивления  ΔР_м определяют по формуле

                                     ,            (4)                                                          где ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

 

      Потери давления в местных  сопротивлениях определи из выражения

 

                                      

,                                                                                       (5)                                                                                                                                     

где L_э – эквивалентная длина местных сопротивлений

 

                                                  L_э =  Σξ

.                                                   (6)                                                       

  Перед  выполнением гидравлического расчета разрабатывают расчетную схему тепловых сетей. На ней проставляют номера участков (сначала  по главной магистрали, а потом по ответвлениям), расходы теплоносителя (кг/с или т/ч), длины участков в метрах.

Главной магистралью является наиболее протяженная  и нагруженная ветвь сети от источника  теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя. При известном  располагаемом  давлении ΔР_р для всей сети, а также для ответвлений предварительно определяют ориентировочные средние удельные потери давления  R_m, Па/м:

                                                     R_m= .                    (7)                                                                                                                         

где ΣL – суммарная протяженность расчетной ветви (ответвления), на потери давления в которой используется величина ΔР_р;

а – коэффициент, учитывающий долю потерь давления в  местных сопротивлениях.

 

      Гидравлический расчет  выполняют по таблицам и номограммам.  Сначала выполняют расчет главной  магистрали. По известным расходам, ориентируясь на рекомендованные  величины удельных потерь давления  R, определяют диаметры трубопроводов d_н *S,  фактические удельные потери давления R, Па/м, а также скорость движения теплоносителя w, м/с. Условный проход труб независимо от расчетного расхода теплоносителя должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм. Скорость движения воды не должна быть более 3,5 м/с. Определив диаметры трубопроводов, находят количество компенсаторов на участках и другие виды местных сопротивлений. Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле (5), либо по формуле (6). Затем определяют полные потери давления на участках главной магистрали и суммарные по всей ее длине. Далее выполняют гидравлический расчет ответвлений, увязывая потери давления в них с соответствующими частями главной магистрали (от точки деления потоков до концевых потребителей). Увязку потерь давления следует выполнять подбором диаметров трубопроводов ответвлений. Невязка не должна быть более 10%. Если такая увязка невозможна, то излишний напор на ответвлениях должен быть погашен соплами элеваторов, дроссельными диафрагмами и авторегуляторами потребителей.

      Таблицы и номограммы гидравлического расчета, приведенные в (7,8,9) составлены для эквивалентной шероховатости труб К_э = 0,5 мм (рисунок 4).

       Определение диаметров трубопроводов производится при суммарных зимних расчётных часовых расходах теплоносителя. Независимо от результатов расчёта наименьшие диаметры труб принимают: для распределительных сетей 40мм и для ответвлений к отдельным зданиям 25мм.

     

 

 

 

Коэффициент шероховатости стенок трубопровода и удельный вес теплоносителя  приняты соответственно: .

 

Рисунок 4. Номограмма для гидравлического  расчёта трубопроводов водяных  тепловых сетей

 

 

Для выбранных  диаметров трубопроводов водяных  тепловых сетей в случае необходимости  определяют потери давления при расходах воды, отличающихся от расчётных: летних, при максимальном отборе на горячее  водоснабжение в двухтрубных  сетях при открытой системе и  др. Результаты расчётов учитывают  при выборе характеристик сетевых  и подкачивающих насосов и  при разработке гидравлических режимов. При определении диаметров паропроводов удельные потери давления на трение вычисляют  исходя из принятого перепада давлений пара, учитывающего его начальные  параметры у источника тепла  и заданные – у потребителя. В  паропроводах определяется также падение  температуры пара, что имеет важное значение при заданной конечной температуре  пара у потребителя. При выборе диаметров  сборных конденсаторопроводов удельные потери давления определяют на основе перепада давлений между конденсатоотводчиком и сборным баком конденсата с учётом возможности образования пароводяной

   

       2.2.  Расчет пропускной способности трубопроводов водяных, паровых и конденсационных тепловых сетей        

      

      Потеря давления на участке  трубопровода определяется выражением

 

                                ΔH= Δ ,                   (8)

                               

где Δ - потеря давления на трение в кгс/;

 - потеря давления в местных сопротивлениях в кгс/;

Δh – удельная потеря давления на трение в кгс/;

 – приведённая длина  трубопровода в м.

 

Потеря давления на трение вычисляется по формуле

 

                                       Δ, кгс/,                                              (9)

 

где  l – длина участка трубопровода, по плану, в м.

 

       Потерю давления в местных  сопротивлениях  

 

                                           кгс/               (10)                         

где - эквивалентная длина местных сопротивлений в м;

υ – скорость теплоносителя в м/с;

-9,8 м/ - ускорение свободного падения;

- средний удельный вес теплоносителя на рассчитываемом участке трубопровода в кгс/;

 – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; - значения коэффициентов для каждого вида местных сопротивлений.

         Удельную потерю давления на  трение 

                             Δh= λ= 0.00638λ, кгс/                                   (11)

 

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления трения;

G – расчётный расход теплоносителя на рассчитываемом участке в т/ч;

- внутренний диаметр  трубы в м.

 

        Приведённую длину трубопровода  определяют по формуле

 

                                              = + м.                                                      (12)

 

       Эквивалентную длину местных  сопротивлений определяют выражением

                                          = м.                                                        (13)

 

      Сварные стыковые швы труб  при подсчёте эквивалентной длины  местных сопротивлений не учитываются.  При  гидравлических расчетах  тепловых сетей внутренний диаметр  (м), пропускную способность трубопровода (т/ч), а также скорость теплоносителя  (м/с) определяются выражениями

                                          = ;                                             (14)

                                         G = 12,5;                                                  (15)  

                                         υ= 0,354.                                                      (16)

 

     В  таблице 4 пропускная способность  в Гкал/ч дана для чисто отопительной  нагрузки.  При турбулентном режиме движения теплоносителя коэффициент гидравлического сопротивления трения λ для стальных труб определяют по формулам: для турбулентного движения в области квадратичного закона  при Re≥ по формуле Прандтля-Никурадзе

                                          λ = .                                            (17)

 

где: - эквивалентная шероховатость трубы в м;

Re – число Рейнольдса; - предельное значение числа Рейнольдса. 

 

  Для  турбулентного движения в переходной  области, при Re<, коэффициент гидравлического сопротивления при трении  определяется полуэмпирическим выражением  Кольбрука- Уайта

                                             λ = .                                 (18)

 

     Предельное значение числа Рейнольдса, характеризующее границу переходной области и области квадратичного закона есть

                                                        =560 .                                         (19)

График  для определения коэффициента сопротивления  трения в области квадратичного  закона, при

                                                    Re<.

 

      При отсутствии данных о характере  и количестве местных сопротивлений  на трубопроводе эквивалентную  длину местных сопротивлений  можно определять приближенно  по формуле

 

                                                        =α,                                                     (20)

 

где α – коэффициент, учитывающий долю падения давления в местных сопротивлениях по отношению к падению давления на трение.

 

Таблица 3 - Пропускная способность (в т/ч)  паропроводов с П-образными компенсаторами при потере давления порядка 1 ат/км с учетом местных сопротивлений (k_э = 0,2 мм).

 

Условный проход труб D y , в мм	Параметры пара:  Рраб, в кгс/см ; t, в 0С; ,в кгс/м3
	Рраб=8 t =250 =3,35	Рраб=13 t =300 =4,98	Рраб=16 t =325 =5,85	Рраб=21 t =350 =7,18	Рраб=36 t =425 =11,79
25 32 40 50 70 80 100 125	0.035 0.06 0.1 0.2 0.45 0.73 1.2 2.2	0.045 0.08 0.13 0.24 0.55 0.9 1.5 2.7	0.05 0.085 0.14 0.26 0.6 0.95 1.6 2.9	0.055 0.095 0.16 0.29 0.67 1.1 1.7 3.2	0.07 0.12 0.2 0.37 0.85 1.3 2.3 4.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число Рейнольдса, как безразмерный критериальный параметр, характеризующий режим течения жидкости, определяется геометрическими параметрами трубопровода (характерным размером трубы (м)), молекулярными свойствами жидкости (коэффициент динамической вязкости, плотность теплоносителя) и скоростью течения жидкости по трубе

                                                   ,                                              (21)

где       коэффициент кинематической вязкости , определяемый коэффициентом динамической вязкости . 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5

Значение  числа Рейнольдса  можно определить по номограммам, изображенным на рисунках 6,7.  Предельным значениям числа Рейнольдса соответствуют предельные значения скоростей теплоносителей и предельных расходов , которые определяют по формулам:

                                                  =560,                                                  (22)

                                        = 560* = 15500μ , т/ч                 (23)

 

Отношение эквивалентной шероховатости к  внутреннему диаметру трубы  называется относительной эквивалентной шероховатостью.

    

      Таблица 4 - коэффициент α для определения суммарных эквивалентных длин местных сопротивлений

 

Типы компенсаторов	Условный проход труб D y в мм	Знач.коэффициента а
		Для паропроводов	Для водяных тепловых сетей и конденсато-роводов
Сальниковые П-образные с гнутыми отводами П-образные со сварными отводами     Сальниковые П-образные с гнутыми отводами П-образные со сварными отводами	Транзитные магистрали
	До 1000 300 200-350 400-500 600-1000	0,2 0,5 0,7 0,9 1,2	0,2 0,3 0,5 0,7 1
	Разветвленные тепловые сети
	До 400 450-1000 До 150 175-200 250-300 175-250 300-350 400-500 600-1000	0,4 0,5 0,5 0,6 0,8 0,8 1 1 1,2	0,3 0,4 0,3 0,4 0,6 0,6 0,8 0,9 1