Тепловые электростанции промышленных предприятий
ВОПРОС 1. Структура электрического и теплового потребления Красноярского края (г. Красноярска).
Для Красноярского края энергетическая отрасль является стержнем социально-экономического развития региона. В Сибири добывается 62% общероссийских запасов угля, производится 27% электроэнергии страны. Красноярский край — важная часть богатейшего топливно-энергетического региона России. На долю края приходится 13,4% сибирского угля, на электростанциях края вырабатывается 1/4 объема электроэнергии. По объему производства электроэнергии — 46,3 млрд кВт/час — Красноярский край занимает второе место в России, а по запасам гидроэнергетических ресурсов — около 300 млрд кВт/час — первое. Суммарная мощность красноярской энергосистемы — 11,5 тыс. МВт. Неудивительно, что энергетика — базовая составляющая экономики края. А потому в выработке и реализации энергетической политики Красноярского края заинтересованы и региональные власти, и промышленные предприятия, и население.
Структура электрического и теплового потребления – это долевое распределение суммарного электрического и теплового потребления по типам потребителей.
Основной поставщик электрической и тепловой энергии в Красноярском крае ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)».
Производство и потребление электрической энергии
Производственные показатели за 4 квартал 2010 г.
За 4 квартал 2010 г. производственные филиалы ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» выработали 3 775,062 млн. кВтч электрической энергии.
Объем отпуска в сеть электроэнергии составил 3 283,613 млн. кВтч, объем реализации – 3 737, 389 млн. кВтч на сумму 2 675, 51 млн. руб.
Производственные показатели за 3 квартал 2010 г.
За 3 квартал 2010 г. производственные филиалы ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» выработали 1 915,985 млн. кВтч электрической энергии.
Объем отпуска в сеть электроэнергии составил 1 745,478 млн. кВтч, объем реализации – 1 942,393 млн. кВтч на сумму 1 759,82 млн. руб.
Производственные показатели за 2 квартал 2010 г.
За 2 квартал 2010 г. производственные филиалы ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» выработали 2 555,728 млн. кВтч электрической энергии.
Объем отпуска в сеть электроэнергии составил 2 206,839 млн. кВтч, объем реализации – 2 418,459 млн. кВтч на сумму 1 860,63 млн. руб.
Производственные показатели за 1 квартал 2010 г.
За 1 квартал 2010 г. производственные филиалы ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» выработали 4 271,785 млн. кВтч электрической энергии.
Объем отпуска в сеть электроэнергии составил 3 721,090 млн. кВтч, объем реализации – 3 887,985 млн. кВтч на сумму 2 553,79 млн. руб.
Производство и потребление тепловой энергии
Показатели производства теплоэнергии
Выработка тепловой энергии по ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» 2010 год составила 14 987 тыс. Гкал. Полезный отпуск тепловой энергии за 2010 год - 13 682 тыс. Гкал. Объём реализации за отпущенную тепловую энергию составил 10 906 млн. руб.
Объемы выработки тепловой энергии (2007 – 2010 гг.), тыс. Гкал.
.
ВОПРОС 2 .Определение табличной мощности электродвигателя и расходуемой мощности электродвигателя питательного насоса.
Существует два варианта приводов питательных насосов: 1)электрический;
2)турбинный.
Электрический привод питательных насосов
Достоинства:
1)простота конструкции (синхронный или асинхронный);
2)надёжность
Недостатки:
1)ограничена единичная мощность двигателя до 9 МВт;
2)ограниченные возможности по регулировке расхода питательной воды.
Для определения мощности
электродвигателя необходимо знать
паропроизводительность котельного агрегата
и напор создаваемый
Определение напора, создаваемого питательными насосами
1) Для барабанных котельных агрегатов
Рб - рабочее давление в паровом котле;
Рд- давление в деаэраторе;
- высота подъёма воды из деаэратора в барабан парового котла;
- средняя плотность питательной воды;
- суммарное гидравлическое
2) Для прямоточных котельных агрегатов
Определение мощности электродвигателя питательного насоса.
Расчетная подача питательного насоса
, м3/с
где – паропроизводительность котельного агрегата
– коэффициент запаса по производительности котельного агрегата
ρ – плотность воды, кг/м3; – удельный объём среды , /кг
Мощность электродвигателя питательного насоса, КВт:
= =861,25 КВт
где –КПД питательного насоса;
– напор питательного насоса ,МПа.
ВОПРОС 3. Технологическая схема топливоподачи мощной ТЭЦ, работающей на твердом топливе
Технологическая схема паротурбинной ТЭС
Схема ТЭС на угле: 1 — градирня; 2 — циркуляционный насос; 3 — линия электропередачи; 4 — повышающий трансформатор; 5 — турбогенератор; 6 — цилиндр низкого давления паровой турбины; 7 — конденсатный насос; 8 — поверхностный конденсатор; 9 — цилиндр среднего давления паровой турбины; 10 — стопорный клапан; 11 — цилиндр высокого давления паровой турбины; 12 — деаэратор; 13 — регенеративный подогреватель; 14 — транспортёр топливоподачи; 15 — бункер угля; 16 — мельница угля; 17 — барабан котла; 18 — система шлакоудаления; 19 — пароперегреватель; 20 — дутьевой вентилятор; 21 — промежуточный пароперегреватель; 22 — воздухозаборник; 23 — экономайзер; 24 — регенеративный воздухоподогреватель; 25 — фильтр; 26 — дымосос; 27 — дымовая труба.
Схема топливного хозяйства ТЭС предопределяется последовательностью технологических операций с топливом, предшествующих его поступлению в пылеприготовительную установку. Компоновка объектов топливного хозяйства зависит от характеристик топлива, вида используемых механизмов и машин, мощности станции. Для повышения надежности эксплуатации, простоты управления и сокращения объемов пусковых комплексов топливное хозяйство ТЭС мощностью 4000 МВт и более разделяют на две самостоятельные части, предусматривается автономная подача топлива на несколько блоков по идентичным схемам.
Типовая технологическая
схема топливоподачи ТЭС
60—125 т.
Для электростанции
на фрезерном торфе тип
Рис. 1. Схема топливоподачи пылеугольной ТЭС:
1 — размораживающее устройство; 2 — электротележка-толкатель; 3 — разгрузочное устройство;
4 —
конвейеры от разгрузочного
7 — дробильный корпус; 8 — конвейеры в главный корпус; 9 — главный корпус; 10 — конвейер на склад;
11 —
конвейер со склада; 12 — загрузочный
бункер; 13 — узел пересыпки; 14 —
конвейер в узел пересыпки; 15—
роторная погрузочная машина-
Приемные бункера
вагоноопрокидывателей
От каждого вагоноопрокидывателя отходит один ленточный конвейер с производительностью, равной производительности вагоноопрокидывателя. Нумерация конвейеров топливного хозяйства ведется по ходу топлива от разгрузочного устройства в главный корпус, на склад и со склада. Параллельным конвейерам одинакового порядкового номера присваивают буквенные индексы «а», «б».
Топливо в котельную подается двухниточной системой ленточных конвейеров, рассчитанных на трехсменную работу. Обычно одна из ниток работает, а вторая находится в резерве. Однако могут одновременно работать обе нитки системы. Такая необходимость может быть вызвана ухудшением качества и увеличением нестабильности качественных характеристик топлива, а также недостаточной надежностью некоторых узлов топливоподачи.
В узле пересыпки № 1 топливо с конвейеров № 1 с помощью распределителей, в качестве которых обычно используются перекидные шиберы, направляется на одну из ниток конвейера № 2, которым транспортируется в дробильный корпус. Здесь топливо либо поступает в молотковые дробилки, либо сбрасывается плужковыми сбрасывателями на конвейер подачи топлива на склад. Молотковые дробилки измельчают топливо до размера 25 мм. При работе на торфе и другом мелком топливе (0—25 мм) топливо может подаваться, минуя дробилки. Перед молотковыми дробилками для отсева мелких фракций устанавливается грохот или стационарная колосниковая решетка. Производительность всех установленных дробилок тонкого дробления должна быть не меньше производительности всех ниток топливоподачи в котельное отделение. Каждая нитка конвейера № 2 работает со своей парой дробилок, причем в работе могут находиться одна из дробилок данной пары либо обе дробилки одновременно.
Перед молотковыми
дробилками устанавливают подвесной
саморазгружающийся электромагнитный
металлоискатель и
Конвейерами № 3 топливо подается в башню пересыпки бункерной галереи главного корпуса. На этих конвейерах установлены ленточные весы для текущего учета топлива, израсходованного за сутки.
На топливоподающем тракте после дробилок в узле пересыпки располагаются механические пробоотборные устройства, с помощью которых отбирают топливо при сбросе его с конвейеров и приготовляют усредненные пробы топлива для физико-химических анализов.
На конвейерах № 4 в бункерной галерее на каждый бункер сырого угля установлены два двусторонних плужковых сбрасывателя. На резервный склад уголь подается конвейером и роторной погрузочной машиной - штабелером (РПМ). Послойная укатка угля на складе производится бульдозерами. Топливо со склада выдается в узел пересыпки конвейером непосредственно от РПМ.
Вместимость складов угля и сланцев принимается, как правило, равной 30-суточному расходу топлива. При небольших расстояниях между ТЭС и местом добычи топлива (41—100 км) вместимость склада может быть уменьшена до 15-суточного расхода, а при расстояниях до 40 км — до 7-суточного расхода.
Система и уровень механизации угольных складов определяются на базе технико-экономического обоснования и должны обеспечивать выполнение складских работ и ремонт механизмов с минимальной численностью персонала. На угольных складах должны применяться механизмы непрерывного действия (роторные погрузчики, штабелеукладчики), мощные бульдозеры.
Задача №1. Для конденсационного энергетического блока по данным, приведенным в табл.1 определить:
- Термический КПД энергоблока ηt;
- КПД транспорта теплоты по трубопроводам ηтр;
- Внутренний относительный КПД турбины ηoi;
- Внутренний абсолютный КПД турбины ηi;
- Относительный электрический КПД турбоустановки ηоэ;
- Абсолютный электрический КПД энергоблока ηэ;
- КПД энергоблока ηс;
- Удельный расход теплоты на турбоустановку qту;
- Удельный расход теплоты энергоблоком qc;
- Удельный расход условного топлива bу.
Решение
Электрическая мощность блока,Nэ, МВт |
210 | |
Параметры пара за котлом: -давление Pпе, МПа -температура t пе,°С |
14 545 | |
Параметры пара перед турбиной: -давление P0, МПа -температура t0,°С |
13 535 | |
Расход свежего пара, D0, т/ч |
565 | |
Промежуточный перегрев пара (расход в % от свежего) α пп =Dпп/D0, % |
88 | |
Параметры до промперегрева: -давление P´пп, МПа -температура t´пп, °С |
2,4 346 | |
Параметры после промперегрева: -давление P´´пп, МПа -температура t´´пп,°С |
2,1 545 | |
Параметры отработавшего пара: -давление Pк ,кПа -энтальпия hk, кДж/кг |
4.0 2450 | |
Температура питательной воды: -за последним подогревателем высокого давления t´пв,°С -перед котлом tпв,°С |
232 230 | |
Потери рабочей среды в цикле (в % от расхода пара на турбину), βп*100% |
2.5 | |
КПД котлоагрегата, нетто, η нка ,% |
87 | |
Электромеханический КПД турбогенераторной установки, ηэм,% |
96 | |
Доля собственных нужд энергоблока |
4 | |
Термический КПД ηt для цикла с промежуточным перегревом пара определяется по формуле:
где НаЦВД = h0 – h'пп,t - адиабатический теплоперепад в ЦВД, кДж/кг;
НаЦВД =3432-2970=461
НаЦНД = h"пп - hk,t - адиабатический теплоперепад в ЦНД, кДж/кг;
НаЦНД =3566-2260=1306
αпп = Dпп /D0 - доля расхода пара поступающего на промежуточный перегрев;
αпп =88%
qпв = hо – hпв - удельное количество теплоты, подведенное в котле, кДж/кг;
qпв =3447-990=2457
qпп, t = αпп (h"пп – hпп,t)- удельное теоретическое количество теплоты, подведенной к пару в промежуточном пароперегревателе, кДж/кг.
qпп, t =0.88(3566-3120)=392,48
Принимаем внутренний относительный КПД для ЧВД и ЧНД ;
% ; %
Внутренний относительный КПД турбины, о.е.:
где = h0 -h'пп,д - действительный теплоперепад в ЦВД, кДж/кг;
= h´´пп - hk,д - действительный теплоперепад в ЦНД, кДж/кг.
КПД транспорта теплоты по трубопроводам, о.е.:
где Qту =D0•103• [(ho- h'пп)+αпп• (h´´пп - hk)+(hk-h'пв)] - расход тепла на турбоустановку, кДж/ч;
Qту =565 •103•[(3447-3120)+0.88 • (3566-2450)+(2450-990)]
Qту =1,466•109
Qка =Do •103 [(1 + βп) • ( hпе -hпв)+αпп• (h´´пп – h'пп)] - тепловая нагрузка котлоагрегата, кДж/ч.
Qка =565
Qка =1,645•109
Энтальпия hпе определяется по параметрам пара за котлом (в выходном коллекторе пароперегревателя), hпв- по параметрам воды перед котлом, a h'nв - по параметрам воды за последним регенеративным подогревателем.
Расчет КПД ηi, ηоэ , ηэ и , ηс выполняется по формулам:
ηi = ηoi · ηt
ηi =0.72 0.57= 0.41%
ηоэ = ηoi · ηэм
ηоэ =0.72 ·0.96=0.69 %
ηэ = ηoэ · ηt
ηэ =0.69 ·0.57 =0.39%
ηc = ηка · ηтр· ηt · ηoi · ηэм
ηc
=0.87·0.89·0.57·0.72·0.96=0.
Удельный расход теплоты на турбоустановку, кДж/(кВт ч):
а удельный расход теплоты на станции, кДж/(кВт·ч):
.
Удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии, кг.у.т./ (кВт·ч):
Задача №2. По данным, приведенным в табл. 2.3., определить экономию топлива при комбинированной выработке на ТЭЦ электроэнергии и тепла по сравнению с раздельной выработкой тех же количеств электрической энергии (на КЭС) и тепловой энергии (в котельной).
Установленную мощность ТЭЦ принять состоящей из четырех однотипных турбогенераторов, указанных в табл. 2. Мощность котельной принять равной суммарному отпуску тепла внешним тепловым потребителям на ТЭЦ, а выработку электроэнергии на КЭС - равной суммарной выработке электроэнергии на ТЭЦ. Экономичность выработки электроэнергии на КЭС принять по результатам расчетов показателей конденсационного энергоблока. Значения, ηoi, ηтр, ηэм, необходимые в расчетах, принять равными величинам, заданным и полученным при расчете конденсационного энергоблока.
Необходимые для расчета дополнительные величины принять по данным учебных пособий или справочной литературе.
Номинальная мощность турбины, Nэ, МВт |
25 |
Параметры пара перед турбиной: -давление P0, МПа -температура t0, °С |
9 535 |
Конечное давление пара, рк, кПа |
3,5 |
Теплофикационный отбор: -давление Pотб, МПа -температура tотб, °С -расход Dотб,т/ч |
0.12 104 90 |
Удельный расход пара при номинальной нагрузке и конденсационном режиме, dк, |
3.7 |
Число часов использования электрической мощности, Тэ, ч/год |
6000 |
Число часов максимального потребления теплоты, Тт, ч/год |
1200 |
КПД котельного агрегата, ηка, % |
90 |
Расход топлива при комбинированной выработке электроэнергии и тепла на ТЭЦ удобно определить по методу разделения расхода топлива для выработки электроэнергии и расхода для выработки отпускаемого тепла.
Количество электроэнергии, вырабатываемой на тепловом потреблении на ТЭЦ, кВт·ч/год:
Эт = э ·Qт ,
где Qт - годовой отпуск тепла внешним потребителям, кДж/год;
- удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении, кВт ч/кДж; Нi = h0 - hотб - действительный теплоперепад от начального состояния до давления в отборе, кДж/кг; hотб - энтальпия пара в регулируемом отборе турбины, кДж/кг; h ‘отб - энтальпия конденсата греющего пара сетевых подогревателей (конденсата пара отбора), кДж/кг.
Нi =3474-2683=791
Годовой отпуск тепла внешним потребителям, кДж/год:
Qт=Dотб·10 3·TT· n·(hотб- h ‘отб),
Qт=90·10 3·1200·4(2677-423)=9,73·1011
где n=4 - количество турбогенераторов на ТЭЦ.
Эт
=9.4
Расход условного топлива на выработку электроэнергии на тепловом потреблении, т.у.т./год:
Расход условного топлива на выработку тепловой энергии при комбинированной выработке электроэнергии и тепла на ТЭЦ, т.у.т./год:
где Qрн.y. =29310 - теплотворная способность условного топлива, кДж/кг.
Выработка электроэнергии по конденсационному циклу на ТЭЦ, кВт-ч/год:
Э ктэц=Эгод - Эт,
где Эгод = Nэ·103·n·Тэ - суммарная годовая выработка электроэнергии.
Эгод = 25000
Э ктэц=6
Расход условного топлива на выработку электроэнергии по конденсационному циклу на ТЭЦ, т.у.т./год:
где dк - удельный расход пара при конденсационном режиме турбины, кг/кВтч;
hпв - 1200 кДж/кг - энтальпия питательной воды (принимаем).
Полный расход условного топлива на ТЭЦ, т.у.т./год:
Втэц =Вэ.т.п.тэц+Вттэц +Вктэц.
Втэц =1,46·104 +4,14·104 +1,82·105 =2,38·105
Расход условного топлива при
раздельной выработке электроэн
Расход условного топлива на выработку электроэнергии на КЭС, т.у.т./год:
Расход условного топлива на выработку тепла в котельной, т.у.т./год:
Полный расход
условного топлива при
Вразд = ВКЭС + Вкот.
Вразд = 2,41·105 +4,14·104 =2,82·105
Экономия условного топлива при комбинированной выработке электроэнергии и тепла на ТЭЦ по сравнению с раздельной выработкой, т.у.т./год:
ΔВ=Вразд-Втэц.
ΔВ=2,82·105- 2,38·105=4,44·104
Задача №3. В топке котельного агрегата паропроизводительностью D (кг/с) сжигается уголь с низшей теплотой сгорания Qрн = 15700 кДж/кг. Определить экономию топлива в процентах, получаемую за счет предварительного подогрева конденсата в регенеративных подогревателях, если известны температура топлива на входе в топку tт=20°C, удельная теплоемкость топлива cт=2,1 (кДж/кг), КПД котлоагрегата брка (%), давление перегретого пара рпп (МПа), температура перегретого пара tпп (оС), температура конденсата tк=32оC, температура питательной воды после регенеративных подогревателей tпв (оС) и величина непрерывной продувки р=3%. Давление в барабане котла принять на 40 % больше, чем давление перегретого пара.
Паропроизводительность котельного агрегата D, кг/с |
5,6 |
КПД котельного агрегата (брутто) брка, % |
91,5 |
Давление перегретого пара рпп, МПа |
4 |
Температура перегретого пара tпп, оС |
430 |
Температура питательной воды tпв, оС |
130 |
Физическую теплоту топлива определяем по формуле, кДж/кг:
Располагаемую теплоту находим по формуле, кДж/кг:
Расход топлива без регенеративного подогрева питательной воды, кг/с:
Расход топлива с регенеративным подогревом, кг/с:
Экономия топлива, %:
Задача №4. . Построить процесс расширения пара в турбине на hs диаграмме и рассчитать удельный расход теплоты и условного топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии теплофикационной турбиной соответственно в конденсационном и теплофикационном режимах работы. Определить для теплофикационной установки удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении и экономию условного топлива на выработку 1 кВт·ч по сравнению с конденсационном режимом, при использовании теплофикационных отборов в течение 3000, 4000, 5000 и 6000 часов при общей продолжительности работы турбоустановки 7000 часов в год. Численные значения исходных данных выбираются из табл. 1.
Давление пара на входе в турбину Ро, МПа |
3 |
Температура пара на входе в турбину to, оС |
435 |
Давление пара в отборе Ротб, МПа |
1,1 |
Температура питательной воды tпв, оС |
145 |
Давление в конденсаторе турбины Рк, кПа |
5,0 |
принять: эм = 0,97 %. oi = 0,85 %. брка = 0,88 %. тр = 0,96 %.
По заданным параметрам, пользуясь hs диаграммой [прил.3]или таблицами воды и водяного пара, найти энтальпии hо, hотб. ад, hотб, hпв, hк.ад, hк, h/вк.
Определяем количество теплоты, отпускаемого потребителям из отбора с одним килограммом пара , кДж/кг: