Тепловая электроцентраль

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Иркутская Государственная  Сельскохозяйственная Академия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание № 27-11

 

курсовая работа

 

 

 

 

 

                                                                     Выполнил: студент 3 курса,2 группы

                                                                     Энергетического ф-та

                                                                     Спец.140211.65

                                                                     Толмачев В.Н.

                                                                     Проверил: Лукина Г.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2012

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3

ПРОМЫШЛЕННО-ОТОПИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ (ТЭЦ)………………………....................................................................................4

1.1.       Тепловые нагрузки потребителей.

      1. Производственно-технологические потребители (пар)…5
      2. Коммунально-бытовые и производственные потребители (горячая вода)……………………………………………………8

1.1.3.  Средние тепловые нагрузки…………………………………9

1.1.4.  Годовой расход теплоты……………………………………10

1.1.5.  Отпуск теплоты по сетевой  воде………………………......11

1.1.6.  График нагрузки по продолжительности ……………...…18

1.1.7. Расчет тепловых потерь……………………………………..20

    1. Выбор основного оборудования ТЭЦ.

                    1.2.1  Выбор паровых турбин……………………………………...22                                                                                 

      1.2.2  Выбор паровых котлов  и  РОУ……………………………..24

           

             ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..31     

  ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………32

            ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………….33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

         В данной курсовой работе  производится расчет технологических нагрузок теплотехнической  установки для энергоснабжения производственно-технологических потребителей(пар и горячая вода) и коммунально-бытовых потребителей(горячая вода) , и на основании полученных данных производится выбор оборудования источника теплоснабжения для района города Мурманска. Основным источником теплоснабжения района служит теплоэлектроцентраль - ТЭЦ. Предполагается, что к началу проектирования и строительства теплотехнической  установки ТЭЦ должна быть введена в эксплуатацию.

        Целью данной курсовой работы  является практическое применение  полученных знаний при выполнении  расчетных работ с использованием  утверждённых методик, соответствующих  нормативным документам и методам  проектирования теплоэнергетических  систем.

 

Для достижения цели, решим следующие задачи:

  • Рассчитать тепловые нагрузки потребителей;
  • Произвести расчет технологической нагрузки;
  • Рассмотреть отпуск теплоты по месяцам и построить график среднемесячных нагрузок, на основании полученных расчетов;
  • Произвести расчет потребителей сетевой воды;
  • Рассмотреть коммунально-бытовые и санитарно технические потребители;
  • Подсчитать суммарное теплопотребление по сетевой воде;
  • Построить график нагрузок и составить таблицу, подсчитав площадь по построенному графику;
  • Выбрать основное оборудование ТЭЦ, а именно паровые турбины и паровые и пиковые водогрейные котлы.

 

 

 

 

 

 

1.  ПРОМЫШЛЕННО-ОТОПИТЕЛЬНАЯ                       ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ (ТЭЦ)

 

 

         Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

         ТЭЦ конструктивно устроена как конденсационная электростанция (КЭС). Главное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после того, как он выработает электрическую энергию. В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара. Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки:

  • тепловому — электрическая нагрузка жёстко зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет)
  • электрическому — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует (приоритет — электрическая нагрузка).

          Совмещение  функций генерации тепла и  электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении. Это повышает расчетный КПД в целом (80 % у ТЭЦ и 30 % у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ.

         При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.

        

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 ТЕПЛОВЫЕ  НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

 

1.1.1 Производственно-технологические  потребители (пар)

 

 

А) Расчетная технологическая нагрузка с  учетом потерь в тепловых сетях; кВт (МВт) и Гдж/ч

 

                                                                      (1)                             

где - энтальпии технологического пара, обратного конденсата и холодной воды зимой (температура и давление холодной воды зимой соответственно 5 °С и 0,4 МПа), кДж/кг;

= 95 кг/с – расчетный отпуск пара на технологические нужды;

- доля тепловых потерь в  паровых сетях (принимается в  пределах от 0,04 до 0,6). Примем равной 0,2;

=0,85 -коэффициент перевода обратного конденсата и воды.

  кДж/кг

кДж/кг

 кДж/кг, по данным давления и температуры технологического пара.

 МВт                            

 

 

Б) Годовой отпуск теплоты технологическим  потребителям, млн.ГДж                                                                (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                               

Где кДж/кг

= 282 МВт - расчетная технологическая нагрузка с учетом потерь в тепловых сетях

    млн.ГДж

 

В) Годовой график технологических  нагрузок; строится в виде ступенчатой линии или столбчатой диаграммы, а высота каждой ступеньки или столбца соответствует средней нагрузке за рассматриваемый месяц i, определяемой по формуле

                                                          (3)

где - относительная величина средней технологической нагрузки месяца i; 

- сумма относительных величин  средних технологических нагрузок  по месяцам за год . (Приложение В, табл.2).

 

Таблица 1.1 -  Значения среднемесячных относительных  нагрузок.

Месяцы

Коэффициент  использования по месяцам 

Относительная величина средней технологической  нагрузки за месяц млн.ГДж

Абсолютная величина средней технологической  нагрузки за месяц  млн.ГДж

Январь

1

2,9

0,3

Февраль

0,95

2,755

0,29

Март

0,89

2,581

0,27

Апрель

0,76

2,204

0,23

Май

0,67

1,943

0,20

Июнь

0,61

1,769

0,187

Июль

0,59

1,711

0,181

Август

0,61

1,769

0,18

Сентябрь

0,67

1,943

0,20

Октябрь

0,78

2,262

0,23

Ноябрь

0,89

2,581

0,27

Декабрь

0,96

2,784

0,29

 

 млн.ГДж

  

 

 

 

 

 

Среднемесячные  нагрузки производственно-технологических  потребителей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      1. Коммунально-бытовые и производственные потребители (горячая вода)
A)Расчетная нагрузка отопления, Вт (МВт) и ГДж/ч

   (4)

      где  =91- укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади , Вт/м2; (Приложение С, табл.3)

      – общая площадь жилых зданий, м2 ;

       A=205000=3690000 
 – норма общей площади в жилых зданиях на 1 чел (может приниматься равной 18 м2/чел.) ,

      ;

      m=205000чел.

     = 0,25 -  коэффициент, учитывающий долю теплового потока на отопление общественных зданий.

 

  МВт

 

Б) Расчетная нагрузка вентиляции, Вт (МВт) и ГДж/ч

      (5)

        где  - коэффициент, учитывающий долю теплового потока на вентиляцию  зданий ( = 0,6 – для зданий постройки после 1985 г.)

– укрупненный показатель максимального  теплового потока на вентиляцию зданий на 1 м2 общей площади , Вт/м2

 

 мВт

      

В) Расчетная нагрузка горячего водоснабжения, Вт (МВт) и ГДж/ч

       (6)

       где  – укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на 1 чел., Вт/чел. (Приложение D, табл. 4)

 

     Вт/чел.

 

      МВт

 

Г) Расчетная нагрузка коммунально-бытовых  потребителей, Вт (МВт) и ГДж/ч

      (7)

  МВт

 

 

1.1.3  Средние тепловые нагрузки

 

 

А)Средняя нагрузка отопления, Вт (МВт) и ГДж/ч

     (8)

      где  - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий  

           ( =16 - для жилых и общественных зданий)

      -  расчетная для отопления и средняя за отопительный период температуры наружного воздуха. (Приложение E, табл. 5)

     

       

        МВт

 

Б)Средняя нагрузка вентиляции, Вт (МВт)

     (9)

МВт

 

В)Средняя за отопительный период нагрузка горячего водоснабжения, Вт (МВт) и ГДж/ч

      (10)

  МВт

 

Г)Средняя за неотопительный период нагрузка горячего водоснабжения, Вт (МВт) и ГДж/ч

    (11)

        где  =5 Со и =15 Со - соответственно температуры холодной (водопроводной) воды в отопительный и неотопительный период;

     - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному = 0,8 – для жилых и общественных зданий; =1,5 – для курортных и южных городов; =1 – для промышленных предприятий).

        =43,52 МВт

 

5.Средняя за отопительный  период нагрузка коммунально-бытовых  потребителей

     (12)

 МВт

1.1.4  Годовой расход теплоты

 

 

А)Годовой расход теплоты  на отопление, ГДж

      (13)

где - длительность отопительного периода (Приложение Е, табл.5)

 ч.

 ГДж

 

Б) Годовой расход теплоты  на вентиляцию, ГДж

      (14)

где z =16 ч – время работы за сутки систем вентиляции общественных зданий.

 

  ГДж

 

В) Годовой расход теплоты  на горячее водоснабжение, ГДж

        (15)

 

 

 

Г) Годовой расход теплоты  на коммунально-бытовые нужды, млн. ГДж

     (16)

 

  ГДж

 

1.1.5  Отпуск теплоты по сетевой  воде

 

 

Сантехническая  нагрузка промышленного предприятия  покрывается сетевой водой  и  суммируется с коммунально-бытовой  нагрузкой.

А)Расчетная сантехническая нагрузка, МВт и ГДж/ч

     (17)

где - расчетная нагрузка на отопления-вентиляции.

  - расчетная нагрузка на горячее водоснабжение промышленного предприятия.

 

  МВт

 

Б)Годовой расход теплоты  на сантехнические нужды промпредприятия, ГДж

                                                                                     (18)                      

 

Годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию  ГДж:

                                                                                   (19)                

 

 

Годовой расход теплоты на горячие водоснабжение, ГДж:

                                                            (20)     

 

                    

       

 ГДж = 0,726 млн. ГДж

  

 млн.  ГДж   

 

  

 

В) Расчетная нагрузка потребителей сетевой воды (без учета тепловых потерь в сетях), МВт

                                          (21)

где - расчетная сантехническая нагрузка, МВт;

-  нагрузка коммунально-бытовых потребителей, МВт.

 

         МВт.

 

Г) Расчетная нагрузка потребителей сетевой воды (с учетом тепловых потерь в сетях), МВт

                                                   (22)

 

где  - доля тепловых потерь в тепловых сетях (принимается в пределах от 0,04 до 0,06 при надземной прокладке и от 0,02 до 0,04 при подземной прокладке, если прокладываемые трубопроводы изолированы пенополиуретаном (ППУ) и имеют гидроизоляционную оболочку (ГО) из полиэтилена).

 Примем коэффициент .

 

  МВт     

 

Д)Годовой отпуск теплоты  по сетевой воде (без учета тепловых потерь в сетях), ГДж

                                                    (23)

 

где млн. ГДж - годовой расход теплоты на коммунально-бытовые нужды;

  млн. ГДж - годовой расход теплоты на сантехнические нужды промпредприятия

 

  млн. ГДж 

 

Е)Годовой отпуск теплоты  по сетевой воде (с учетом тепловых потерь в сетях), ГДж

                                                               (24)

 

  млн. ГДж

 

    Результаты расчета тепловых  нагрузок  сводим в таблицу  1.2

 

 

 

 

 

Таблица  1.2 – Тепловые нагрузки потребителей

Характеристика

Усл. Обозн.

Формула или источник

Расчёт

1

2

3

4

1. Потребители технологического пара

      

   1.1. Расчётная нагрузка, МВт

232,01

   1.2. Годовой отпуск теплоты, млн.ГДж

4,26

   1.3. То же как сумма среднемесячных  нагрузок

Значения среднемесячных относительных  нагрузок .

41,23

   1.4. Отпуск теплоты по месяцам,  млн.ГДж

      

           Январь

0,439

           Февраль

0,425

           Март

и т.п.

0,403

           Апрель

и т.п.

0,338

           Май

и т.п.

0,299

           Июнь

и т.п.

0,28

           Июль

и т.п.

0,276

           Август

и т.п.

0,287

           Сентябрь

и т.п.

0,31

           Октябрь

и т.п.

0,365

           Ноябрь

и т.п.

0,4

           Декабрь

и т.п.

0,423

2. Потребители сетевой воды

      

   2.1. Коммунально-бытовые

      

     2.1.1  Расчётная нагрузка, МВт

      

               Отопления

406,35

               Вентиляции

41,796

               ГВС

71,38

              Суммарная

519,526

    2.1.2. Средняя нагрузка, МВт

      

               Отопления

182,39

               Вентиляции

60,24

               ГВС зимняя

71,38

               ГВС летняя

57,104

    2.1.3. Годовой отпуск теплоты, млн.  ГДж

      

               На отопление

4,428

               На вентиляцию

0,975

               На ГВС

2,073

               Итого 

7,476

   2.2. Санитарно-технические

      

     2.2.1. Годовой отпуск теплоты, млн.  ГДж

      

               На отопление и вентиляцию

3,966

               На ГВС

0,726

               Итого 

4,692

   2.3. Суммарное теплопотребление по  сетевой воде

      

     2.3.1. Расчётная нагрузка, МВт

644,526

     2.3.2. То же с потерями в тепловых  сетях, МВт

  

 

670,31

     2.3.3. Годовой отпуск теплоты, млн.  ГДж

 

12,168

     2.3.4. То же с потерями в тепловых  сетях, млн. ГДж

  

12,655


 

 

 

 

1.1.6   График нагрузки по продолжительности

 

По результатам  расчета нагрузок потребителей сетевой  воды строится график тепловых нагрузок по продолжительности, который помещается в ПЗ в качестве  Рисунка 2.

 

Методика построения графика нагрузки по продолжительности

 

График  строится для:

   1) визуального анализа внутригодовой  (сезонной) неравномерности тепловой                     нагрузки;

  2)графического  суммирования годового потребления  тепла;

  3)определения  годовой продолжительности использования  расчетной      мощности  потребления и производства тепла  парогенераторами и его выдачи  из    теплофикационных отборов  турбин при разных значениях  коэффициента        теплофикации.

   4)Визуальной логической проверки  правильности расчетов.

На листе миллиметровки наносятся  оси координат с предварительным  выбором масштабов: на горизонтальной оси вправо - 8400 часов, влево от tНО до tН=180С; на вертикальной оси вверх от нуля до QР; вниз – от нуля до  продолжительности стояния tн≤+80С.

В левом верхнем квадранте  строится график Qо(tНО):

    1. на вертикальной оси откладывается QО при tНО и соединяется прямой линией с tН = tВ=160С;
    2. от точки tН = tНВ вверх откладывается расчетная мощность вентиляции, полученная точка соединяется с tН=160С слева, а вправо проводится горизонтальная линия – т.е. вентиляционная нагрузка (которая при tН < tВ остается постоянной, что обеспечивается сокращением кратности вентиляции);
    3. строится график суммарной нагрузки отопления и вентиляции на вертикальной оси к QО прибавляется QВ, затем линия QО+ QВ идет к tН=180С. Отрезки всех трех линий в диапазоне tН=+(8-160С используются лишь для построения графиков, поскольку отопление и вентиляция отключается при tн≥+80С.

В левом нижнем квадранте  строится график продолжительности  стояния Т(tН). Значения температуры отопительного периода tН и число часов за отопительный период со среднесуточной температурой (и ниже) наружного воздуха принимаются согласно варианта (приложение Е, табл. 5- климатологические данные городов).

В правом верхнем квадранте строится график продолжительности стояния отопительно - вентиляционной нагрузки QО+ QВ с использованием графиков в левых верхнем и нижнем квадрантах – по пересечениям линий, соответствующих ряду значений tН:

    1. в правом верхнем квадранте к линии QО+ QВ прибавляется QГВС (значения для зимы и лета различные);
    2. пристраивается линия тепловых потерь QП, которые имеют разные значения зимой и летом;
    3. пристраивается  линия QТ (условно в расчетах принимаем двухсменную работу предприятий - 16 часов в сутки), следовательно, QТ  продолжается (16/24)х(16/24)хТ8оС и (16/24)х(8760-Т8оС), 16-число часов в сутки при двухсменной работе предприятия; 24-число часов в сути; Т8оС – число часов за отопительный период со среднесуточной температурой tн=+80С.

Огибающая линия представляет собой  искомый график суммарного расхода  тепла или распределения необходимой  мощности его генерации во времени.

Суммарное годовое потребление  тепла - это площадь под кривой, построенная в координатах Qi и Т (верхний правый квадрант) МВт·час. После этого проводятся горизонтальные линии, соответствующие заданным значениям коэффициента теплофикации Qi=QР/αi – и измеряются площади ниже этих линий.   Результаты сводятся в таблицу 1.3.

 

Таблица 1.3 –Обеспечение потребления  тепла за счет отбора турбин.

Показатели

  

Коэффициент теплофикации

1

0,8

0,6

0,5

0,4

0,3

Мощность отбора Qотб

                                                                             МВт

775,5

622

466,5

388,8

311

233,3

Обеспечение потребления W

  ГВт/ч

3496

3432

3057

2717

2357

1922

Годовая Продолжительность 

использования мощности            ч

4497

5517

6353

6988

7578

  
       

 

 

 

 

1.1.7 Расчет тепловых потерь

 

 

 мВт                      (25)

 мВт                           (26)

 

Потребление пара:

 

Лето:

 ч                   (27)

 

Зима:

 

 ч            (28)

 

 мВт

 

Примечания по построению графика:

 

Масштаб: 1мм:50ч

                  1мм:10 мВт

 

S=> 1мм2: 500 мВт/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.  ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ

2.1.1  Выбор паровых турбин.

В курсовой работе предполагается, что  в качестве основного источника  теплоснабжения сооружается паротурбинная  ТЭЦ. К основному оборудованию ТЭЦ  относят паровые (ПК) и водогрейные  котлы (ПВК) и паровые турбины (ПТ).

Выбор паровой  турбины (ПТ) осуществляется по расчетным  тепловым нагрузкам, характеристикам  выбираемых паровых турбин(Приложение F, табл.6) и расчетным значениям коэффициентов теплофикации по пару и сетевой воде, которые должны меняться в пределах соответственно = 0,7...1,0 и = 0,4...0,7. При этом используются выражения

       

                                 (29)

                                  (30)

       где  - расчетный отпуск пара из производственных отборов и противодавления выбранных турбин типа ПТ и Р, кг/с;

          = 80 кг/с – расчетный отпуск пара на технологические нужды;

        - расчетный отпуск теплоты из отопительных отборов и встроенных пучков конденсаторов выбранных турбин  типа Т и ПТ, МВт.

          =670 МВт - расчетная нагрузка потребителей сетевой воды.

 

        Выберем 2 турбинs типа ПТ-50/60-12,8/1,3 так как, ее расчетный отпуск пара из производственных отборов, практически равен расчетному отпуску пара на технологические нужды. Если расчетный отпуск пара из производственных отборов будет выше расчетного отпуска пара на технологические нужды, то коэффициент теплофикации будет превышен ,