Выбор основного оборудования и определение показателей тепловой экономичности ТЭЦ

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

 

 

 

 

 

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:

"Выбор  основного оборудования и определение 

показателей тепловой экономичности ТЭЦ"

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  

Шифр:

Факультет:

Курс:

Дисциплина: энергоснабжение

Преподаватель:

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

 

2014 г.

 

Содержание

1. Исходные данные для выполнения курсовой работы         3
2. Введение                4
3. Расчет производственно-технологического теплопотребления                 5
4. Расчет коммунально-бытового теплопотребления                                     9
5. Выбор основного оборудования                                                               14
6. Показатели тепловой экономичности ТЭЦ                                               16
7. Принципиальная схема системы теплоснабжения                                    19

Приложения                                                                                                         26

Литература                                                                                                           32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

Основной задачей курсовой работы является выбор основного оборудования и определение технико-экономических показателей ТЭЦ, а также углубление знаний по составу оборудования, характеристикам и назначению промышленно-отопительных ТЭЦ, тепловых сетей и потребителей; совершенствование навыков в использовании справочной и специальной литературы.

 

Исходные данные для выполнения курсовой работы.

Таблица 1

 

Характеристика	Обозначение	Значение	Размерность
Расчетный отпуск технологического пара	DPП	350	кг/с
Давление технологического пара	РПТ	0,95	МПа
Давление технологического пара	РПТ	9,69	ат
Температура технологического пара	tПТ	220	грд С
Доля возврата конденсата технологического пара	βОК	0,80
Температура конденсата                            технологического пара	tОК	95	грд С
Годовое число часов использования максимума производственно-технологической нагрузки по пару	hПТЭЦ	5700	час/год
Доля сантехнической нагрузки по горячей воде от расчетного отпуска технологического пара	γСН	0,13
Топливо		Газ
Низшая теплота сгорания  топлива	QРН	48,65	МДж/кг
Численность населения, потребляющего горячую воду	m	100	тыс. чел.
Город	Архангельск
Шифр зачетной книжки	№

 

 

2. Введение.

 

Теплофикацией называют централизованное теплоснабжение нам базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Электрические станции, где осуществляется совместная выработка и отпуск в соответствующие сети тепловой и электрической энергии, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Комбинирование выработки теплоты и электроэнергии заключается в том, что в тепловую сеть отдаётся главным образом теплота отработанного в турбинах пара (или газа). Это приводит к значительному уменьшению тепловых выбросов в системе энергоснабжения и снижению расхода топлива на 25-30% по сравнению с раздельной выработкой электрической энергии на конденсационных электрических станциях (КЭС) и теплоты в районных котельных (РК).

Эффективность работы ТЭЦ можно значительно повысить, если устранить имеющиеся недостатки в её осуществлении. Главными из них являются:

• несоответствие фактического теплопотребления расчётным нагрузкам, заложенным в проектах ТЭЦ, из-за отставания строительства магистральных и распределительных тепловых сетей;
• отсутствие или недостаток пиковой тепловой мощности, в том числе из-за несоответствия мощности пиковых водогрейных котлов номинальной при их работе  на  мазуте;
• завышение температуры обратной сетевой воды и увеличение утечки теплоносителя.

Указанные недостатки теплофикации приводят к тому, что в ряде случаев её технико-экономические показатели, например средний удельный расход топлива на отпущенный киловатт-час и другие, становятся хуже, чем при раздельной выработке энергии на КЭС и в РК.

Значительно увеличить экономию топлива от теплофикации можно осуществлением ряда мероприятий по загрузке отборов действующих турбин ТЭЦ, демонтажем физически и морально изношенного оборудования, модернизацией и реконструкцией с переводом в теплофикационный режим устаревших конденсационных турбин. С этой целью на ТЭЦ должны устанавливаться более современные и мощные турбины. Например, установка турбины Т-250/300-240 вместо двух турбин Т-100/120-130 позволяет сократить удельный расход металла на 17% и экономить топливо в количестве 32 тысяч тонн условного топлива в год. А установка одной турбины с противодавлением типа Р-100-130/15 по сравнению с установкой двух турбин типа Р-50-130/15, экономит около 4 тысяч условного топлива в год.

Значительную экономию обеспечивает также переход на новые, более мощные котлы. Так, например, серийные турбины типа ПТ-135/165-130/15, Р-100-130/15и Т-175/210-130 унифицированы по цилиндрам высокого давления с одинаковым расходом острого пара (210 кг/с), с установкой двух котлов по 116 кг/с (420 т/ /час)к каждой турбине. Замена их новым котлом паропроизводительностью 222 кг /с (800 т/час) экономит капиталовложений до 22,5 млн. рублей на блок.

В заключение необходимо отметить основные направления развития ТЭЦ на длительную перспективу:

• повышение эффективности использования действующих ТЭЦ путём их модернизации;
• расширение централизованного теплоснабжения на базе строительства ТЭЦ и РК на органическом топливе;
• расширение использования ТЭЦ в качестве маневренных электростанций;
• освоение для нужд теплоснабжения нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ветра, солнца, термальных источников);
• повышение технического уровня и надёжности тепловых сетей путём совершенствования их конструкций и защитой их от коррозии.

3. Расчёт производственно-технологического  теплопотребления

 

3.1. Под  расчетной производственно-технологической нагрузкой понимается мощность, которую необходимо затрачивать для получения максимального расхода производственно-технологического пара с требуемыми энергетическими параметрами. Как известно, мощность измеряется в МВт (кВт, Вт). Однако в теплоэнергетике более распространённой является другая единица – ГДж/ч (кДж/ч, кДж/с, Дж/с). Указанные единицы связаны соотношениями:    1 МВт = 3,6 ГДж/ч;   1 МВт = 3 600 МДж/ч;  1 МВт = 1 МДж/с;          1 кВт = 1 кДж/с;  1 Вт = 1 Дж/с.

Производственно-технологический пар подаётся от ТЭЦ на близлежащий промышленный объект. В процессе использования пара часть его отбирается в технологический процесс предприятия, а оставшаяся часть в виде конденсата возвращается на ТЭЦ. Для того чтобы технологические процессы предприятия и ТЭЦ были непрерывными, потеря отобранного пара компенсируется добавлением в пароводяную систему энергетических котлов ТЭЦ эквивалентного количества холодной (подпиточной) воды.

Расчетная нагрузка на нагрев воды обратного конденсата определяется по формуле:

 кДж/с = 2396,45 ГДж/ч                                                                                     (1)

Расчетная нагрузка на нагрев подпиточной (холодной) воды определяется по формуле:

кДж/с = 694,07 ГДж/ч

(2)

Суммарная расчетная производственно-технологическая нагрузка с учётом тепловых потерь в паропроводах равна:

 

ГДж/ч

(3)

Здесь в формулах (1-3):

hП – энтальпия технологического (производственного) пара, кДж/кг;

hОК  – энтальпия воды обратного конденсата, кДж/кг;

hХВ  – энтальпия холодной воды, кДж/кг;

qП – доля тепловых потерь в паропроводах технологического пара (принимается самостоятельно в пределах 0,06 ÷ 0,10).

Численное значение энтальпии технологического пара определяется по h-s -диаграмме водяного пара или по таблицам для воды и водяного пара при заданных в таблице 1 значениях давления РПТ и температуры  tПТ.

Энтальпия (теплосодержание) воды hВ, нагретой до заданной температуры, определяется количеством теплоты Q (кДж, ккал), которое нужно затратить для нагрева 1 кг воды от 0ºС до вышеуказанной заданной температуры. Следовательно, при нагревании воды от 0ºС вплоть до начала кипения её энтальпия изменяется пропорционально температуре:

(4)  

 

Отметим, что исторически первоначально в качестве  единицы количества теплоты была принята калория (килокалория), имеющая вполне очевидный физический смысл, – это количество теплоты, которое необходимо для нагрева 1 г воды на 1ºС. В дальнейшем мир перешёл на международную систему СИ, в которой единицей энергии, а теплота представляет собой одну из форм энергии, является джоуль (Дж, кДж). Указанные единицы связаны соотношением: 1 кал (ккал) = 4,19 Дж (кДж).

В формуле (4) множитель сВ называется "удельной теплоемкостью воды". Так как эта характеристика слабо зависит от температуры, то с достаточной для практических расчетов точностью её принимают постоянной и в соответствии с положениями предыдущего абзаца равной сВ = 4,19 кДж/(кг·грд) или 1 ккал/(кг·грд).

Таким образом, энтальпия обратного конденсата будет равна 

 , а энтальпия холодной воды (кДж/кг).

Температура подпиточной (холодной) воды изменяется в зависимости от сезона. В наших расчётах используем её минимальное (зимнее) значение, равное 5С.

Итоговые результаты расчета производственно-технологической нагрузки сведем в таблицу 2.

Расчет производственно-технологической нагрузки

Таблица 2

Характеристика	Обозначение	Значение	Размерность	Значение	Размер-ность
Нагрузка на нагрев воды обратного конденсата	QРП ОК	2396,45	ГДж/час	665,68	МВт
Нагрузка на нагрев подпиточной (холодной) воды	QРП ХВ	694,07	ГДж/час	192,79	МВт
Итоговая нагрузка без учета потерь	QР П	3090,53	ГДж/час	858,48	МВт
Итоговая нагрузка с учетом потерь (qП = 0,08)	QРП	3337,77	ГДж/час	927,16	МВт

 

 

Для того чтобы облегчить преподавателю проверку расчётов курсовой работы, необходимо начать заполнять сводку использованных характеристик и промежуточных результатов (таблица 3).

 

Сводка использованных характеристик

Таблица 3

Характеристика	hП	hОК	hХВ	hПВ	h 0	qП	q0	t0
Размерность	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	ч	–	Вт/ м2	грд. С
Значение	2775,2	397,765	20,935	992	6024	0,08	98	-4,7

 

Характеристика	tВ	tОР	tВР	qГВ	β	`q	K1	K2
Размерность	грд. С	грд. С	грд. С	–	–	–	–	–
Значение	18	-31	-19	376	0,8	0,06	0,2	0,4

 

3.2. Годовой  отпуск пара и теплоты на  производственно-технологические нужды

Необходимо знать для планирования годовых эксплуатационных затрат проектируемой ТЭЦ. Годовой отпуск пара вычисляется по формуле (5) и имеет размерность (т/год).

 

(5)

 

Годовой отпуск теплоты вычисляется по формуле (6) и имеет размерность (ГДж/год).

 

(6)

Здесь величины DРП  и hПТЭЦ  выбраны в соответствии с заданием на курсовую работу и приведены в таблице 1, а величина производственно-технологической нагрузки QРП вычислена в предыдущем параграфе 3.1.

Строим годовой график производственно-технологического теплоснабжения. Для этой цели по приложению 1 выбирается осредненный график теплопотребления, соответствующий заданной величине  hПТЭЦ, и строится аналогичный график в абсолютных значениях тепловых нагрузок. Каждая ордината графика, где абсциссами выступают номера месяцев, вычисляется по формуле:

 

(7)

где  QПi – отпуск теплоты за текущий месяц, ГДж;  

      `QПi  – то же в относительных величинах по таблице Приложения 1.

Приведен пример расчета за первый месяц. Остальные месяцы вычисляются аналогично. Результаты сведем в таблицу 3.1

 

Таблица 3.1

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Использование	1	0,95	0,89	0,76	0,67	0,61	0,59	0,61	0,67	0,78	0,89	0,96
QПi	2028283,38	1926869,21	1805172,21	1541498,37	1358949,87	1237252,86	11966,87,20	1237252,86	1358949,87	1582061,04	1805172,21	1947152,05

 

Для информации: приведённые в Приложениях 1 - 4 относительные технологические нагрузки, показатели тепловых потоков на отопление жилых зданий и на горячее водоснабжение и климатологические данные городов взяты из соответствующих нормативных документов, которые, в свою очередь, разработаны на основе многолетних замеров и наблюдений.

 

График производственно-технологического теплоснабжения.

4. Расчёт коммунально-бытового  теплопотребления.

 

Нагрузки коммунально-бытовых потребителей подразделяются на расчетные, средние и годовые. Указанные нагрузки определяются по приводимым ниже хорошо отработанным методикам. Необходимые для выполнения соответствующих расчетов справочные материалы представлены ниже в Приложениях 1-4.

 

4.1. Расчетные  тепловые нагрузки (МВт, или  ГДж/ч)

Под расчетной коммунально-бытовой нагрузкой понимается мощность, которая может оказаться необходимой для получения в отопительный период максимального расхода горячей воды с требуемыми энергетическими параметрами на отопление, на вентиляцию и на горячее водоснабжение.

 

4.1.1. Расчетная  нагрузка отопления вычисляется  по формуле:

 

(8)

где q0- укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади (приложение П.2), Вт/ м2;

А = m×f -общая площадь жилых зданий, м2;

f -норма общей площади в жилых зданиях на 1 чел. (может приниматься равной 18 м2/чел.);

k1 – коэффициент, учитывающий долю теплового потока на отопление общественных зданий (принимается самостоятельно в пределах 0,18÷028. Принимаем 0,2.).

 

4.1.2. Расчетная  нагрузка вентиляции.

 

(9)

где k2 - коэффициент, учитывающий долю теплового потока на вентиляцию общественных зданий (k2 = 0,4 для зданий постройки до 1985 г., k2 = 0,6 для зданий постройки после 1985 г. Принимаем 0,4.);

 

4.1.3. Расчетная  нагрузка горячего водоснабжения.

 

(10)

где qг -укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на 1 чел. (приложение П.3), Вт/чел.

 

4.1.4. Расчетная  нагрузка коммунально-бытовых потребителей

 

(11)

4.2. Средние  тепловые нагрузки (МВт, или  ГДж/ч)

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

 

(12)

где tв -средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий (tв = 18°С - для жилых и общественных зданий, tв = 16С - для производственных зданий);

tро и tо - расчетная для отопления и средняя за отопительный период температуры наружного воздуха (приложение П.4)

 

4.2.2. Средняя  нагрузка вентиляции, Вт (МВт) и ГДж/ч

 

(13)

где - расчетная температура для вентиляции (приложение П4)

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

 

(14)

 

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

 

(15)

где tх = 5С и tхл=15С - 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 (b =0,8 - для жилых и общественных зданий; =1,5 -то же для курортных и южных городов; =1 -для промпредприятий); выбирается самостоятельно.

 

4.2.5. Средняя  за отопительный период нагрузка  коммунально-бытовых потребителей

 

(16)

4.3.Годовые  расходы теплоты

4.3.1. Годовой  расход теплоты на отопление, ГДж

 

(17)

где hо -длительность отопительного периода (приложение П.4), ч.

 

4.3.2. Годовой  расход теплоты на вентиляцию, ГДж

 

(18)

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

 

4.3.3. Годовой  расход теплоты на горячее  водоснабжение, ГДж

 

(19)

4.3.4. Годовой  расход теплоты на коммунально-бытовые  нужды, ГДж

 

(20)

4.4. Отпуск теплоты  по сетевой воде

Сантехническая нагрузка промышленных предприятий покрывается сетевой водой и суммируется с коммунально-бытовой нагрузкой.

 

 

Расчетная сантехническая нагрузка, МВт и ГДж/ч

 

 

 

(21)

Можно допустить, что закономерности изменения сантехнической и коммунально-бытовой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха совпадают. Тогда годовой отпуск теплоты на сантехнические нужды, ГДж

 

(22)

С учетом тепловых потерь в сетях расчетная нагрузка потребителей сетевой воды составит, МВт и ГДж/ч

 

(23)

а годовой отпуск теплоты в сетевой воде, ГДж

 

(24)

где `q - доля тепловых потерь в тепловых сетях (принимается самостоятельно в пределах от 0,04 до 0,08). Принимаем 0,06.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

Результаты расчета тепловых показателей ТЭЦ

 

Потребление теплоты:	Расчетные тепловые нагрузки			Годовые расходы теплоты
	Обозначение	Значение		Обозначение	Значение       (ГДж*106)
		МВт	ГДж/час
На технологические нужды (пар)	QРП	927,16	3337,77	QГП	1,9
На отопление	QРО	190,08	684,29	QГО	1,91
На вентиляцию	QРВ	12,67	45,62	QГВ	0,112
На горячее водоснабжение	QРГ	37,6	135,36	QГГ	1,05
На коммунально-бытовое потребление	QРК	240,35	865,27	QГК	3,074
На сантехнические нужды (первое приближение)	QРСН	120,53	433,91	QГСН	1,86
Суммарное потребление по сетевой воде с учётом потерь	QРСВ	339,23	1221,23	QГСВ	4,89

 

 

Результаты расчета нагрузок потребителей сетевой воды обобщаются в виде графика тепловых нагрузок по продолжительности 1. Он совмещается с графиком изменения нагрузок от температуры наружного воздуха tн. В левой части графика приводятся зависимости нагрузок отопления Qо, вентиляции Qв и горячего водоснабжения Qг (МВт) от tн, а затем путем их графического суммирования - зависимость нагрузки коммунально-бытовых потребителей Qк от tн. Далее при расчетной температуре для отопления откладывается Qрсв и строится зависимость Qсв от tн при условии, что любой tн, ниже расчетной, соответствует численное значение разности (Qcв - Qк), пропорциональное значению Qк.

В правой части строится собственно график тепловых нагрузок по продолжительности, на котором по оси абсцисс приводятся продолжительность стояния температур наружного воздуха от +18С (8 400 ч) и +8С (hо) до расчетной для отопления (приложение П.4), а по оси ординат соответствующие им нагрузки по сетевой воде

 

 

 

5. Выбор основного  оборудования

 

К основному оборудованию промышленно-отопительных ТЭЦ относятся паровые и водогрейные котлы и паровые турбины.

Критерием правильности выбора состава, типа и мощности основного оборудования является достижимость оптимальных значений расчетных коэффициентов теплофикации по пару aрп и сетевой воде aрсв при соответствующих величинах технологической и коммунально-бытовой (в сумме с сантехнической) нагрузок. Оптимальные коэффициенты теплофикации определяются на основе технико-экономических расчетов и зависят от мощностного ряда выпускаемых теплофикационных паровых турбин. Соответствующие технико-экономические исследования показывают, что оптимальные значения расчетных коэффициентов теплофикации по пару и сетевой воде составляют соответственно aрп = 0,7.....1,0 и  aрсв = 0,4.....0,7.

Напомним, что

 

 

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

-отпуск  теплоты по сетевой воде из  отопительных отборов выбранных  турбин типа Т и ПТ, МВт.

Характеристики паровых турбин, водогрейных и энергетических паровых котлов приведены в приложениях (П.6,7,8). При выборе оборудования следует выполнить следующие условия:

1. Выбираются наиболее крупные агрегаты (с учетом перспективного роста тепловых нагрузок).
2. Оборудование должно быть по возможности однотипным, но обеспечивающим все требуемые виды теплопотребления. В частности, турбины типа Р следует выбирать при трехсменном режиме работы предприятий, что условно можно считать имеющим место при годовом числе часов использования максимума производственно-технологической нагрузки свыше 5 000 ч.
3. Встроенные пучки конденсаторов теплофикационных турбин типа Т и ПТ (приложение П. 6) используются для подогрева подпиточной воды перед химводоочисткой в открытых системах теплоснабжения и сетевой воды перед сетевыми подогревателями в закрытых системах.
4. Пиковые нагрузки производственно-технологических потребителей по пару покрываются с помощью редукционно-охладительных установок (РОУ), а потребителей сетевой (горячей) воды с помощью пиковых водогрейных котлов (ПВК) (приложение П.8). Избыточная теплопроизводительность выбираемых ПВК должна быть минимальной.
5. Выбор типа и количества энергетических паровых котлов осуществляется по суммарному расходу свежего пара на все выбранные турбины и РОУ с коэффициентом 1,02 (приложение П.7).
6. Турбины типа Р устанавливаются вместе с турбинами типа ПТ и (или) Т.