Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра «Тепловые Энергетические Установки» расчетно-графическая работа №2

По дисциплине: «Теплофикация и тепловые сети»

На тему: «Выбор основного оборудования ТЭЦ, расчет экономии топлива при теплофикации»

Специальность: 5B071700-Теплоэнергетика

Выполнил: Уксукбаев Т.С. Группа: ТЭС-14-3

Номер зачетной книжки: 141036 Вариант №17

Принял: профессор каф. ТЭУ Пак Михаил Иванович

___________________________«___» _______________ 20__г.

(оценка) (подпись)

Алматы 2017

Содержание

Введение…………………………………………………………………….…...3

Задание для расчетно-графической работы №2………………………………4

Вопрос №28……………………………………………………………………...5

Вопрос №41……………………………………………………………………...7

Выбор основного оборудования ТЭЦ по заданным тепловым нагрузкам…..9

Определение экономии топлива на ТЭЦ………………………………………14

Определение разницы в расходах топлива на теплоснабжение……………...16

Заключение……………………………………………………………………....17

Список использованной литературы…………………………………………...18

Введение

Целью данной работы является выбор основного оборудования ТЭЦ, расчет экономии топлива при теплофикации.

Основной тенденцией развития комбинированного производства электроэнергии в настоящее время является возрастание удельного веса крупных теплоэлектроцентралей. Единичная мощность отдельных ТЭЦ достигла 1000 МВт. Если за пятилетие 1965­-1970 гг. наибольший вес имели турбины единичной мощности 50 МВт (42 %), то в 1971-­1975 гг. около 46 % общего числа введенных теплофикационных машин составили агрегаты единичной мощностью 100 МВт. Следующим шагом, 1975-­1985 гг. явилось освоение турбоагрегатов Т­-250-­240, Т­-175­-130, ПТ-­135­-130, Р-­100-­130 и переход на блочную схему сооружения ТЭЦ.

Начиная с 1985 по 1990 годы, наблюдалось замедление темпов строительства теплоэнергетических объектов, а в период с 1990 по 2000 годы фактически прекратилось сооружение крупных ТЭЦ. Происходило ускоренное старение оборудования и сетей. Начали развиваться децентрализованные системы с использованием, в основном, импортного оборудования. С 2001 года началась модернизация ТЭЦ, строительство мелких ТЭЦ и освоение промышленностью современного теплоэнергетического оборудования. Именно в это время произошло формирование новой концепции развития теплоснабжения с ориентацией на доминирующую роль централизованных систем, комбинированную выработку на мощных и малых ТЭЦ.

В этих условиях существенно усложняются обязанности эксплуатационного персонала ТЭЦ, повышается экономическая значимость принимаемых им решений, существенным фактором становится учет взаимовлияния режимов работы оборудования теплосетей и агрегатов ТЭЦ. В связи с этим бакалавр теплоэнергетики должен знать термодинамические основы тепловых процессов на ТЭЦ, конструкцию и принцип работы основного и вспомогательного оборудования.

Необходимо уметь разбираться в тепловой схеме станции, знать основные принципы выбора теплоносителя, системы теплоснабжения, схемы присоединения тепловых потребителей. Необходимо усвоить тепловые расчеты и тепловые балансы ТЭЦ, а также гидравлический расчет тепловых сетей.

Задание для расчетно-графической работы №2

По последней цифре студенческого билета ответить на контрольный вопрос модуля 1, решить задачу.

Номер студенческого билета: 141040

Вопрос № 28:

Как строится годовой график теплопотребления промышленного района?

Вопрос № 41:

Какие расчетные гидравлические режимы предусмотрены для водяных тепловых сетей?

Задача

Выбор основного оборудования ТЭЦ, расчет экономии топлива при теплофикации

1. Выбор основного оборудования ТЭЦ по заданным тепловым нагрузкам, определенным в РГР № 1

2. Определение экономии топлива на ТЭЦ по сравнению с КЭС на выработку электрической энергии для отопительного периода (ОП) и летнего периода (ЛП).

3. Определение разницы в расходах топлива на теплоснабжение от котельной и ТЭЦ в ОП и ЛП.

Вопрос №28.  

Как строится годовой график теплопотребления промышленного района?

Расчет теплопотребления выполняется для жилого района в целом, для промышленного предприятия - по цехам. Все результаты расчетов теплопотребления отдельными абонентами сводятся в таблицу.

Суммарный расход теплоты отдельными абонентами, кВт

(1)

По формуле (1) определяется расчетный (максимальный) расход теплоты на теплоснабжение при наружной температуре t_но. С изменением температуры наружного воздуха изменяется расход теплоты абонентами. Минимальный расход теплоты будет при температуре конца отопительного периода t_ко = + 8 °С, Минимальные расходы теплоты на отопление, а на вентиляцию при температуре t_ко определяются пересчетом.

(2)

(3)

Используя расчетные (максимальные) и минимальные значения тепловой нагрузки строится суммарный часовой график расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха (левая часть графика на рис. 1).

На основании полученного суммарного часового графика расхода теплоты Q_сум=f(t_н) в правой части строится годовой график по продолжительности тепловой нагрузки.

Для этого по оси абсцисс откладывается число часов стояния наружных температур за время отопительного периода, с левой стороны графика переносятся значения тепловой нагрузки при данных температурах. Получается ступенчатый график, который сглаживается по средним точкам. Подсчет годового расхода теплоты Q_{сум.год} производится суммированием площадей прямоугольников, заключенных внутри правой части графика, с учетом избранного масштаба. Следует помнить, что 1 кВт х 1 ч = 3600 кДж.

Рисунок 1 - Годовой график расхода теплоты

Вопрос №41.  

Какие расчетные гидравлические режимы предусмотрены для водяных тепловых сетей?

Гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики) следует разрабатывать для отопительного и неотопительного периодов. Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети. Пьезометрические графики строятся для магистральных и квартальных тепловых сетей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный Мг 1:10000; вертикальный Мв 1:1000; для квартальных тепловых сетей: Мг 1:1000, Мв 1:500.

Пьезометрические графики строятся для статического и динамического режимов системы теплоснабжения. Пьезометрический график для отапливаемого периода строится поочередно, в 9 этапов:

1). За начало координат в магистральных сетях принять местоположение ТЭЦ.

2). В принятых масштабах построить профиль трассы и высоты присоединенных потребителей (приняв 9-ти этажную застройку). За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают отметку низшей точки теплотрассы или отметку сетевых насосов.

3). Построить линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 метров, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время не должна превышать максимальный рабочий напор для местных систем. Величина максимального рабочего напора составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 метров; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 метров; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 метров.

4). На оси ординат откладывается требуемый напор у всасывающих патрубков сетевых насосов (30 - 35 метров) в зависимости от марки насоса.

5). Используя результаты гидравлического расчета, строят линию потерь напора обратной магистрали. Величина напоров в обратной магистрали должна соответствовать требованиям, указанным выше при построении линии статического напора.

6). Строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения расчетного квартала. Величина располагаемого напора в точке подключения квартальных сетей принимается не менее 40 м.

7). Строится линия потерь напора подающего трубопровода, а также линия потерь напора в коммуникациях источника теплоты (ТЭЦ). При отсутствии данных потери напора в коммуникациях ТЭЦ могут быть приняты равными 25 - 30 м. Напор во всех точках подающего трубопровода исходя из условия его механической прочности не должен превышать 160 м. Пьезометрический график может быть перемещен параллельно себе вверх или вниз если возникает опасность «оголения» или «раздавливания» местных систем теплоснабжения. При этом необходимо учитывать, чтобы напор на всасывающем патрубке не превысил предельного значения для принятой марки насоса.

8). Под пьезометрическим графиком располагается спрямленная однолинейная схема теплотрассы с ответвлениями, указываются номера и длины участков, диаметры трубопроводов, расходы теплоносителя, располагаемые напоры в узловых точках.

9). На пьезометрическом графике главной магистрали строится график расчетного ответвления.

Для построения пьезометрических графиков для неотопительного периода необходимо:

1). Определить потери давления в главной магистрали при пропуске максимального расхода сетевой воды на горячее водоснабжение Ghmax. В открытых системах потери давления в обратной магистрали определяют при пропуске расхода равного 0,1Ghmax.

2). Принять потери напора в коммуникациях источника, а также располагаемый напор перед расчетным кварталом такими же, как и для отопительного периода.

3). Следует учитывать, что квартальные сети являются продолжением магистральных сетей. Располагаемый напор в начале квартальных сетей (40 м.) должен быть использован на потери напора в местных системах теплопотребления зданий кварталов и на потери напора в подающей и обратной магистралях квартальных сетей.

4). Следует учитывать, что линии напоров пьезометрического графика квартальных сетей и при статическом, и при динамическом режимах будут продолжением соответствующих линий пьезометрического графика магистральных тепловых сетей.

Выбор основного оборудования ТЭЦ по заданным тепловым нагрузкам

Исходные данные для расчета для всех вариантов:

Определим расходы теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС при средней температуре наружного воздуха за отопительный сезон.

Согласно [3] ;

Тогда расход теплоты на отопление жилых и ОАЗ:

МВт;

Расход теплоты на вентиляцию ОАЗ:

МВт;

Расход теплоты на ГВС:

МВт;

Расход теплоты из теплофикационных отборов турбин составляет:

МВт.

Выбор основного оборудования ТЭЦ начинают с выбора турбин. При проектировании ТЭЦ, работающей в энергосистеме, мощность и тип теплофикационных турбин определяются, главным образом, тепловой нагрузкой, т.е. графиками тепловой нагрузки и параметрами теплоснабжения. Недостаток электрической энергии для снабжения потребителей удовлетворяется за счет энергосистемы и, наоборот, избыточная электроэнергия от ТЭЦ направляется в систему.

Потребление тепла от ТЭЦ в общем случае производится на:

а) технологические цели производства;

б) отопление и вентиляцию жилых и производственных помещений;

в) горячее водоснабжение для бытовых нужд и для нужд производства.

Отпуск тепловой энергии от ТЭЦ на технологические цели производства осуществляется обычно в виде пара из отборов или противодавления турбин.

Характер графика тепловой нагрузки определяет тип и мощность теплофикационных турбин. При равномерном графике следует принимать к установке на ТЭЦ противодавленческие турбины, как наиболее простые, дешевые и экономичные по сравнению с другими типами турбин. При колеблющемся характере тепловых нагрузок требуется установка турбин с регулируемыми отборами пара, которые позволяют более гибко удовлетворять потребности в электрической и тепловой энергии потребителя. Рекомендуется следующая последовательность установки турбин на промышленных ТЭЦ. В первую очередь необходимо устанавливать не более одной-двух турбин типа ПТ в начальный период ввода производственных мощностей данного промышленного района. Последующий рост тепловых нагрузок необходимо удовлетворять установкой противодавленческих турбин. Такой подбор оборудования обеспечит достижение минимума неэкономичной конденсационной выработки электроэнергии на ТЭЦ и соответствующий рост экономии топлива.

Таким образом, базовая часть технологической нагрузки будет покрываться за счет противодавленческих турбин, пиковая часть – турбинами с регулируемыми отборами пара.

Вследствие того, что в нашем случае т.е. технологическая паровая нагрузка незначительная, отпуск пара на производство целесообразнее осуществлять через РОУ.

Поскольку МВт, можно выбрать две теплофикационные турбины Т-60/65-130-2М [6] стр.29, [7] стр.148.

Основные технические характеристики турбины Т-50-130-6.

- мощность, кВт:

номинальная 63 000;

максимальная 65 000;

на конденсационном режиме 65 000.

- параметры свежего пара:

давление 12,8 МПа;

температура 565⁰С.

- расход свежего пара, т/ч:

номинальный 280;

максимальный 300.

- пределы регулирования давления в отборах, МПа:

верхнем отопительном 0,06 - 0,25;

нижнем отопительном 0,05 - 0,2.

- Нагрузка:

тепловая (номинальная), МВт;

- Номинальная температура подогрева питательной воды, 225 ^oC

МВт;

Поскольку МВт, то теплоты пара из отопительных отборов двух турбин Т - 60/65 - 130 - 2М будет достаточно.

При выборе производительности парогенераторов ТЭЦ необходимо руководствоваться следующими указаниями:

а) для блочных ТЭЦ, входящих в энергосистему, производительность и число парогенераторов выбирается по максимальному пропуску острого пара через турбину с учетом собственных нужд и запасом до 3%.

При выходе из работы одного блока оставшиеся, с учетом работы пиковых водогрейных котлов, должны обеспечить средний за наиболее холодный месяц отпуск тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение;

б) для неблочных ТЭЦ, входящих в энергосистему, выбор парогенераторов производится по максимальному расходу пара с тем, чтобы при выходе из работы одного парогенератора оставшиеся, включая пиковые водогрейные котлы, обеспечили максимально длительный отпуск пара на производство и средний за наиболее холодный месяц отпуск тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, при этом допускается снижение электрической мощности на величину до 10%.

        Выбор энергетических котлов определяется максимальным расходам пара на турбины:

где максимальный расход пара на турбину Т- 60/65 – 130 – 2М;

 - коэф. запаса по производительности, ;

 - коэф. собственных нужд котельной,

Поскольку ,а ТЭЦ располагается в Западном Казахстане, выбираем к установке котлы типа Е-320-140-ГМ – Барнаульского котельного завода. [7] стр.119 или [8] стр.116.

Топливо – газ, мазут, ,.

Количество энергетических котлов n:

котла.

Предварительно выбираем к установке два энергетических паровых котла типа Е-320-140 ГМ.

Однако вследствие частого выхода из строя энергетических котлов их количество уточняется по II - режиму (по ). В нашем случае уточняющий расчет количества котлов производиться не будет.

Для обеспечения надежности энергоснабжения выбираем к установке три энергетических паровых котла.

Предварительно выбираем количество и тип водогрейных котлов.

;

Предлагаем к установке два водогрейных котла типа КВГМ-100-150 [8] стр.122, т.к.,

Характеристика водогрейного котла:

- типоразмер: КВ-ГМ-100-150

- давление, ;

- топливо: газ, мазут;

- расход воды: 2460 т/ч /1235 т/ч;

- КПД - 92%;

- теплопроизводительность – 100 Гкал/ч;

- расчетная температура воды на выходе из котла – 150 ^oC.

Поскольку технологическая паровая нагрузка закрывается РОУ, рассчитаем расход свежего пара на РОУ:

Поскольку ТЭЦ работает изолированно, следовательно, N_э = 63 * 2 = 126 МВт, без снижения электрической мощности.

Выбираем РОУ [10] стр. 452.

Технические характеристики РОУ:

Таким образом, на заданные тепловые нагрузки ТЭЦ предлагается вариант выбора основного оборудования:

три энергетических котла Е-320-140-ГМ;

две паровые теплофикационные турбины Т-60/65-130-2М;

два водогрейных котла КВ-ГМ-100-150;

одна РОУ: Дт=125 т/ч.

Определение экономии топлива на ТЭЦ по сравнению с КЭС на выработку электрической энергии для отопительного периода (ОП) и летнего периода (ЛП).

Определим экономию топлива при производстве электроэнергии ∆Bэ по [1] стр.31 формула [1.37]

Для отопительного периода ОП:

;

Где выработка электроэнергии на тепловом потреблении для турбины Т-60/65-130-2М; в ОП вырабатываем всю электроэнергию на тепловом потреблении.

Для летнего периода (ЛП)

Выработка электроэнергии на тепловом потреблении летом

МВт,

где летняя тепловая нагрузка двух турбин Т-60/65-130-2М.

следовательно, одна турбина несет нагрузку

.

По МУ с учетом того, что давление в теплофикационном отборе , определяем

–конденсационная выработка электроэнергии на ТЭЦ, МВт;

,

где Э – вся выработка электроэнергии на ТЭЦ, МВт;

- удельный расход условного топлива па выработку электрической энергии по конденсационному циклу на ТЭЦ, при работе на твердом топливе, (определяется по рисунку 2.3. МУ)

так как доля выработки электроэнергии по конденсационному циклу .

Тогда экономия топлива от выработки электроэнергии в ЛП составит:

.

Определение разницы в расходах топлива на теплоснабжение от котельной и ТЭЦ в ОП и ЛП

Определим разницу в расходах условного топлива при централизованном теплоснабжении от котельных и ТЭЦ при подаче абонентам одного и того же количества теплоты . определяется по [1] стр.33, формула [1.42]:

Для ОП

;

Для ЛП

;