АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И

ЭНЕРГОИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов специальности Технология воды и топлива)

 

 

Алматы 2001

 

СОСТАВИТЕЛЬ: Э.А.Сериков, С.К.Абильдинова. Теплоэнергетические системы и энергоиспользование. Методические указания к выполнению курсовой работы (для студентов специальности Технология воды и топлива). – Алматы: АИЭС, 2001. -    с.

 Методические указания содержат общие требования и порядок выполнения курсовой работы. Приведены основные положения по выбору основного оборудования ТЭЦ и расчету тепловой схемы паротурбинной установки и технико-экономических показателей.

Введение

Курсовой проект  предназначен  для углубления и закрепления знаний, полученных в курсе «Теплоэнергетические системы и энергоиспользование», и приобретения навыков решения расчетных задач, возникающих при проектировании и выборе основного оборудования ТЭЦ, при построении тепловой схемы системы теплоснабжения педприятия, при описании технологического процесса одного из производств.

I.Задание на курсовой проект

Вариант задания на курсовой проект выдаетсяя по таблице I.I. При выполнении проекта необходимо:  

     I.I  Рассчитать тепловые нагрузки

     I.2 Построить годовой график тепловых нагрузок

     I.3 Выбрать основное оборудование ТЭЦ

     I.4 Построить в i-s диаграмме процесс расширения пара в турбине и составить сводную таблицу параметров отборов

     I.5 Рассчитать тепловую схему паротурбинной установки при отключенных регулируемых отборах

     I.6 Определить технико-экономические показатели турбоустановки

     I.7 Выполнить в качестве специального вопроса проекта расчета одного из элементов тепловой схемы

     I.8 Вычертить на форматах АI принципиальную тепловую схему ТЭЦ и рассчитанный в спецвопросе элемент тепловой схемы.Пояснительная записка оформляется согласно стандарту ГОСТ 2.105-79 (СТ  СЭВ 2667-80).

     Графическая часть проекта выполняется в соответствии ГОСТ 21.403-80 СПДС. Обозначения условные графические в схемах. Оборудование энергетическое.

 

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРОЕКТА

2.1 Расчет тепловых нагрузок

Расчет тепловых нагрузок производится для четырех режимов работы теплоэлектроцентрали.

I-режим максимамально зимний, отвечающий расчетной температуре наружного воздуха, для пректирования отопления t^р_н

     Q^I вычисляется как сумма максимальных нагрузок, заданных по заданию

                       QQ+Q ,    МВт                                       (2.1)

II-режим отвечает средней за наиболее холодный месяц температуре наружного воздуха t^хм_н и равен

                        

                       QQ   ,     МВт                                (2.2)       

                     QQQ   ,     МВт,                                                        (2.3)

     где  t_в-температура внутри помещения по санитарным нормам.

III-режим среднезимний, соответствует средней температуре наружного воздуха на отопительный период t^ср_н,

QQ,МВт                                                         (2.4)

                                                                         (2.5)    

IV-режим летний, характеризует работу ТЭЦ в летний период, когда отсутствует нагрузка на отопление и вентиляцию

                      Q^IV=QQQ  ,   МВт,

     где -учитывает снижение расхода воды в летний период (0,8-1,0).

 

Таблица 1.1

     

№	Q нагрузка, МВт		Район строительства ТЭС					Расход пара на производство Dп, т/ч	ηoi	h уст, ч/год
	Qот+в	Qгвс
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	100 300 150 200 220 250 180 240 280 260 300 100 190 140 220 300 270 160 350 180 400 360 300 160 200	40 100 50 80 60 80 70 100 90 120 100 80 90 60 80 120 130 100 150 100 200 200 100 100 80	Актюбинск Алма-Ата Балхаш Барнаул Владивосток Иркутск Караганда Красноярск Кустанай Новосибирск Омск Самарканд Семипалатинск Ташкент Томск Тюмень Уральск Уфа Хабаровск Астана Чита Челябинск Оренбург Тбилиси Харьков	-31 -25 -32 -30 -25 -38 -32 -40 -35 -39 -37 -13 -38 -15 -40 -35 -30 -29 -32 -35 -38 -29 -29 -7 -23	-7,3 -2,1 -6,9 -8,3 -4,8 -8,9 -7,5 -7,2 -8,7 -9,1 -7,7 +2,8 -8,0 +2,4 -8,8 -5,7 -6,5 -6,4 -10,1 -8,7 -11,6 -7,1 -8,1 0 -2,1	-15,6 -7,4 -16,2 -17,7 -14,4 -20,9 -15,1 -17,1 -17,7 -19,0 -19,0 -0,3 -16,2 -0,9 -16,2 -16,6 -14,2 -14,1 -22,3 -17,4 -26,6 -15,5 -14,9 -4,2 -7,3	-21 -10 -20 -23 -16 -25 -20 -22 -22 -24 -23 3 -21 -6 -25 -21 -18 -19 -23 -22 -30 -20 -20 -0,9 -11	150 450 270 300 680 240 400 750 420 160 350 360 700 460 140 160 200 180 220 250 300 320 360 280 350	0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,73 0,76 0,75 0,78 0,79 0,80 0,82 0,83 0,84 0,85 0,81 0,86 0,71 0,77 0,67 0,65 0,63 0,70	5800 5700 5750 5650 5600 5550 5500 6000 5850 5900 5950 5450 5800 5400 5780 5760 5480 5680 5790 5690 5590 5600 5500 5320 5420

  

 

2.2 Построение годового графика тепловых нагрузок

График сроится на миллиметровой бумаге формата АЗ.По вертикальной оси в мсштабе откладывается тепловая нагрузка Q , МВт, по оси абцисс: вправо-время в часах (масштаб времени: I мм-50 часов); влево-температура наружного воздуха от t^р_н до t_в =18⁰ С.

В левой части отложить зависимости Q_от+в=f(t_н) и Q_г.в.с, затем, сложить найти линию Q_ТЭЦ=f(t_н) рис.2.1.

Для построения правой части графика необходимо при помощи климатологических  данных (продолжительности стояния температур)  построить кривую зависимости Q_ТЭЦ=f().

     Рекомендуется масштаб времени :Iмм-50 часов.

        

 

Рис. 2.1 Годовой график тепловых нагрузок

 

2.3. Выбор основного оборудования ТЭЦ.

Основное оборудование ТЭЦ выбирается по среднезимней нагрузке третьего режима –Q^III. В сравочной литературе для теплофикационных турбин, как характеристика регулируемых отборов,задается расход пара из отбора или расход тепла. В курсовой работе для выбора турбины необходимо перевести количество тепла в эквивалентное количество пара из отборов.

Для ориентировачных расчетов можно выбрать среднее давление P_T=0,12 МПа и среднюю температуру t=105⁰С в теплофикационном отборе. Тогда,определив энтальпии пара i_Т=2686 кДж/кг и конденсата i_ок= 439 кДж/кг по таблицам воды и водяного пара, найдем

                       D_Т=Q_т /(i_т-i_ок)_n    , кг/с                                            (2.6)

     где  Q_т-тепловая нагрузка  ,  кВт

             _n=0,98- КПД подогревателя.       

     Единичная мощность и тип теплофикационных агрегатов на ТЭЦ, входящих в энергосистемы,выбирается возможно более крупными с учетом характера и перспективной величины тепловых нагрузок района.

Выбор турбин производится по заданному расходу пара на производственные нужды – D_n , т/ч, причем в начале выбираются турбины типа  “ПТ” или  “Р” , затем выбираются турбины типа  “Т”. Турбины с производственным отбором пара выбираются с учетом длительного использования этого отбора в течение года. Турбины с противодавлением выбираются для покрытия базовой части производственной паровой и отопительной нагрузок.

При установке турбин с двойным значением номинальной мощности, например Т-250/300-240, установленная электрическая мощность ТЭЦ определяется по максимальному значению мощности турбин. Рабочая мощность таких агрегатов и выработка электроэнергии определяется в проекте ТЭЦ в соответствии с графиком тепловой нагрузки. В зимнем режиме использование максимальной электрической мощности агрегата в проекте не учитывается, т.к она допускается только в аварийных ситуациях.

                         

2.4 Выбор энергетических котлоагрегатов.

Количество и единичная мощность устанавливаемых котлов зависит от суммарных тепловых нагрузок котельной и режима отпуска тепла и определяется режимом потребления тепла отдельными предприятиями. По характеристикам выбранных турбин находится суммарный расход острого пара на турбины и параметры пара. Зная суммарный расход пара и его параметры, выбираем количество и паропроизводительность котлоагрегатов.

Число и единичную теплопроизводительность устанавливаемых котлоагрегатов следует выбирать по величине расчетной производитетельности котельной установки с тем ,чтобы при выборе из строя наибольшего по производительности котла оставшиеся обеспечивали максимальный отпуск тепла технологическим потребителям, а также отпуск тепла на отопление,ветиляцию и горячее водоснабжение в количестве определяемом по II режиму.

Производительность котлоагрегатов, устанавливаемых в блоке с турбоагрегаторами, выбирается по максимальному пропуску острого пара через турбину с учетом расхода на собствнные нужды и запаса в размере 3%. Паропроизводительность и число котлоагрегатов, устанавливаемых на теплофикационных электростанциях с поперечными связями выбирается по максимальному расхода пара машинным залом с учетом расхода пара на собственные нужды в размере 3%.

В курсовой работе количечество котлов можно принять равным количеству турбин.

                 

2.5. Выбор пиковых водогрейных котлов.

Основное оборудование ТЭЦ выбрано по нагрузке третьего режима, Q^III. При этом ТЭЦ должна покрывать и нагрузки первого и второго режимов (Q^I, Q^II).

На ТЭЦ тепловая нагрузка I и II режимов покрывается пиковыми водогрейными котлами (ПВК).

Теплопроизводительность и число ПВК выбираетя исходя из условия покрытия ими как правило 40-45% максимальной тепловой нагрузки на отопление, вентиляцию и горячего водоснабжения.      

Тепловая мощность ПВК определяется как разность нагрузок

                       Q=Q^I –Q^II       ,   МВт                                                 (2.7)

По тепловой мощности выбираются типы ПВК.

 

2.6. Расчет тепловой схемы паротурбинной установки.

Расчет тепловой схемы ведется для паротурбинных установок с турбиной типа ^“ПТ^”и ^‘’Т^’’при отсутствии расхода пара производственного и теплофикационного отборов.

2.6.1. Построение в iS –диаграмме процесса расширения

                   пара в турбине и составление сводной таблицы

                    параметров регенеративных отборов.

 Построение процесса расширения пара в турбине в i-S –диаграмме производится в следующей последовательности. По давлению- Р_о и температуре t_o острого пара и конечному давлению Р_к строится теоретический процесс расширения  пара (рис.2.2.)

Рис.2.2 Процесс расширения пара в i-S диаграмме

 

Действительный  процесс расширения строится между точками ^“O’’и ^“К^” . Последняя находится на изобаре по величине вычесленной энтальпии i_{к .}

                       i_к=i_o- (i_o- I_к.а)_oi .

На пересечении линии ОК и изобар пара взятых из характеристик турбины находим энтальпии пара в регенеративных отборах. Значения пара в отборах заносятся в таблицу 2.1.

По давлениям пара в отборе находится температура насыщения t_н.i. ⁰C, энтальпия дренажа i_др.i, кДж. Тмпература воды после поверхностного подогревателя с учетом недогрева, равным t=5^оС

                                                            

Темпратура воды до подогревателя определяется как температура воды после предыдущего подогревателя (нумерация подогревателей устанавливается по номеру отборпара).Например, температура воды до подогревателя I равна темпнатуре воды после подогревателя 2:

                      t                     

В деараторе недогрев отсутствует, т.к. это подогреватель смешивающего типа.

  Энтальпии воды определяется по таблицам свойств воды и водяного пара.

    Давление питательной воды в ПВД определяется как

                      Рп.в=1,4Ро

     2.6.2. Порядок расчета тепловой схемы паротурбинной установки.

     Порядок расчета рассмотрим на примере тепловой схемы представленной на рис.2.3.

  Составив уравнение теплового баланса для группы перегревателей высокого давления (ПВД), деаэратора и поставив значения величин из таблицы 2.1., найдем доли отборов.             

 

ПВД-1:         

откуда                                                                    

для упрощения принимаем     

           

ПВД-2:

 

 

ПВД-3:                        

             

 

 

 

 

Деаэратор:

 

 

Аналогично для группы ПНД:

 

ПНД-4:                 

 

    

 

 

ПНД-5: 

 

 

 

ПНД-6:

 

 

 

 

ПНД-7: 

 

 

 

 

 

Рис. 2.3 Тепловая схема паротурбинной установки

                                 

Таблица 2.1

Наименование	отборы
	1	2	3	Д	4	5	6	7	К
1.      Давление в отборе,       Рi, Мпа 2.  Температура пара в отборе,      ti, 0С 3.      Энтальпия пара в отборе ii, кДж/кг 4.      Температура насыщения tнi, 0С 5.      Энтальпия дренажа iдрi, кДж/кг 6.      Температура воды: после подогревателя        , 0С 7. Температура воды до             подогревателя      ,0С 8. Энтальпия воды после       подогревателя  , кДж/кг 9. Энтальпия воды до             подогревателя , кДж/кг 10. Коэффициент недовыработки электроэнергии паром отбора уi

 

 

3.                  Технико-экономические показатели

3.1             Технико-экономические показатели паротурбинной установки

Расход пара:

турбоустановка без регенерации 

турбоустановка с регенерацией

Расход тепла на турбоустановку с регенерацией

Расход тепла на турбоустановку без регенерации

Коэффициент полезного действия турбоустановки с регенерацией

Коэффициент полезного действия турбоустановки без регенерации

 

3.2             Технико-экономические показатели ТЭЦ

Годовая выработка электрической энергии на ТЭЦ

где N_уст – установленная мощность ТЭЦ

       h_уст – число часов использования установленной мощности ТЭЦ.

Годовой отпуск тепловой энергии от ТЭЦ определяется как сумма отпуска тепла в год из пиковых водогрейных котлов (ПВК), теплофикационного и производственного отборов турбин

,

где  - годовой отпуск тепла от ПВК

 - годовой отпуск тепла из теплофикационных и производственных отборов турбин.

Годовой отпуск тепла от ПВК определяется по годовому графику тепловых нагрузок (рис. 2.1)

Из рисунка 2.1 можно определить, например:

Годовой отпуск тепла из теплофикационных отборов турбин определяется (рис. 2.1) как площадь под кривой на графике за вычетом .

Годовой отпуск тепла из производственных отборов турбин

,

где i_п – энтальпия пара при отборе при Р_п и t_п,

i_конд – энтальпия конденсата с производства t_конд=70⁰С.

В первом приближении годовой расход пара из энергетических котлов

где  - максимальная суммарная производительность котлов, определяемая по диаграммам режимов турбин для заданных D_п и D_отб по III режиму

 - минимальная суммарная производительность котлов для заданного D_п и нагрузке горячего водоснабжения по IV режиму

τ_от – продолжительность отопительного периода

Годовой расход условного топлива на энергетические котлы

где i_о, i_пв – энтальпия острого пара и питательной воды

 - теплотворная способность условного топлива

η_КА – КПД котлоагрегата

Годовой расход условного топлива на ПВК

Годовой расход условного топлива по отпуску тепла:

КПД по отпуску тепла ТЭЦ

,

где η_п – КПД подогревателя, от 98-99%;

η_тр – КПД транспорта тепла, от98-99%;

η_ка – КПД котлоагрегата (из прототипа)

Годовой расход условного топлива на производство электрической энергии

КПД ТЭЦ по отпуску электрической энергии

Удельные расходы условного топлива по отпуску электрической энергии и тепла

   и   

КПД ТЭЦ по отпуску тепла и электроэнергии (коэффициент использования топлива)

 

Список литературы

1.     Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. –М.: Энергоатомиздат, 1987.

2.     Рихтер Л.А. и др. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. –М.: Энергоатомиздат, 1987.

3.     Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов. –М.: Энергоиздат, 1982. –360 с.

4.     Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. –М.: Энергоатомиздат, 1987. –30 с.

5.     Тепловые и атомные электрические станции. Справочник под ред. В.А. Григорьева, В.М.Зорина. –М.: Энергия, 1982.

6.     Промышленные тепловые электростанции /Под ред. Е.Я.Соколова. –М.: Энергия, 1979.

7.     Нормы технологического проектирования тепловых электростанций. –М.: 1981.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………   3

1 Задание на курсовую работу ……………………………………………    3

2 Методические указания к выполнению работы ……………………….    3

3 Технико-экономические показатели ……………………………………  11