Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

ОСНОВЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

 Методические указания к выполнению расчетно-графических работ

для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика

 

 

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: Н.К.Бекалай, А.А.Елеманова. Основы теплоснабжения. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для  бакалавров всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика. - Алматы: АУЭС, 2012. - 11 с.

 

         Методические указания содержат основные требования к выполнению расчетно-графических работ. Указаны темы, подлежащие изучению, и приведены контрольные вопросы, даны рекомендации по методике решения расчетных задач, возникающих при проектировании и выборе основного оборудования ТЭЦ, при построении тепловой схемы системы теплоснабжения предприятия, при описании технологического процесса одного из производств.

        Методические указания предназначены для бакалавров всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Табл. 1, илл.2,  библиогр. – 6 назв.

 

Рецензент: канд. тех. наук, доц. М.Е.Туманов

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г.

 © НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

Сводный план 2012г., поз. 85

 

Введение 

Расчетно-графическая работа  предназначена  для углубления и закрепления знаний, полученных в курсе «Основы теплоснабжения», и приобретения навыков решения расчетных задач, возникающих при проектировании и выборе основного оборудования ТЭЦ, при построении тепловой схемы системы теплоснабжения предприятия, при описании технологического процесса одного из производств.

 

Вариант задания и параметры, необходимые для выполнения расчетно - графических работ выдаются  по таблице 1.1.

 

Таблица 1.1

 

№

Q нагрузка, МВт 

Район строитель-

ства ТЭС

 

 

 

 

Расход пара на произ

водство 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

Алматы

Балхаш

Барнаул

Владивосток

Иркутск

Караганда

Красноярск

Кустанай

Новосибирск

Омск

Самарканд

Семей

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

 

1 Расчетно-графическая работа №1

 

1.1 Цель расчетно-графической работы №1

 

Научиться рассчитывать тепловые нагрузки. Овладеть навыками построения годового графика тепловых нагрузок. Уметь выбирать основное оборудование ТЭЦ.

 

1.2 Задание на расчетно-графическую работу №1

 

     1.2.1  Рассчитать тепловые нагрузки.

     1.2.2  Построить годовой график тепловых нагрузок.

     1.2.3  Выбрать основное оборудование ТЭЦ.

 

1.3  Методические указания к выполнению задания на расчетно-графическую работу №1

 

1.3.1 Расчет тепловых нагрузок

 

Расчет тепловых нагрузок производится для четырех режимов работы теплоэлектроцентрали.

I-режим - максимально зимний, соответствующий расчетной температуре наружного воздуха, для проектирования отопления tрн.

     QI вычисляется как сумма максимальных нагрузок, заданных по заданию

                                              QQ+Q ,    МВт;                                       (1.1)

II-режим соответствует средней за наиболее холодный месяц температуре наружного воздуха tхмн и равен

                        

                                          QQ   ,     МВт                                   (1.2)       

                                        QQQ   ,     МВт,                                                             (1.3)    где  tв-температура внутри помещения по санитарным нормам;

III-режим - среднезимний, соответствует средней температуре наружного воздуха на отопительный период tсрн,

                                 QQ,МВт                                           (1.4)

                                   ;                                                       (1.5)    

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

                      QIV=QQQ, МВт,    (1.6)

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

 

1.3.2  Построение годового графика тепловых нагрузок

 

График строится на миллиметровой бумаге формата АЗ. По вертикальной оси в масштабе откладывается тепловая нагрузка Q , МВт, по оси абцисс: вправо - время  в часах (масштаб времени: 1 мм - 50 часов); влево - температура наружного воздуха от tрн  до  tв =180 С.

В левой части отложить зависимости Qот+в=f(tн) и Qг.в.с, затем, сложить и найти линию QТЭЦ=f(tн) (см. рисунок.2.1).

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

     Рекомендуется масштаб времени : 1мм - 50 часов.


        

Рисунок 2.1 - Годовой график тепловых нагрузок

 

1.3.3  Выбор основного оборудования ТЭЦ

 

Основное оборудование ТЭЦ выбирается по средней зимней нагрузке третьего режима – QIII. В справочной литературе для теплофикационных турбин, как характеристика регулируемых отборов, задается расход пара из отбора или расход тепла. В расчетно-графической работе для выбора турбины необходимо перевести количество тепла в эквивалентное количество пара из отборов.

         Для ориентировочных расчетов можно выбрать среднее давление PT=0,12 МПа и среднюю температуру t=1050С в теплофикационном отборе. Тогда, определив энтальпию пара iТ=2686 кДж/кг и конденсата iок= 439 кДж/кг по таблицам воды и водяного пара, найдем

                                       DТ=Qт /(iт-iок)n  , кг/с ,                                              (1.7)

         где  Qт - тепловая нагрузка, кВт

                  n=0,98 - КПД подогревателя.       

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

Выбор турбин производится по заданному расходу пара на производственные нужды – Dn, т/ч, причем вначале выбираются турбины типа  «П» 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.

                        

1.3.3.1  Выбор энергетических котельных агрегатов

 

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 производительности котельной установки с тем, чтобы при выходе из строя наибольшего по производительности котла, оставшиеся котлы обеспечивали максимальный отпуск тепла технологическим потребителям, а также отпуск тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в количестве, определяемом по II режиму.

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

В расчетно-графической работе количество котлов можно принять равным количеству турбин.

                 

1.3.3.2  Выбор пиковых водогрейных котлов

 

Основное оборудование ТЭЦ выбрано по нагрузке третьего режима, QIII. При этом ТЭЦ должна покрывать  нагрузки первого и второго режимов (QI, QII).

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

Теплопроизводительность и число ПВК выбирается 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=QI –QII , МВт.                                                   (1.8)

         По тепловой мощности выбираются типы ПВК.

 

         По выбранным основным оборудованиям ТЭЦ строится тепловая схема паротурбинной установки (см. рисунок 2.2)

 

2 Расчетно-графическая работа № 2

 

2.1 Цель расчетно-графической работы №2

 

Определение технико-экономических показателей турбоустановки. Уметь выполнять чертеж принципиальной тепловой схемы ТЭЦ и составлять техническое описание режима работы основного и вспомогательного оборудования.

 

2.2 Задание на расчетно-графическую работу № 2

 

2.2.1 Определить технико-экономические показатели турбоустановки.   

2.2.2 Вычертить на форматах А3 или А4 принципиальную тепловую схему ТЭЦ и составить техническое описание  режима работы основного и вспомогательного оборудования.

 

2.3 Методические указания к выполнению задания на расчетно-графическую работу №2

 

      2.3.1 Расчет технико-экономических показателей ТЭЦ

      Годовая выработка электрической энергии на ТЭЦ вычисляется по следующей формуле

                              ,                                           (2.1)

где Nуст – установленная мощность ТЭЦ;

       hуст – 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

                              ,                                               (2.2)

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 (см. рисунок 2.1).

Из рисунка 2.1 можно определить, например:

                              .                                (2.3)

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

Годовой отпуск тепла из производственных отборов турбин

                               ,                                  (2.4)

где iп – энтальпия пара при отборе при Рп и tп;

      iконд – энтальпия конденсата с производства tконд=700С.

В первом приближении годовой расход пара из энергетических котлов

                     ,                      (2.5)

где  - максимальная суммарная производительность котлов, определяемая по диаграммам режимов турбин для заданных Dп и Dотб по III режиму;

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

      τот – продолжительность отопительного периода.

Годовой расход условного топлива на энергетические котлы

                         ,                                  (2.6)

где iо, iпв – энтальпия острого пара и питательной воды;

       - теплотворная способность условного топлива;

      ηКА – КПД котлоагрегата.

 

Годовой расход условного топлива на ПВК

                                   .                                  (2.7)

Годовой расход условного топлива по отпуску тепла:

                        .                         (2.8)   

 

2.3.2 Расчет коэффициента полезного действия ТЭЦ

 

КПД по отпуску тепла ТЭЦ определяется по формуле

                                        ,                                                 (2.9)

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

      ηтр – КПД транспорта тепла, от98-99%;

      ηка – КПД котлоагрегата (из прототипа).

Годовой расход условного топлива на производство электрической энергии

                     .                    (2.10)

КПД ТЭЦ по отпуску электрической энергии определяется по формуле

                                 .                                                  (2.11)

Удельные расходы условного топлива по отпуску электрической энергии и тепла

                        и    .                      (2.12)

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

                                          .                               (2.12)

         По выбранным основным оборудованиям ТЭЦ и рассчитанным техническим описаниям режима работы основного и вспомогательного оборудования  строится тепловая схема паротурбинной установки (см. рисунок 2.2)

 Рисунок 2.2 Тепловая схема паротурбинной установки

  

Список литературы

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

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

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

4.     Тепловые и атомные электрические станции. Справочник / Под ред. В.А. Григорьева, В.М.Зорина. –М.: Энергия, 1982.

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

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