Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

 

 

 

ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ И АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ

для студентов всех форм обучения специальности

5В071700 – Теплоэнергетика

 

 

Алматы 2012 

СОСТАВИТЕЛИ: М.Б. Алиярова, Л.Р.Джунусова. «Централизованные и автономные системы энергоснабжения». Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071700 – Теплоэнергетика. - Алматы: АУЭС, 2012. - 15 с.

         

          Методическая  разработка содержат программу и методические   указания по изучению курса «Централизованные и автономные системы энергоснабжения» , варианты контрольных заданий, список рекомендуемой литературыр

          Разработка  предназначена для студентов бакалавриата  всех форм обучения специальности 5В071700 – Теплоэнергетика.

Табл. 7, илл.1, библиогр. – 8 назв.

  

 Рецензент: ст. преп. кафедры ТЭУ АУЭС Дубовик В.П.

  

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

   

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 

Задание на расчетно-графическую работу №1

 

Работа включает расчет расходов тепла на отопление, вентиляцию, технологические нужды и горячее водоснабжение промышленного района. Расчет следует обосновать ссылками на использованную литературу. В графической части изображается принципиальная тепловая схема ТЭЦ на формате А-3 и схема присоединения теплового абонента на формате А-4. Годовой график теплопотребления выполняется на миллиметровке формата А-4.

 

1 Задание

 

Рассчитать тепловые нагрузки промышленной ТЭЦ

1)     население, М. чел.;

2)     норма жилой площади на 1 жителя, е, м²/чел.;

3)     климатические условия города:

температура наружного воздуха:  

а) расчетная для отопления, t_но, ^oС

б) средняя самого холодного месяца,  t_н^м, ^oС

в) средняя за отопительный период, t^ср_н, ^oС

г) расчетная для вентиляции, t_нв, ^oС

д) продолжительность отопительного периода, τ_0, сут.;

         4) число часов использования установленной мощности, η, ч/год;

         5) характеристика промышленного предприятия:

а) установленная мощность печей, Р, кВт;

б) количество материала, поступающего на обработку, G_м, кг/с

в) расход пара,  D_п, т/ч;

г) доля возвращаемого конденсата, d_ок, %;

д) кратность воздухообмена в помещениях предприятия, m, 1/ч;

е) объем  промышленного предприятия,  V_п , м³

         6)  температура в подающей тепловой сети, t=150 ^oС

         7)  то же в обратной магистрали, t=70 ^oС

Варианты заданий приведены в таблице 1-3

Не приведенные в методических указаниях данные следует выбирать по соответствующей справочной литературе.

 

Таблица 1 – Норма жилой площади  на 1 жителя промышленного района (вариант задания к курсовой работе выбирается по первой букве фамилии студента)

 

Таблица  2 – Климатологические данные города (номер варианта выбирается по последней цифре номера зачетной книжки студента)

Вариант	Город	Продолж. отопительного периода	Отопительный период			Средняя самого холодного месяца
			Температура воздуха tн, oС
			Расчетная для проектирования		Сред.  отопит. периода tн,ср oС
			tно, oС	tнв, oС
1	Алматы	166	-25	-10	-2,1	-7,4
2	Актюбинск	203	-31	-21	-7,3	-15,6
3	Томск	234	-40	-25	-8,8	-19,2
4	Барнаул	219	-39	-23	-8,3	-17,7
5	Иркутск	241	-38	-25	-8,9	-20,9
6	Караганда	212	-32	-20	-7,5	-15,1
7	Кустанай	213	-35	-22	-8,7	-17,7
8	Москва	205	-25	-14	-3,2	-9,4
9	Уральск	199	-30	-18	-6,5	-14,2
10	Семипалатинск	202	-38	-21	-8,0	-16,2

 

Таблица 3 – Характеристики промышленного района  (номер варианта выбирается по предпоследней цифре номера зачетной книжки студента)

 

2  Методическое указание к выполнению расчетно-графической работы

 

Работу рекомендуется выполнять  в последовательности,  указанной ниже.

 

2.1 Определение тепловых нагрузок промышленного района

 

Теплофикационная нагрузка включает в себя расходы тепла на отопление жилых, общественных и производственных зданий, на вентиляцию зданий, на горячее водоснабжение и технологическое пароснабжение. Расчеты проводятся для 4-х режимов:

1 режим – соответствует температуре наружного  воздуха t_но, Q^I

2 режим – соответствует температуре самого холодного месяца t_н^м, Q^II

3 режим – соответствует температуре за отопительный период  t_н^ср , Q^III

4 режим – летний режим (отсутствуют отопительная и вентиляционная нагрузки)

 

2.1.1. Расход тепла на отопление.

Данный вид нагрузки определяется из расчета тепловых потерь зданий:

                                             Q₀ = q₀·V_н·(t_вр- t_н), кВт,                                         (1)

где    q_{0 -} - отопительная характеристика здания, кВт/(м³·К);

                  V_н – наружный объем здания, м³ ;

                  t_{вр –}  внутренняя температура,  ^oС;

                                t_н- наружная температура, ^oС.

Объем жилых и общественных зданий определяется по формуле:

                                           V_н = М·е·К_ж·(1+0.25), м³ ,                                       (2)

где    М – число жителей, чел;

                  е – норма жилой площади на 1 жителя,  м²/чел.;

                  К_ж – отношение наружного объема жилого фонда к жилой площади, в расчете принять равной 3 м³/ м².

Удельную отопительную характеристику зданий с учетом естественной  вентиляции ориентировочно можно рассчитать по следующей зависимости:

q₀= d·φ·V_н^-1/6, кВт/(м³·К),

где    d – коэффициент, учитывающий тип строительства (для расчета принять равным 2· 10^-3);

φ – коэффициент, зависящий от расчетной температуры наружного воздуха 

φ = (1.3- 0.01 ·t_но).

Внутренняя температура для жилых и общественных зданий принимается равной +18 ^O C, а для производственных - +16 ^O C.

В расчетах  q₀  принять равным:

- для производственных зданий q₀= 0.46-0.85 Вт/(м³·К);

- для жилых и общественных зданий q₀= 0.41-0.46 Вт/(м³·К).

 

2.1.2 Расход тепла на вентиляцию производственных помещений.

Тепло, расходуемое на вентиляцию производственных зданий, определяется по формуле:

                                            Q_в = х_в·Vп·(t_вр- t_нв), кВт,                                        (3)

где    х_{в –}  вентиляционная характеристика здания, кВт/(м³·К);

Vп- наружный объем производственных зданий,  м³;

                  t_{нв –}  расчетная температура наружного воздуха для вентиляции,^OC.

Вентиляционную характеристику можно рассчитать по соотношению:       

                                                 х_в =m ·c_в · (V_в/V_п),                                            (4)

где    m - кратность воздухообмена,  1/с;

                  С – теплоемкость воздуха,  равная 1,25 кДж/(м³·К);

                  V -  вентиляционный объем здания,  м³.

Отношение V_в/V_п  принять равным 0,9.

 

2.1.3. Расчет тепловыделения в производственных помещениях и расход тепла на нагрев материалов.

Тепловыделение в помещениях происходит от промышленных печей, вследствие перехода механической энергии в тепло, освещение, остывания изделий и т.д.

Тепло, выделяемое рабочими печами:

                                                 Q_пе = Р∙Ф∙Н, кВт,                                             (5)

где Р – установленная мощность печей, кВт;

          Ф – доля тепла, выделяющегося от печей в цех (0,2 – 0,3);

          Н – коэффициент одновременности работы печей (0,7 – 0,8).

Расход тепла на нагрев холодных материалов, поступающих в цех:

                                             Q_м=G_м∙с_м∙(t_вр – t_м), кВт                                         (6)

где G_м – количество поступающего материала, кг/с;

                с_м – теплоемкость материала (0,46 – 0,53), кДж/(кг∙К);

                t_м – температура материала, ºС (принять равной температуре наружного воздуха t_н).

  

2.1.4 Расход тепла на горячее водоснабжение.

Расчетный расход тепла на горячее водоснабжение жилых зданий:

                    Q_гв=ǽ_с∙ ǽ_н∙М∙У∙а∙( t_г – t_х)/86400, кВт,                (7)

где М – число жителей;

           У – норма потребления горячей воды, кг/сут∙чел.;

           а – теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг∙К);

           t_х – температура холодной воды (летом +15 ºС, зимой +5 ºС);

           t_г – температура холодной воды, 60 ºС;

          ǽ_н – коэффициент недельной неравномерности, принять равным 1,2;

          ǽ_с - коэффициент суточной неравномерности, принимаемый равным

1,7 –   2,0.

 

Расход тепла на горячее водоснабжение коммунально – бытового сектора Q_бк определение из ориентировочного расхода тепла на одного жителя 0,28 кВт/чел.

Q_бк=М∙0,28, кВт.                                                (8)

Тогда расчетная нагрузка на горячее водоснабжение промышленного района равна:

=Q_ге+Q_бк, кВт.                                              (9)

  

2.1.5 Годовой график теплопотребления.

Для определения расхода топлива, разработки режимов использования оборудования и графика регулирования отпуска тепла нужно построить годовой график теплопотребления. Он строится по данным расчета тепловой нагрузки промышленного района (1 – 9) и климатологическим данным, приведенным в таблице 2. Отопительный период определяется как продолжительность стояния в течение года среднесуточных устойчивых температур наружного воздуха t_н ≤ +8 ºС. Обычно график годового теплопотребления состоит из двух частей: левой и правой. По оси ординат откладываются величина тепловой нагрузки (см. рисунок 3.1), по оси абсцисс на левом графике откладываются значения наружной температуры t_н, на правом – продолжительность стояний определенных температурных градаций η_i /1/. Пример построения графика годового теплопотребления приведен на рисунке 3.1.

Суммарная нагрузка промышленного района Q определяется по очевидному соотношению:

 

                                   , кВт.                             (10)

        

 

1 – горячее водоснабжение, 2 – нагрев материалов, 3 – тепловыделение, 4 – отопление жилых зданий, 5 – отопление производственных зданий, 6 – вентиляция, 7 – суммарная нагрузка.

Рисунок 3.1 -  Построение графика годового теплопотребления  промышленного района

 

 

Задание на расчетно-графическую работу № 2

 

Работа включает выбор основного и вспомогательного оборудования  источника теплоснабжения.

 

Выбор основного оборудования ТЭЦ

 

1 Выбор турбин

Теплофикационные турбины выбираются по 3 режиму, т.е. мощность теплофикационных отборов выбранных турбин должна быть равна нагрузке, соответствующей средней температуре наружного воздуха за отопительный период .

Технологический пар с давлением Р_п и расходом D_п может отпускаться из производственных отборов турбин типа ПТ или Р. Сначала выбирают турбины типа ПТ, а затем типа - Т. Давление острого пара должно быть одинаковым (из условия однотипности паровых котлов).

При выборе турбоустановок рекомендуется руководствоваться нижеследующими положениями:

а) выбираются турбины типа ПТ (с промышленными и теплофикационными отборами), число которых определяется заданным значением D_п.

n_пт= D_п/,

где D_п – заданное значение в таблице 3;

      – расход пара в производственный отбор турбины типа ПТ.

При выборе оборудования следует использовать характеристики турбоагрегатов, приведенные в таблице 4. Недостающие данные принять [1,5,6].

б) данные из таблицы 4 использовать для построения процесса расширения пара в h-s – диаграмме и определения мощности теплофикационного отбора:

                                              =D_т∙(h_т – h_ок), кВт,                                         (1)

где D_т – расход пара в теплофикационный отбор, кг/с;

h_т – энтальпия пара теплофикационного отбора при среднем давлении в отборе Р_т (определяется по h-s – диаграмме без учета дросселирования острого и пара отбора). Оценочно можно принять h_т=2680 кВт/кг;

h_ок – энтальпия обратного конденсата, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [7] без учета переохлаждения по давлению Р_т на линии насыщения. В расчетах можно полагать h_ок=400 кДж/кг.  

Суммарная теплофикационная мощность турбин типа ПТ будет равна:

.

В случае, если <, недостающая тепловая нагрузка обеспечивается турбинами типа Т. Расчеты мощности теплофикационных отборов проводятся по зависимости (1) аналогично, как для ПТ – турбоустановок.

В случае, если >, следует уменьшить число турбин типа ПТ, а недостающую производственную нагрузка обеспечить турбинами типа Р.

  

 Таблица 4 – Характеристики некоторых типов паротурбинных установок.

	Давление пара в регулир.отборах МПа	7	14	0,006		0,0089		0,0457		0,002		0,0456
		6	13	0,118		0,118		0,093		0,0784		0,098
		5	12	0,333		0,383		0,211		0,272		0,263
		4	11	0,559		0,637		0,686		0,531		0,498				0,6		0,8
		3	10	1,27	0,588	1,27	0,588	1,4		1,11	0,588	1,08	0,588			1,1		1,38
		2	9	2,55		2,18		2,17		2,13		2,09				2,16		2,12
		1	8	4,41		3,72		3,33		3,29		3,24				3,6		3,17
	Давление отрабо-тавшего пара Рк МПа		7	0,0049		0,0049		0,00343		0,0053		0,0049		0,0049		1,44		1,47
	Макс. расход пара через турбоустановки D0,т/ч		6	392		407		300		460		260		912		470		760
	Расход пара в регул. отборах Dп/Dт т/ч		5	250	180	250	160	160	115		290		170		600	369		595
	Давление в регулир. отборах Рп/Рт МПа/МПа		4	1,27	0,069-0,245	1,27	0,069-0,245	0,6	0,049-0,245		0,059-0,245 0,049-0,196		0,059-0,245 0,049-0,196		0,055-0,112
	Начал. Пара-метры P0/t0 МПа/ºС		3	12,75	565	8,82	535	12,75	565	12,75	565	12,75	565	23,54	660	12,75	565	12,75	565
	Номинал. мощ. N МВт		2	60		60		60		100		60		250		50		100
	Наименование		1	ПТ-60-130/13		ПТ-60-90/13		ПТ-60-130/7		Т-100-130		Т-60-130		Т-250/300-240		Р-50-130-31		Р-100-130/15

3  Выбор энергетических котлов

 

После выбора турбин параметры острого (свежего) пара и расходы на каждую турбину известны. Выбираемые котлы должны производить пар таких же параметров и обеспечивать суммарный расход пара на турбоагрегаты в номинальном режиме ∑D_oi (см. таблицу 5).

 

Таблица 5- Характеристики некоторых типов котельных агрегатов

	Тип котлоагрегата		Dпп/N т/ч МВт	Рпв/Рпп, МПа	tпе, ºC	Топливо
	По ГОСТ 3619-69	Заводская маркировка
1	Е-220-100	ТП-13/А	220	9,81	540	Камен.угли
2	Е-220-100ГМ	ТГМ-151/В	220	9,81	540	Газ, мазут
3	Е-230-100КМ	ТГМ-157/СО	230	9,81	540	Газ, мазут
4	Е-420-140	ТП-86/А	420	13,7	570	Донецк.уголь Газ
5	Е-480-140ГМ	ТГМ-96	480	13,7	570	Газ, мазут
6	Е-500-140	ТП-92	500	13,7	570	Камен.уголь Газ
			150	3,14	570
7	Е-640-140Ж	ТП-103	640	13,7	580	Промпродукт
			200	2,18	550
8	Е-1650-175	ТП-1650/175	1650	17,0	540	Силеаск. Камен.уголь
				4,0	540
9	П-950-225Ж	ТПП-210/А	1000	25,0	545	АШ,тощие угли
			300	3,62	545
10	Е-110-100	ПК-20-2	110	9,81	540	Бурые угли Газ
11	Е-220-100	ПК-10-2	220	9,81	540	Промпродукт Камен.угли
12	Е-660-140	П-60	660	13,7	545	Бурые угли
					545
13	П-270-140	ПК-38-4	270	13,7	570	Тощие и бурые угли
					570
14	П-640-140	ПК-40-1	640	13,7	570	Камен. угли
			200		570
15	П-950-225ГМ	ПК-41-1	950	25,0	565	Газ, мазут
			300		570
16	Е-120-100ГМ	БКЗ-120-100ГМ	120	9,81	540	Газ, мазут
17	Е-160-100ГМ	БКЗ-160-100ГМ1	160	9,81	540	Газ, мазут
18	Е-210-140	БКЗ-210-140-7	210	9,81	560	Камен.уголь Бурый уголь
19	Е-220-100	БКЗ-220-100ПГ	220	9,81	540	« - »
20	Е-320-140ГМ	БКЗ-320-140ГМ1	320	13,7	560	Газ, мазут
21	Е-420-140ГМ	БКЗ-420-140ГМ	420	13,7	560	Газ, мазут
22	Е-640-140	БКЗ-640-140ГМ1	640	13,7	545	Назаровский бурый уголь
					545

 

Число котельных агрегатов должно удовлетворять условию обеспечения теплом в расчетно – контрольном режиме 2 при выходе из строя одного из них.

 

4 Выбор пиковых водогрейных котлов

 

Тепловая нагрузка 1 и 2 режимов покрывается пиковыми водогрейными котлами (ПВК). Тепловая мощность ПВК определяется:

 

Q_пвк=Q^I – Q^II, кВт         .                                              (2)

 

Характеристики ПВК приведены в таблице 6.

Отношение Q_Т∑/Q_Т∑+Q_пвк называют коэффициентом теплофикации α_т. Оптимальное его значение определяется на основе технико – экономических расчетов данной ТЭЦ. Для ТЭЦ большой мощности оптимальное значение α_т~0,4. В данной работе при выборе Q_пвк нужно исходить из условия α_т=0,4 – 0,6.

Таблица 6 – Характеристики некоторых типов водогрейных котлов

 

5 Выбор сетевых насосов

 

Сетевые насосы выбираются по напору и производительности, при условии выхода одного из строя, оставшиеся должны обеспечить 70 % расчетного расход сетевой воды. Минимальное число сетевых насосов – 2.

В данной курсовой работе расчет напора не производится, его следует ориентировочно принять в пределах 10 – 20 бар.

Расход сетевой воды (максимальный) в подающей магистрали определяется:

 

,                                     (3)

где  - суммарный расчетный расход воды на отопление и вентиляцию;

 - расчетный расход горячей воды.

 

Характеристики некоторых сетевых насосов приведены в таблице 7.

 

Таблица 7 – Характеристики сетевых насосов

 

Задание на расчетно-графическую работу № 3

 

 Работа включает расчет технико – экономических показателей. Расчет следует обосновать ссылками на использованную литературу. В графической части изображается принципиальная тепловая схема ТЭЦ на формате А-3 и схема присоединения теплового абонента на формате А-4

 

3       Задание

 

Определить технико – экономические показатели по следующим исходным данным промышленного района.

 

3.1 Расчет технико – экономических показателей и расхода топлива

 

ТЭЦ обеспечивает теплоснабжение на основе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии W_э. Технико-экономические показатели рассчитываются в расчетном режиме при номинальной электрической мощности. Расход тепла на турбоустановку равен:

 

                                               Q_ту=D₀∙(h₀ – h_пв), МВт,                                           (1)

 

 где D₀ – расход острого пара, кг/с;

      h₀, h_пв – энтальпия острого пара и питательной воды, МДж/кг.

 

Расход тепла на теплоснабжение можно определить по следующему соотношению:

 

                    , МВт,               (2)

 

где  - производственный отбор пара, кг/с;

 - теплофикационный отбор пара, кг/с;

 - доля возвращаемого конденсата от производства, %;

, , , ,  - соответственно энтальпии в МДж/кг пара производственного отбора, питательной воды, пара теплофикационный отбор, конденсата, возвращаемого с производства, конденсата в сетевых подогревателях.

Коэффициент полезного действия (КПД) по выработке электрической энергии η_ту равен:

                                                          η_ту=,                                                      (3)

Расход условного топлива на турбоустановку:

 

                                                   , кг/с,                                               (4)

 

где  - низшая теплота сгорания условного топлива, равная 29,330 МДж/кг.

  

Список литературы 

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: МЭИ, 2001.- 472с.

2. Дукенбаев К.Д. Нурекен Е. Энергетика Казахстана (технический аспект). -Алматы:, 2001.-312с.

3.Фирменный стандарт. Работы учебные. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию. – Алматы: АИЭС, 2002. – 34с.

4.Трухний А.Д. и др. теплоотдача и энергетическая эффективность трубчатых поверхностей теплообмена.- М.: Изд-во МЭИ, 2003.-63с.

5.Тепловые и атомные электрические станции: Справочник/Под общ. Ред. А.В.Клименко, В.М. Зорина.-2-е изд., перераб.- М.:  Издательство МЭИ, 2003.- 825с.

 6.Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник (под  редакцией А.В.Клименко, В.М.Зорина). – М.:Издательство МЭИ, 2004 (Теплоэнергетика и теплотехника; кн. 4).

7.Тютебаева Г.М. Энергетические установки электростанций.  – Алматы: АИЭС, 2004. – 22с.

8.Дукенбаев К.Д. Энергетика Казахстана. Условия и механизмы ее устойчивого развития. - Алматы:, 2004.- 604с.

9.Сериков Э.А. Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в  промышленном теплотехнологическом производстве. Учебное пособие. –   А.: Издательство, 2006.

10.Сибикин Ю.Д. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.-М.: «Академия», 2004, 2008, 2009г.

 

Содержание

Задание на расчетно-графическую работу №1                                                     3

1 Задание на выполнение РГР                   3

2 Методическое указание к выполнению  РГР                                                        5

2.1 Определение тепловых нагрузок промышленного района                               5

2.1.1 Расход тепла на отопление                                                                                5

2.1.2 Расход тепла на вентиляцию производственных помещений                       6

2.1.3 Расчет тепловыделения в производственных помещениях  и  расход тепла на нагрев материалов      6

2.1.4 Расход тепла на горячее водоснабжение                                                         7 2.1.5 Годовой график теплопотребления                                                                  7 Задание на расчетно-графическую работу №2                                                     8

Выбор основного оборудования ТЭЦ                                                                       8

1 Выбор турбин                                                                                                           8

2 Выбор энергетических котлов                                                                              11

3 Выбор пиковых водогрейных котлов                                                                  12

4 Выбор сетевых насосов                                                                                         12 Задание на расчетно-графическую работу №2                                                   13

3 Задание на выполнение  РГР              13 3.1 Расчет технико-экономических показателей и расхода топлива                   13

Список литературы                                                                                               14