Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра теплоэнергетических установок
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС
Методические указания к выполнению расчетно-графических работ
для бакалавров, обучающихся по специальности
5В0717 – «Теплоэнергетика» специализация Тепловые электрические станции
Алматы 2011
СОСТАВИТЕЛИ: Г.М. Тютебаева, А.А. Кибарин, Т.В.Ходанова Эксплуатация основного оборудования ТЭС. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для бакалавров, обучающихся по специальности 5В071700 - «Теплоэнергетика», специализация Тепловые электрические станции - Алматы: АУЭС, 2011- 15 с.
Методические указания содержат рекомендации к выполнению расчетно-графических работ по эксплуатации оборудования ТЭС.
Ил. 7, табл. 8, библиогр. – 5 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, доц. Туманов М.Е.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.
©НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011г.
Введение
За последние три–четыре десятилетия произошли значительные изменения в характере и условиях эксплуатации оборудования тепловых электрических станций. Эти изменения были вызваны многочисленными причинами, главными из которых являются:
- неблагоприятные изменения структуры генерирующих мощностей и характера потребления электрической энергии в энергосистеме Казахстана;
- увеличение единичной мощности и числа энергоблоков, вводимых в эксплуатацию;
- внедрение прямоточных котлов сверхкритического давления (СКД), динамические характеристики которых отличаются от таких же характеристик прямоточных и барабанных котлов докритического давления.
Одной из серьезных и трудных в настоящее время в электроэнергетике является проблема надежного регулирования переменной части графиков электрической нагрузки энергетических систем. Трудность и сложность такого регулирования заключается в том, что маневренные характеристики современного энергооборудования не в полной мере соответствуют требованиям покрытия графиков потребления электроэнергии, отличающихся большой неравномерностью. В особенности это относится к таким характеристикам, как скорость повышения нагрузки и допустимая глубина разгрузки отдельных агрегатов.
Наилучшими маневренными свойствами обладают гидроэлектрические станции (ГЭС). Однако относительная доля ГЭС в общей структуре генерирующих мощностей Казахстана невелика. Вследствие этих обстоятельств возникла необходимость широкого привлечения тепловых электрических станций (ТЭС) к регулированию переменной части графика нагрузки, несмотря на то, что действующее оборудование их мало приспособлено к режимам быстрого изменения нагрузки и, как правило, не допускает длительных, глубоких разгрузок. Еще одной серьезной проблемой для ТЭС является использование непроектного топлива для котельных агрегатов, что связано с условиями поставки топлива, его ценой и т.д. Использование для многих котельных агрегатов Экибастузского угля привело к увеличению аварийности котельных агрегатов, из-за золового износа, и как следствие к снижению паропроизводительности котлов для снижения этого самого износа. Снижение паропроизводительности приводит к снижению электрической мощности и недовыработке электрической энергии.
Электрические станции работают по диспетчерскому графику нагрузки, который обычно прогнозируется заблаговременно (за день или несколько дней). Диспетчерский график нагрузки является законным для работы электростанции. Его невыполнение (срыв плана) засчитывается как авария или как брак в работе с соответствующими санкциями.
Целью выполнения расчетно-графических работ является закрепление знаний полученных в ходе изучения дисциплины.
1 Задание и методические указания к выполнению расчетно-графической работы №1
1.1 Задача 1
Найти максимальную скорость в газоходе котла в районе пароперегревателя (пп) или экономайзера (эк), при которой скорость золового износа не будет превышать J = 0,2 мм за 8000 часов работы. Расчет провести для равномерного поля скоростей bw = 1 и для неравномерного поля скоростей bw =1,25. Исходные данные для расчета взять в таблице 1.
Таблица 2
|
№ вари-анта |
Вид топлива |
Доля золы в уносе аун |
Содерж. горючих в уносе Сун,% |
Коэффиц. избытка воздуха a |
bm |
Темпе-ратура газов u, °С |
Диам труб D, мм |
Система пылепри-готовле-ния |
|
1 |
Донецкий |
0,95 |
2 |
1,3 |
1,2 |
560(эк) |
32 |
с ШБМ |
|
2 |
Экибастузский |
0,9 |
4 |
1,3 |
1,2 |
630(эк) |
42 |
с ММ |
|
3 |
Кизеловский |
0,8 |
3 |
1,24 |
1,24 |
800(пп) |
42 |
с ШБМ |
|
4 |
Донецкий |
0,95 |
3 |
1,34 |
1,15 |
580(эк) |
32 |
с ММ |
|
5 |
Экибастузский |
0,95 |
4 |
1,32 |
1,2 |
780(пп) |
42 |
с ШБМ |
|
6 |
Экибастузский |
0,9 |
3 |
1,4 |
1,23 |
500(эк) |
32 |
с ММ |
|
7 |
Донецкий |
0,8 |
5 |
1,31 |
1,24 |
530(эк) |
32 |
с ШБМ |
|
8 |
Кизеловский |
0,9 |
2 |
1,3 |
1,2 |
480(эк) |
42 |
с ММ |
|
9 |
Донецкий |
0,9 |
4 |
1,34 |
1,15 |
620(эк) |
42 |
с ШБМ |
|
0 |
Экибастузский |
0,8 |
2 |
1,28 |
1,25 |
750(пп) |
32 |
с ММ |
Методические указания для решения задачи
В основу расчета положить уравнение (1), полученное на основе экспериментальных данных (местный износ в шахматном пучке труб)
, мм, (1)
где а – коэффициент, зависящий от абразивных
свойств золы
(см. таблицу 2);
m – коэффициент, учитывающий износоустойчивость металла (для углеродистой стали m = 1, для легированной стали m = 0,7);
h - коэффициент вероятности ударов (см. таблицу 3);
bm и bw - коэффициенты неравномерности полей концентрации золы и скорости газа;
m - концентрация золы, г/м3;
w - скорость газа в узком сечении пучка труб, м/с;
t - время, час.
Таблица 2
|
Вид топлива |
Коэффициент абразивности золы, а |
|
Донецкий уголь |
0,54Ч10-5 |
|
Кизеловский уголь |
0,35Ч10-5 |
|
Экибастузский уголь |
0,95Ч10-5 |
Таблица 3
|
Наружный диаметр труб,мм |
32 |
42 |
||||
|
Система пылеприготовления |
Скорость газов, м/с |
|||||
|
5 |
10 |
15 |
5 |
10 |
15 |
|
|
С шаровой мельницей |
0,2 |
0,3 |
0,35 |
0,18 |
0,27 |
0,33 |
|
С молотковой мельницей |
0,3 |
0,36 |
0,48 |
0,26 |
0,36 |
0,44 |
Среднюю концентрацию взвешенных частиц в газовом потоке можно оценить по формуле
, (2)
где Ар – зольность рабочей массы топлива, %;
аун – доля золы, выносимой газами из топки;
Сун – содержание горючих в уносе, %;
Vг – обьем газа на 1кг сжигаемого топлива, м3/кг;
u - средняя температура газа в пучке, °С.
Так как в уравнении (1) скорость газов является аргументом для определения скорости износа, то задачу проще всего решить графическим способом. Для этого рассчитать износ при трех выбранных скоростях газов, а затем построить график J=f(w) (см. рисунок 1), по которому и определить допустимую скорость.
J w
Рисунок 1 - Зависимость скорости износа от скорости газов
1.2 Задача 2
Определить, насколько можно охладить изнутри камеру пароперегревателя (ПП) (см. рисунок 2). Исходные данные для расчета взять в таблице 4.
Таблица 4
|
Параметры |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
Наружный диаметр камеры ПП D, мм |
410 |
377 |
325 |
420 |
410 |
377 |
325 |
410 |
377 |
325 |
|
Толщина стенки, d, мм |
80 |
50 |
50 |
70 |
80 |
70 |
50 |
50 |
70 |
60 |
|
Остаточное давлен. P, Мпа |
7 |
8 |
3 |
4 |
8 |
9 |
2 |
3 |
8 |
5 |
|
Температура t, °С |
350 |
380 |
200 |
250 |
285 |
400 |
200 |
250 |
310 |
360 |
|
Диам. отверстий dхd, мм |
28х5 |
32х6 |
36х6 |
28х4 |
32х6 |
36х5 |
28х5 |
42х6 |
36х6 |
32х5 |
|
Продольный шаг tx, мм |
150 |
140 |
160 |
140 |
150 |
80 |
160 |
70 |
100 |
60 |
|
Поперечный шаг, ty, мм |
70 |
80 |
60 |
50 |
70 |
120 |
80 |
180 |
50 |
90 |
|
Коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
7000 |
4000 |
5000 |
6000 |
4000 |
6000 |
|
Марка стали |
12Х1МФ |
15Х1М1Ф |
20 |
15Х1М1Ф |
Х18Н10Т |
12Х1МФ |
15Х1М1Ф |
20 |
15Х1М1Ф |
Х18Н10Т |
Методические указания для решения задачи
В основу решения задачи положено уравнение для определения максимальной допустимой разности температур по условию допустимых напряжений
, (3)
где
- поправочный
коэффициент на тип теплового удара и конструкцию элемента (рисунок 3 ),
зависит от критерия Bi =a2d/l;
l - коэффициент теплопроводности (см. рисунок 4);
- коэффициент концентрации термических
напряжений, для кромок отверстий =2;
Рисунок 2 - Поперечное сечение камеры пароперегревателя
Рисунок 3 - Значение коэффициента fBi при ступенчатом изменении температуры среды
Рисунок 4 - Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для различных марок стали.
Фm- термомеханический параметр (Мпа/К), определяемый по формуле
, (4)
где Е - модуль упругости (см. рисунок 5), b - коэффициент линейного расширения (см. рисунок 6), m - коэффициент Пуассона обычно принимается равным 0,3.
Рисунок 5 - Зависимость модуля упругости от температуры для различных марок стали
Рисунок 6 - Зависимость коэффициента линейного расширения от температуры для различных марок стали
sдоп - допустимое термическое напряжение (МПа), при рабочей температуре (см. таблицу 6)
Таблица 6
|
Температура °С |
Марка стали |
|||
|
20 |
12Х1МФ |
15Х1М1Ф |
Х18Н10Т |
|
|
20 |
147 |
173 |
192 |
146 |
|
250 |
132 |
166 |
186 |
125 |
|
300 |
119 |
159 |
180 |
120 |
|
350 |
106 |
152 |
172 |
116 |
|
400 |
92 |
145 |
162 |
111 |
|
500 |
34 |
126 |
140 |
104 |
|
600 |
|
40 |
46 |
74 |
sр - напряжение от внутреннего давления (МПа), определяемое по формуле
sр=cр×Р×(Фw+1), (5)
где Фw – коэффициент, определяемый по формуле Фw = 2/(u2+1);
u = Dнар/Dвн – отношение наружного и внутреннего диаметров;
cр = f×cр - коэффициент концентрации напряжений с учетом поправки f (cр определяется по рисунку 7 в зависимости от конструктивных параметров);
f = 1 + 1,15×d2/(Dнар×d).
а) – при (tx-d)/tx<(ty-d)/ty;
б) – при (tx-d)/tx>(ty-d)/ty.
Рисунок 7 - Зависимость коэффициента концентрации напряжений от конструктивных параметров
2 Задание и методические указания к выполнению расчетно-графической работы № 2
2.1 Задача 3
Определить полные, удельные расходы топлива, а также частные КПД ТЭЦ по выработке электроэнергии и теплоты с тремя турбинами ПТ-80/100-130/13 при следующих условиях работы: электрическая мощность ТЭЦ Nтэц=270 МВт. Отпуск теплоты из промышленных отборов Qпр=240 МВт. Отпуск теплоты из отопительных отборов Qот=120 МВт. Начальные параметры пара у турбин – расчетные. Ро=12,75 МПа; tо=555 0С; Давление в промышленном отборе: Рпр=1,3 МПа. Среднее давление в отопительных отборах Рт=0,12 МПа.
Начертить принципиальную тепловую схему промышленно-отопительной ТЭЦ с турбоустановками ПТ-80/100-130/13 с резервированием промотбора. Показать подготовку подпиточной воды основного цикла и подпитку тепловой сети в случае применения открытой системы теплоснабжения.
Построить алгоритм пуска из холодного состояния энергоблока с барабанным котлом. Привести принципиальную пусковую схему.
Таблица 7 - Варианты заданий
|
Первая буква имени |
Электрическая мощность ТЭЦ, МВт |
Отпуск теплоты из промышленных отборов, Гкал/ч |
Отпуск теплоты из отопительных отборов, Гкал/ч |
|
Ц, У, К, Б |
120 |
180 |
Определить по диаграмме режимов |
|
Е, Н, Г, Ю |
150 |
270 |
|
|
Ш, Щ, З, Х |
180 |
180 |
|
|
Ф, В, А, П |
210 |
270 |
|
|
Р, О, Л, Д |
240 |
180 |
|
|
Ж, Э, Я,Ч |
135 |
90 |
|
|
С, М, И, Т, |
165 |
180 |
Методические указания для решения задачи и пример решения
Определить удельные и полные расходы топлива и частные КПД ТЭЦ по выработке электроэнергии и теплоты с двумя турбинами Т-105/120-130. ТЭЦ отпускает на отопление, промышленную вентиляцию и горячее водоснабжение Qoтп = 550 МВт. Коэффициент теплофикации для ТЭЦ αТЭЦ=0,65. Начальные параметры у турбин ТЭЦ расчетные: р0 = 12,75 МПа; t0 = 565° С. Электрическая мощность ТЭЦ NТЭЦ= 210 МВт. Среднее давление в отопительных отборах турбин в расчетном режиме рт=0,098 МПа.
Решение:
Задача может
быть решена разными методами. Один из них базируется на использовании
графических материалов по заводской диаграмме режимов турбины Т-105-130.
Отсутствие заводской диаграммы, а также стремление к использованию
аналитических выражений, особенно удобных при проведении расчетов с помощью
ЭВМ, требуют применения других методов решения. Имеются работы, в которых
дается полное аналитическое описание всех областей диаграммы, однако, для
многих экономических и проектных задач можно рекомендовать более простой, но
менее точный метод, базирующийся на использовании аналитических выражений для
энергетических характеристик турбин. В указанной работе приводятся два вида
аналитических энергетических характеристик: применяемая для теплофикационных
турбин УТМЗ и более общие энергетические характеристики, широко применяемые в
технико-экономических расчетах и представленные в таблице 8 для основных типов
теплофикационных турбин. Энергетическая характеристика для турбины
Т-105/120-130 имеет вид
(см. таблицу 8)
,
где NТ - теплофикационная мощность турбины, МВт;
рт - давление в теплофикационном отборе турбины, МПа;
N - общая электрическая мощность турбины, МВт;
QОТП - отпуск теплоты из отборов турбины, МВт;
QТУР - расход теплоты на турбину в данном режиме, МВт.
При заданном общем отпуске теплоты QОТП =550МВт и αТЭЦ=0,65 находим отпуск теплоты из отборов каждой турбины Т-105-130, предполагая, что тепловая нагрузка распределена между ними равномерно:
Теплофикационная мощность турбины
Расход теплоты на турбину при QT и NH в данном режиме работы
Таблица 5 - Энергетические характеристики турбин (аналитические уравнения)
|
Тип турбины |
Начальные параметры |
Уравнения энергетических характеристик турбин |
|
||
|
Р0, МПа |
t0 0C |
Мощность на базе теплового потребления, МВт |
Расход теплоты на турбину Qтур, МВт |
||
|
ПТ-60/75-130/13 |
12,75 |
565 |
|
|
|
|
ПТ-80/100-130/13 |
12,75 |
555 |
|
|
|
|
ПТ-135/165-130/15 |
12,75 |
565 |
|
|
|
|
Т-105/120-130 |
12,75 |
565 |
При работе со встроенным пучком
|
|
|
|
Т-175/210-130 |
12,75 |
555 |
|
|
|
|
Т-250/300-240
|
23,5 |
560/565 |
|
|
|
|
Р-50-130/13 |
12,75 |
565 |
|
|
|
|
Р-100-130/15 |
12,75 |
565 |
|
|
|
Расход топлива в котле в этом режиме
,
где
QНР -
теплота сгорания топлива, ГДж/кг; для условного топлива
QНР
= 29,33 ГДж/кг;
ηТ.П = 0,98 - КПД теплового потока, учитывающий потери теплоты в главных паропроводах от котла до турбины;
ηК.У=0,92 – КПД котельной установки (при работе на газе);
.
Доля расхода топлива на выработку и отпуск теплоты
,
где ηТ.Ф. - КПД теплофикационной установки, учитывающий потери теплоты при выработке и отпуске.
Доля топлива, пошедшая на выработку электроэнергии на ТЭЦ,
.
Определяют удельные расходы топлива на электроэнергию и теплоту и частные КПД ТЭЦ по выработке электроэнергии и теплоты. Для этого определяют выработку электроэнергии и отпуск теплоты за τр=1 ч:
;
;
;
.
Для сопоставления приводится решение той же задачи с помощью диаграммы режимов турбины Т-105-130. Находим по диаграмме режимов для турбины Т-100/120-130-3 расход пара в заданном режиме NН=105МВт; QT = 178,75 МВт; рТ = 0,098 МПа; DТУР = 442 т/ч; hП.В = 955 кДж/кг; при р0= 12,7 МПа и t0 = 565° С, h0 = 3515кДж/кг.
Расход теплоты на турбину
Таким образом, использование метода аналитической характеристики турбины дало отклонение от значения QТУР, определенного по диаграмме режимов
Такое расхождение для инженерных расчетов следует признать очень хорошим.
Список литературы
1. М.И. Баженов, А.С. Богородский. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые электростанции». – М., Энергоатомиздат, 1990. 128 с.
2. Елизаров П. П. Эксплуатация котельных установок высокого давления на электростанциях. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961.
3. Л.С.Стерман, В.М.Лавыгин, С.Г.Тишин. Тепловые и атомные электрические станции. - М.: Изд-во МЭИ, 2010. - 463 с.
4. Качан А. Д. Режимы работы и эксплуатации тепловых электрических станций. - Минск: Высш. шк., 1978.
5. Цвинар Л. Пуск паровых котлов. - М.: Энергоиздат, 1981.
Содержание
|
Введение |
3 |
|
1 Задание и методические указания к выполнению расчетно-графической работы №1 |
4 |
|
1.1 Задача 1 |
4 |
|
1.2 Задача 2 |
6 |
|
2 Задание и методические указания к выполнению расчетно-графической работы № 2 |
10 |
|
2.1 Задача 3 |
10 |
Сводный план 2011 г., поз. ____