Проектирование ТЭЦ

Проектирование ТЭЦ

Введение

Целью данной курсовой работы является проектирования ТЭЦ, который подразумевает: расчет тепла нагрузок на отопление сетевой и потпиточной воды, добавочной воды в ТЭЦ. После расчёта схемы производится загрузка турбин, котлов и составляется баланс пара различных параметров для подтверждения правильности выбора основного оборудования.

Исходными данными для проектирования ТЭЦ и расчёта тепловой схемы следующие величины:

число жителей (или расчетная нагрузка);

вид топлива, сжигаемого на предполагаемой ТЭЦ;

температура сетевой воды в подающей и обратной магистралях в расчётном режиме;

тип системы теплоснабжения (открытая или закрытая).

1. Расчет тепловых нагрузок

Расчёт тепловых нагрузок для промышленных предприятий производится, исходя из норм расхода тепловой энергии на производство единицы продукции, и здесь не рассматривается.

Что касается коммунально-бытовых нагрузок, то они делятся на три вида:

1. потребление теплоты на компенсацию теплопотерь зданий (отопление);

2.      расход теплоты на вентиляцию жилых и общественных зданий;

.        расход теплоты на горячее водоснабжение.

Максимальные тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий следует принимать по данным конкретных проектов нового строительства.

При отсутствии проектов допускается определять максимальные тепловые нагрузки (потоки) по формулам.

В работе ТЭЦ выделяется четыре режима:

1. Максимального теплопотребления, что соответствует отпуску теплоты при средней температуре самой холодной пятидневки (расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления).

2.      Режим, соответствующий отпуску теплоты при средней температуре за январь (наиболее холодный) месяц.

.        Режим отпуска теплоты при средней температуре за отопительный период.

4. Летний режим без нагрузки на отопление.

Далее приводится расчёт количества теплоты на коммунально-бытовые нужды в соответствии с.

В данной работе расчет ведется по первому режиму.

1.1 Расчет тепловой нагрузки на отопление Q_от^р

Максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий, соответствующий первому режиму, Вт, определяется по формуле

где q₀ - максимальный тепловой поток на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади, определяемый по расчетной температуре для проектирования отопления и характеристикам зданий [2] (см. Приложение А), Вт/м²;

А - общая площадь жилых зданий, м².

,

где m - число жителей;

f - норма жилой площади на одного жителя, м²;

k₁ - коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, при отсутствии данных следует принимать 0,25.

В течение отопительного периода отпуск теплоты на отопление изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, его можно определить по формуле

где  - расчетная температура воздуха внутри помещений,°С;

- температура наружного воздуха соответствующего режима,^°С;

- расчётная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления [3],°С.

Расчетная температура воздуха внутри жилых помещений принимается 18°С при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования систем отопления до минус 30°С или 20°С при  ниже минус 30°С. Усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемых производственных зданий принимается 16°С.

Данные по температурам наружного воздуха некоторых городов приведены в Приложении.

Расчетный период отпуск тепловой энергии в соответствии с температурой наружного воздуха которая набирается за 5 наиболее холодных дней -39 для города Барнаула.

Q_от^р(max)=q₀*A (1+k)=m*F

где m-число жителей; F-коэффициент учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий

Принимается 20 м² на одного жителя.; A=135*10³*20=2700*10³; q₀ - укрепленный максимальный с м² ; q₀=95; ; к - учитывается число общественный зданий.

Q_от^р(max)=95*2700*10³(1+0.25)=320.6*10³

1.2 Расчет тепловой нагрузки на горячую воду

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, Вт, рассчитывается по формуле

где а - норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55°С на одного человека в сутки в жилых зданиях, л/сут∙чел., принимаемая в зависимости от степени комфортности зданий в соответствии со СНиП 2.04.01-85^*;

b - то же в общественных зданиях, принимается 25 л/сут∙чел.;

- температура холодной (водопроводной) воды, при отсутствии данных в отопительный период принимается 5°С, в неотопительный 15°С;

с - средняя теплоёмкость воды, кДж/(кг∙К); для практических расчетов теплоемкость воды можно принимать равной 4,19 кДж/(кг∙К).

Q^з_г.вс==55.2 Мвт

Q_г.вс^л=*0,6=44.1 МВт

1.3 Суммарный расход теплоты на теплофикацию

Теплофикационная нагрузка ТЭЦ включает расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Максимальная теплофикационная нагрузка, МВт, определяется по формуле

.

Q_т^max=320.6+55.2=375.8 МВт

Для установления экономичного режима работы теплофикационного оборудования, загрузки основного и пикового оборудования, а также различных технико-экономических исследований необходимо знать длительность работы системы теплоснабжения при различных режимах в течение года. Для этого строят графики продолжительности тепловой нагрузки (графики Россандера).

2. Выбор основного оборудования

тепловой вода турбина паровой

2.1 Выбор паровых турбин

В состав основного оборудования входит электрические котлы и турбины.

Тип устанавливаемых турбин определяется структурой тепловых нагрузок. На ТЭЦ, как правило, устанавливают паровые турбины типа ПТ, Т и Р. Единичная мощность и тип теплофикационных агрегатов выбирается на основе технико-экономического обоснования и с учетом перспективного роста тепловых нагрузок.

Из-за неравномерности теплофикационной нагрузки в течение года (см. рис. 1) выбор турбин производят, исходя из покрытия ими (из теплофикационных отборов) части максимума суммарной тепловой нагрузки. Эта часть определяется коэффициентом теплофикации a_ТЭЦ. Оставшуюся часть теплофикационной нагрузки покрывают за счет пиковых котлов или от редукционно-охладительных установок (РОУ).

Турбины с производственным отбором (П-отбором) пара выбираются с учетом длительного использования этого отбора в течение года и устанавливаются в качестве головных. При выборе турбин с П-отбором необходимо учитывать параметры требуемого внешним потребителем технологического пара.

Турбина с противодавлением выбирается для покрытия базовой части производственной паровой и отопительной нагрузок [5, 6].

Q_т^р(max)=Q_от^р+Q^з_г.вс=320,6+55,2=375.8 МВт

Д_т==171 =618 т/ч

Q_от^р=320.6 МВт

Q_г.вс^з=55.2 МВт

Для покрытия производственной нагрузки выбираем

Характеристика:

Мощность номинальная - 80 МВт

Расход свежего пара - 470 т/ч

Максимальная мощность - 100 МВт

Давление свежего пара - МПа - 12.8

Рп (производственный отбор) МПа - 0.13 - 1.6

Рт (отопительный отбор) МПа - 0.118 - 0.245

Давление пара в конденсаторе МПа - 0.003

Расход охлаждающей воды т/ч - 8000

2.2 Выбор котлов

При выборе котлов необходимо учитывать параметры пара, а также характеристики проектного топлива. Параметры пара на выходе из котла должны быть выше, чем перед турбиной, на величину потерь давления и температуры в паропроводах.

Если давление пара не выше 17 МПа, то применяются барабанные котлы с естественной циркуляцией; при более высоком давлении устанавливают прямоточные котлы. Как правило, на ТЭЦ устанавливают котлы барабанного типа.

На конденсационных и теплофикационных электростанциях применяются, как правило, блочные схемы (котел-турбина). На ТЭЦ с преобладающей паровой нагрузкой при соответствующем обосновании могут применяться схемы с поперечными связями.

Паропроизводительность котельных агрегатов, устанавливаемых в блоке с турбоагрегатами, выбирается по максимальному пропуску острого пара через турбину с учетом расхода пара на собственные нужды. Суммарная паропроизводительность котельных агрегатов, устанавливаемых на электростанциях с поперечными связями, должна быть не менее максимального расхода пара машинным залом с учетом максимального расхода пара на собственные нужды.

Котлы выбираются по параметрам свежего пара, по характеристикам топлива.

Выбираю котлы:

) Е - 360 - 13.8 - 560 КБТ (БКЗ - 360 - 13.8 - 1С)

) Е - 500 - 13.8 - 560 КТ (ТПЕ - 430).

3. Расчет тепловой схемы подготовки сетевой и потпиточной воды

Принципиальная тепловая схема в условных обозначениях отображает технологический процесс пароводяного тракта тепловой электрической станции в однониточном исполнении. Основой тепловой схемы является регенеративная схема турбоустановки. Принципиальная схема составляется на стадии расчётов и технико-экономического обоснования строительства источника энергоснабжения. Кроме регенеративной схемы показывается схема подготовки и отпуска тепловой энергии на производственные и коммунально-бытовые нужды, а также схема подготовки добавочной воды для восполнения потерь пара и конденсата в цикле ТЭЦ.

Элементы тепловой схемы изображают в соответствии с требованиями ГОСТ 21.403-80, а также ОСТ 108.001.105-77 (см. Приложение Д).

На рис. 2 приведена принципиальная схема промышленно-отопительной ТЭЦ с турбинами типа ПТ и Т. В данном случае изображена тепловая схема ТЭЦ с поперечными связями, где показаны регенеративные схемы турбин, а также подготовка сетевой, подпиточной и добавочной воды.

Дегазация подпиточной воды для тепловых сетей на данной схеме производится в вакуумных деаэраторах. Добавочная вода для цикла ТЭЦ освобождается от агрессивных газов сначала в атмосферных деаэраторах, после чего подаётся в поток основного конденсата и вместе с ним поступает в деаэраторы питательной воды повышенного давления.

При подготовке добавочной воды используется теплота продувочной воды котла.

В схеме используется как пар из отборов турбин, так и пар, полученный от редукционно-охладительных установок (РОУ).

3.1 Принципиальная тепловая схема ТЭЦ

При расчёте расхода теплоты на ТЭС необходимо учитывать нагрев воздуха перед воздухоподогревателями котла для исключения низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева котлов. Для этого на ТЭС устанавливаются калориферы. Кроме того, следует учитывать расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение цехов и зданий цехов самой ТЭС, так называемые расходы теплоты на собственные нужды.

Конденсат, возвращаемый с производства, проходит химводоподготовку, где производится освобождение его от нефтепродуктов, соединений железа (при необходимости) и подаётся в деаэратор добавочной воды. Далее добавочная вода подаётся в поток основного конденсата станции.

.12 Расчет расхода сетевой воды на отопление

Расчётные расходы воды, кг/с, следует определять по формулам:

на отопление

,

G_от^св====3248.5 т/ч

Q_от^р=G_от^св*С(t_n-t₀)= 3248,5 *4.2 (150-70)=1091496

где  - максимальный расход теплоты на отопление, кВт;

 и  - температуры сетевой воды, соответственно, в подающем и обратном трубопроводе тепловых сетей в расчётном режиме, °С;

3.3 Расчет сетевой воды на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения

,

G_г.вс^св= =

где  - максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение, кВт;

на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

средний, при параллельной схеме присоединения подогревателей ГВС

3.4 Расчет суммарный расчётный расход сетевой воды

В двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

,

G_т^св=3248,5 +=4191.3

где  - коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления (см. табл. 1). При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент  принимается равным 0.

3.5 Расчет расхода потпиточной воды

Подпиточная вода восполняет потери воды в тепловых сетях.

Расход подпиточной воды при открытой системе теплоснабжения, кг/с, определяется по формуле

где - расчетный расход воды на горячее водоснабжение, кг/с;

G_ут - утечки в тепловых сетях через неплотности, кг/с.

Для участков тепловых сетей длиной более 5 км от источников теплоты без распределения теплоты расчетный расход воды в утечки следует принимать 0,5% фактического объема воды в этих трубопроводах:

где V_тс - объём воды в тепловых сетях, м³.

В соответствии с [4] объём воды в тепловых сетях при отсутствии данных следует принимать равным 65 м³ на 1 МВт расчетной тепловой нагрузки при закрытой системе теплоснабжения, 70 м³ на 1 МВт - при открытой системе и 30 м³ на 1 МВт - при отдельных сетях горячего водоснабжения.

Если в схеме подготовки подпиточной воды задействована химводоподготовка, то при расчете расхода подпиточной воды () первое слагаемое () умножается на коэффициент 1,2.

При закрытой системе теплоснабжения расход подпиточной воды равен расчетному расходу воды в утечки через неплотности (G_ут).

G_под=G^з_г.вс= т/ч

3.6 Расчет температуры потпиточной воды после В.П.

T_вп=5⁰ С+

По характеристики турбин:

Q_вп=11.2 МВт

Турбины две значит умножить на 2

.2*2=22.4 МВт = Q_вп

t_вп=5+=10

3.7 Расчет расхода пара на пароводяной подогреватель

Д_пвп=

где, h_пвп=2700; h_пвп=500; С=4.2; t^вп=29.27

Д_пвп==43.9 т/ч.

3.8 Расчет расхода греющей среды на вакуумный деаэратор

Схема подготовки подпиточной воды определяется качеством исходной воды, а также системой теплоснабжения (открытая или закрытая).

Качество подпиточной воды для открытых систем теплоснабжения должно отвечать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая», СанПиН 2.1.4.1074 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (с изменениями в СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения») и правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей Минэнерго России.

Для подготовки подпиточной воды на ТЭЦ, как правило, используются встроенные пучки (ВП) конденсаторов турбин. Величина тепловой нагрузки встроенного пучка может быть разной (у некоторых турбин нет ВП). После встроенного пучка вода поступает в пароводяной подогреватель, где нагревается до 25÷40°С (температура ограничена условиями работы с ионообменными смолами), далее, при необходимости, уменьшается жесткость воды в цехе химводоочистки (ХВО), а затем вода дегазируется в вакуумном деаэраторе. После вакуумного деаэратора подпиточная вода направляется или сразу на всас сетевых насосов, или в баки-аккумуляторы. Греющей средой для вакуумного деаэратора обычно является вода после основных сетевых подогревателей. Принципиальная схема подготовки подпиточной и сетевой воды с вакуумным деаэратором приведена на рис. 4.

В вакуумном деаэраторе разрежение поддерживается паровым эжектором. Температура греющей воды определяется графиком температур сетевой воды (рис. 3). Для нормальной деаэрации температура греющей воды должна быть не ниже 100ºC, при более низкой температуре воды после основных подогревателей она догревается. При поступлении в деаэратор греющая вода вскипает, и образующийся при этом пар прогревает исходную подпиточную воду до температуры насыщения при давлении в деаэраторе. Разница между температурой воды, поступающей на деаэрацию, и температурой насыщения при давлении в деаэраторе не должна превышать 20ºC.

Расчет расхода подпиточной воды, подаваемой на деаэратор

Расход подпиточной воды, направляемой на деаэрацию, кг/с, определяется из системы уравнений материального и теплового баланса деаэратора и рассчитывается по формуле

где  - температура потпиточной воды после атмосферного деаэратора, для атмосферного деаэратора 104°С;

температура потпиточной воды перед деаэратором, °С; для атмосферного деаэратора принимается в пределах 85÷90°С;

 - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду

G_гр=

G_подп=

где, t_д=50; t_хво=30; t_ов=120

G_гр=

3.9 Расчет температуры сетевой воды в узле смешение перед основными сетевыми подогревателями

t_см=

G_обр=G_св-G_подп

G_обр=4191,3-=3248,5

t_см==

3.10 Расчет расхода греющего пара на основные сетевые подогреватели

Д_оп=

h_т-h_т^’=2200

G_оп=G_св+G_гр=3248.5+269+942,8=4460.3

Д_оп==472.5 т/ч

4. Выбор вспомогательного оборудования

.1 Расчет расхода топлива на котлы

ВQ_н^р*?_ха=Д_ка(h₀-h_пв)+G_пр(h_пр-l_пв)

G_пр=2% Д_ка

Для Е-360-13.8-560КБТ (БКЗ-360-13.8-1С)

В=== 39 т/ч

где, h₀ = 3500; h_пв=230*4.2; h_пр=1640; Q_н^р=25.33; ?_ха=0.93; G_пр=2% от 360=7.2; G_пр=2% от 500=10

Для Е-500-13.8-560КТ (ТПЕ-430)

В=

4.2 Расчет объема воздуха и выбор дутьевого вентилятора

V_дв=К_з*В*V_в⁰(α_т-∆α_т-∆α_пл+∆α_вп)*

V_в⁰=0.0889*(С^р+0.375*S_ор^р_+к)+0.265*Н^р-0.0333*О^р

V_в⁰=0.0889*(66+0.375*0.8)+0.265*3.5-0.0333*3.5=6.7

где, α_т=1.2; ∆α_т=0.1; ∆α_пл=0.05; ∆α_вп=0.1; К_з=1.1

В-Е-360=39

В-Е-500=55.9

Для Е-360-13.8-560КБТ (БКЗ-360-13.8-1С)

V_дв=1.1*39*6.7*(1.2-0.1-0.05+0.1)*1.1=363,59*10³м³/ч

4.3 Выбор дутьевых вентиляторов

Для Е-360-13.8-560КБТ (БКЗ-360-13.8-1С)

,59*10³=363590 м³/ч

:2=181795 м³/ч

берем вентилятор типа ВДН - 20 производительность 215 тыс. м³/ч

Для Е-500-13.8-560КТ (ТПЕ-430)

.1*10³=521100 м³/ч

:2=260550 м³/ч

берем вентилятор типа ВДН - 24 производительность 275. тыс. м³/ч

4.4 Выбор дымососов

V_дг=К_з*В*(V⁰_г+(α_д-1)*V_в⁰)*

V_г⁰=V_N2⁰+V_R02⁰+V_H20⁰

V_N2⁰=0.79*V⁰+0.008*N

V_Ro2⁰=1.866*

V_H20⁰=0.111*H^p+0.0124*W^p+0.0161*V⁰ м³/ч

V_N2⁰=0.79*6.7+0.008*0.2=2.98604+0.0016=5.2 м³/ч

V_R02⁰=1.866* м³/ч

V_H20⁰=0.111*3.5+0.0124*8.5+0.0161*6.7 = 0.547 м³/ч

V_г⁰=6.9 м³/ч

Для Е-360-13.8-560КБТ (БКЗ-360-13.8-1С)

V_дг=1.2*39*(6.9+(1.4-1)*6.7)*1.1 = 493 м³/ч

Выбираем дымосос ДН-26

Для Е-500-13.8-560КТ (ТПЕ-430)

V_дг =1.2*55.9*(6.9+(1.4-1)*6.7)*1.1=706.8 м³/ч

где, t_д.г.=120⁰; α_д=1.4; К_з=1.2.

Список литературы

1.   СТО ИрГТУ.005-2007. Система менеджмента качества. Учебно-методическая деятельность. Общие требования к оформлению текстовых и графических работ студентов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 34 с.

2.      Никифорова С.В., Сушко С.Н., Воронков В.В. «Тепловые и атомные электрические станции. Расчет тепловых схем ТЭЦ». Учебное пособие.

3.      С.В. Никифорова «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций». - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - 87 с.