Разработка схемы электроснабжения промышленного предприятия

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Промышленная теплоэнергетика"

Курсовая работа

по курсу

"Проектирование, монтаж и эксплуатация"

Выполнил: Вергелес С.В.

студент Vl курса

заочного факультета

гр. ТП_зс-14_а,

Проверил: Попов А.Л.

Донецк 2014

Содержание

 

Введение

1. Расчёт нагрузок

1.1 Расчёт величины годовых электрических нагрузок

1.2 Расчёт величины годовых тепловых нагрузок

1.3 Расчёт годового потребления электроэнергии

1.4 Расчёт годового потребления тепловой энергии

1.5 Расчёт коэффициента структуры энергопотребления

1.6 Построение графика коэффициента структуры энергопотребления

1.7 Определение предельного значения коэффициента структуры

2. Выбор схемы электроснабжения

3. Определение начальных параметров

4. Выбор основного оборудования

4.1 Выбор паровой турбины

4.2 Определение теплофикационного коэффициента для номинальных характеристик турбины

4.3 Выбор парогенератора

5.Определение режимов работы ТЭЦ и их анализ

5.1 Построение совместных графиков электрических нагрузок

5.2 Построение совместных графиков тепловых нагрузок

5.3 Анализ совместных графиков электрических и тепловых нагрузок

6. Технико-экономические показатели

6.1 Определение характеристик тепловой электроцентрали

6.2 Определение экономии топлива при энергоснабжении от ТЭЦ

6.3 Распределение топлива на ТЭЦ

6.4 Показатели работы ТЭЦ на теплофикационном режиме

6.5 Определение себестоимости энергии, отпускаемой ТЭЦ

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Крупные промышленные предприятия являются значительными потребителями различных видов энергии, в первую очередь электрической и тепловой. Например, металлургические заводы - в очень больших количествах сжатого воздуха. Такие предприятия могут получать каждый из потребляемых видов энергии раздельно от самостоятельных источников.

В месте с тем возможно получение электрической и тепловой энергии, а в отдельных случаях и сжатого воздуха от единого источника - собственной теплоэлектроцентрали предприятия.

Какой схеме энергоснабжения отдать предпочтение в отдельном конкретном случае можно решить лишь на основе тщательного технико-экономического расчёта.

схема электроснабжение себестоимость энергия

1. Расчёт нагрузок

1.1 Расчёт величины годовых электрических нагрузок

Величины годовых электрических нагрузок рассчитываем согласно заданному уравнению;

N=N_o+Acos () +Bsin (π),

где N_o-фиксированное значение электрической нагрузки, МВт;

А, В - постоянные коэффициенты;- текущая координата времени, ч.

Результаты расчётов предоставлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 Годовые электрические нагрузки.

t	No	A	t/2190	cos () Acos () Bt/8760sin (π) Bsin (π) N
0	116	68	0	1	68	115	0	0	0	184
365			0.17	0.87	59.16		0.04	0.13	14.95	190.11
730			0.33	0.50	34		0.08	0.26	29.92	179.99
1095			0.50	0.00	0		0.13	0.38	43.70	159.70
1460			0.67	-0.50	-34		0.17	0.50	57.50	139.50
1825			0.83	-0.87	-59.16		0.21	0.61	70.15	126.90
2190			1.0	-1.0	-68		0.25	0.71	81.65	129.60
2555			1.17	-0.87	-59.16		0.29	0.79	90.85	147.60
2920			1.33	-050	-34		0.33	0.87	100.05	182.05
3285			1.50	0.00	0		0.38	0.92	105.80	221.80
3650			1.67	0.50	34		0.42	0.97	111.55	261.55
t	No	A	t/2190	cos () Acos () Bt/8760sin (π) Bsin (π) N
4015			1.83	0.87	59.16		0.46	0.99	113.85	281.01
4380			2.0	1.0	68		0.50	1.00	115.00	229.00
4745			2.17	0.87	59.16		0.54	0.99	113.85	289.01
5110			2.33	0.50	34		0.58	0.97	111.85	261.55
5475			2.50	0.00	0		0.63	0.92	105.80	221.80
5840			2.67	-0.50	-34		0.67	0.87	100.05	182.05
6205			2.83	-0.87	-59.16		0.71	0.79	90.85	147.69
6570			3.0	-1.0	-68		075	071	81.65	129.65
6935			3.17	-0.87	-59.16		0.79	0.61	70.15	126.90
7300			3.33	-0.50	-34		083	050	57.50	139.50
7665			3.50	0.00	0		0.88	0.38	43.70	159.70
8030			3.67	0.50	34		0.92	0.26	29.90	179.90
8395			3.83	0.87	59.16		096	0.13	14.90	190.06
8760			4.0	1.0	68		1.0	0.0	0.0	184

По данным таблицы 1.1 построим график.

График предоставлен на рисунке 1.1

 

.2 Расчёт величины годовых тепловых нагрузок

Значения годовых тепловых нагрузок рассчитываем по заданному уравнению:

Q = Q₀ + Ccos () + Dcos (),

где Q₀ - фиксированное значение тепловой нагрузки, МВт

С,D - постоянные коэффициенты.

Результат расчётов приведён в таблице 1.2

Таблица 1.2 Годовые тепловые нагрузки.

t	Q0	C	t/4380	cos	Ccos	D	t/2190	cos	Dcos	Q
0	502	257	0.00	1.00	257	164	0.00	100	164	923
365			0.08	0.97	249.29		0.17	0.87	142.68	893.97
730			0.17	0.87	223.59		0.33	0.50	82	807.59
1095			0.25	0.71	182.47		0.50	0.00	0	684.47
1460			0.33	0.50	128.5		0.67	-0.50	-82	548.5
1825			0.42	0.26	66.82		0.83	-0.87	-142.68	426.14
2190			0.50	0.00	0.00		10	-1.00	-164	338.0
2555			0.58	-0.26	-66.82		1.17	-0.87	-142.68
2920			0.67	-0.50	-128.50		133	-0.50	-82	291.50
3285			0.75	-0.71	-182.47		1.50	0.00	0	319.53
3650			0.83	-0.87	-223.59		1.67	0.50	82	360.41
4015			0.92	-0.97	-249.29		1.83	0.87	142.68	395.39
4380			1.0	-1.00	-257		2.0	1.0	164	409.00
4745			1.08	-0.97	-249.29		2.17	0.87	142.68	395.39
5110			1.17	-0.87	-223.59		233	0.05	82	360.41
5475			1.25	-071	-182.47		2.50	0.00	0	319.53
5840			1.33	-0.50	-128.5		2.67	-0.50	-82	291.50
6205			1.42	-0.26	-66.82		2.83	-0.87	-142.68	292.50
6570			150	-0.002	-0.51		3.00	-1.00	164	338.0
6935			1.58	0	66.82		3.17	-0.87	-142.68	426.14
7300			1.67	0.50	128.5		3.33	-0.50	-82	548.50
7665			175	0.71	182.47		3.50	0	0	684.47
8030			1.83	0.87	223.59		3.67	0.50	82	807.59
8395			1.92	0.97	249.29		3.83	0.87	142.68	893.97
8760			2.0	10	257		4.0	1.0	164	923

По данным таблицы 1.2 построим график. График представлен на рис. 1.2

1.3 Расчёт годового потребления электроэнергии

 

Вычислим значение средней в течении года электрической нагрузки, МВт:

N_cp==

Вычисляем годовую выработку (потребление) электроэнергии, МВт/ч:

Э_г = N_ср*8760

Э_г = 189.2 * 8760 = 1657513.48 МВт/ч

1.4 Расчёт годового потребления тепловой энергии

Вычисляем значение средней в течении года тепловой нагрузки, МВт:

Q_cp =

= =

=509.31 МВт.

Вычисляем годовую выработку (потребность) в тепловой энергии по следующей формуле:

^Г = Q_ср * 8760 МВт/ч^Г = 509.31 * 8760 = 4461555.6 МВт/ч

 

.5 Расчёт коэффициента структуры энергопотребления

Коэффициент структуры энергопотребления рассчитан для всех значений Nи Qпо следующей формуле:

 

Результаты расчёта представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Результаты расчёта коэффициента структуры энергопотребления.

t	N	Q
0	184	923	0.19
365	190.11	893.97	0.21
730	179.99	807.59	0.22
1095	159.70	684.47	0.23
1460	139.50	548.50	0.25
1825	126.90	426.14	0.29
2190	129.60	338.00	038
3555	147.60	292.50	0.50
2920	182.05	291.50	0.62
3285	221.80	319.53	0.69
3650	261.55	360.41	0.72
4015	289.01	395.39	0.73
4380	299.00	409.00	0.73
4745	289.01	395.39	0.73
5110	161.55	360.41	0.72
5475	221.8	319.53	0.69
5840	182.05	291.50	0.62
6205	147.69	292.50	0.50
65.70	129.65	338.00	0.38
6935	126.90	426.14	0.29
7300	139.50	548.50	0.25
7665	159.7	684.47	0.23
8030	179.99	807.59	022
8395	190.11	893.97	0.21
8760	184	923	0.19

 

.6 Построение графика коэффициента структуры энергопотребления

В координатах мощность - время был построен график коэффициента структуры энергопотребления . Этот график представлен на рисунке 1.3. Величину среднего значения коэффициента структуры энергопотребления вычисляем на основе данных таблицы как среднеарифметическую:

Ψ_ср =  = 0.449;

где ψi - среднее значение коэффициента для і-го интервала времени, число разбиений временного интервала от 0 до 8760ч.

 

.7 Определение предельного значения коэффициента структуры

Для анализа работы электростанции необходимо знать величину предельного коэффициента структуры энергопотребления, которую можно определить:

Ψ_пр = ;

Ψ_пр =  = 0.93,

где  - коэффициент использования тепла в парогенераторах котельных;

 - КПД ТЭЦ на конденсационном режиме;

 - КПД ТЭЦ на теплофикационном режиме;

 - КПД станции;

τ - теплофикационный коэффициент;

 - доля теплофикационного теплоснабжения.

2. Выбор схемы электроснабжения

Существуют две схемы энергоснабжения: раздельная и комбинированная. В данном случае схема - комбинированная, т.к. ψ_ср<ψ_пр (0.449<0.930)

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема ТЭЦ.

Электрическая энергия вырабатывается в трёхфазном электрогенераторе, приводимом во вращение паровой турбиной, Q тепловая энергия из отборов турбины и РОУ.

3. Определение начальных параметров

Выполним для заданного значения параметры пара (давления) в отборе турбины, используемого для теплоснабжения. Предварительно считаем, что в отбор идёт сухой насыщенный пар, а от теплового потребителя в схему поступает кипящий конденсат. По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определяем энтальпии сухого пара  и кипящей воды . Так как Р_отб = 0.2 Мпа  = 2708.1 КДж/кг,  = 508 КДж/кг.

Из управления:

Находим энтальпию свежего пара на входе в турбину h₁:

h₁ = 0.449 * (2708.1 - 508) + 2708.1 = 3695.94 КДж/кг

Вычисляем значение энтальпии пара в конце адиабатного расширения :

,

где = 0.78 - относительный внутренний КПД турбины

 = 3695.94 - (3695.94 - 2708.1)  = 2429.47 КДж/кг

По значениям Р_отб и h₂на HS - диаграмме водяного пара находим значение энтальпии

₂ = 300 КДж (кг. град).

Так как S₂ = S₁ = 6.50 КДж (кг. град) и h₁известна, определяем значение начальных параметров

₁ = 300 бар = 30 МПа, T₁ = 670

4. Выбор основного оборудования

4.1 Выбор паровой турбины

Паровая турбина должна работать в номинальном режиме. Поэтому при выборе мощности турбины поступим так, чтобы турбин было несколько, а их суммарная мощность "ступеньками" покрывала график электрических нагрузок и суммарная мощность паровых турбин обеспечивая максимальную электрическую нагрузку.

Устанавливаем в 6 турбин Т - 50/130 со следующими значениями:

N = 50 МВт₁ = 12.75 МПа₁ = 565 ⁰С_к = 5.0 кПа_max = 260 т/ч

 

.2 Определение теплофикационного коэффициента для номинальных характеристик турбины

Для начальных параметров пара выбранной турбины Р₁ = 12.75 Мпа и t₁= 565⁰С по HS - диаграмме воды и водяного пара находим значение h_1,h₁ = 3520 КДж/кг. Зная h₁и заданное значение Р_отб, по HS - диаграмме воды и водяного пара определяем энтальпию теоретического процесса расширения отборнго пара h_2T=2515 КДж/кг.

Из выражения

_отб= h₁ - (h₁-h_2T) η_oi

определяем истинное значение энтальпии пара в отборе:

h_отб = 3520 - (3520 - 2515) 0.78 = 2736.1 КДж/кг

Теплофикационный коэффициент вычисляем по формуле:

τ = ;

.

4.3 Выбор парогенератора

На основе параметров турбины (Р₁ = 12.75 Мпа, t₁ = 565⁰С), с углом вида топлива (природный газ) выбираем 4 котла Е - 480 - 140 ГМ со следующими параметрами:

заводская марка ТГМ - 96;

температура t= 570 ⁰С;

КПД парогенератора η_пг = 93.45%

5.Определение режимов работы ТЭЦ и их анализ

5.1 Построение совместных графиков электрических нагрузок

Совместные графики состоят из графика N = f (t) - электрическая нагрузка, Т.е. заказ потребителя и N_т = f (t) - возможная выработка электроэнергии на тепловой станции в теплофикационном режиме.

Построение графика N_т = f (t) начинаем с нахождения значений N_т для всех тех же точек, что и при построении графика N_т = f (t).

Значения N_т определяются из уравнения N_т~Qгде τ - теплофикационный коэффициент. Расчёты сведены в таблицу 5.1

Таблица 5.1 - Результаты расчёта совместных электрических нагрузок.

№	t, ч	Q, МВт	τ	Nт, МВт
1	2	3	4	5
1	0	923	0.4	369.2
2	365	893.9		357.5
3	730	807.5		323
4	1095	684.4		273.7
5	1460	548.5		219.4
6	1825	624.1		170.44
7	2190	338.0		135.2
8	292.5		117
9	2920	291.5		116.6
10	3285	319.5		127.8
11	3650	360.4		144.16
12	4015	395.4		158.16
13	4380	409		163.6
14	4745	395.4		158.16
15	5110	360.4		144.16
16	5475	319.5		127.8
17	5840	291.4	0.4	116.6
18	6205	292.5		117
19	6570	338.0		135.2
20	6935	426.1		170.4
21	7300	548.5		219.4
1	2	3	4	5
22	7605	684.4		873.7
23	8030	807.5		323
24	8395	893.5		357.2
25	8760	923		369.2

Совместные графики построены в одной сетке координат.

График совместных электрических нагрузок предоставлен на рисунке 5.1

 

.2 Построение совместных графиков тепловых нагрузок

Следует различать нагрузку как заказ предприятия - это потребление требуемое и определяемое технологией производства, и нагрузки как возможность, отпуск. В первом случае это Q, во втором - Q_т, т.е. мощность которую можно отобрать из турбины при выполнении заказа на выработку электрической представлен в таблице 5.2

Таблица 5.2 - Результаты расчёта совместных тепловых нагрузок.

№	τ, МВт	N, МВт	τ	Qт, МВт
1	2	3	4	5
1	0	184	0.4	460
2	365	190.11		475.2
3	730	179.99		449.9
4	1095	159.70		339.25
5	1460	139.50		348.75
6	1825	126.90		317.25
7	2190	129.60		324
8	2555	147.60		369
9	2920	182.05		455.1
10	3285	221.8		554.5
11	3650	261.55		653.8
12	4015	289.01		722.5
13	4380	299		747.5
14	4745	289.01		722.5
15	5110	261.55		653.8
16	5475	221.80		554.5
17	5840	182.05		455.1
18	6205	147.60		369
19	6505	129.6		324
20	6935	126.9		317.25
21	7300	139.5		348.75
22	7665	159.7		399.25
23	8030	179.9		449.9
24	8395	190.1		475.2
25	8760	184		460

График совместных тепловых нагрузок расположен на рисунке 5.2

 

.3 Анализ совместных графиков электрических и тепловых нагрузок

При сопоставлении графиков видим, что точки пересечения графиков N_т = f (t) с N = f (t) и Q_т = f (t) cQ = f (t) совпадают. Это не случайно, т.к. выработка электрической и тепловой энергии осуществляется в одном и том же энергоблоке и эти графики характеризуют работу этого агрегата. В точках пересечения графиков величины потребления энергии и выработки совпадают. Из графиков видно, что режимы работы ТЭЦ различны в течении года:

)        Выработка электроэнергии на теплофикационном режиме N ≤ N_т;

2)      Выработка электроэнергии на конденсационном и теплофикационном режимах N>N_т;

)        Теплоснабжение из отборов турбин Q ≤ Q_т;

)        Режим теплоснабжение из отборов турбин и через РОУ Q>Q_т.

6. Технико-экономические показатели

6.1 Определение характеристик тепловой электроцентрали

Среднегодовые характеристики ТЭЦ определяются по графикам тепловых и электрических нагрузок. Годовая выработка электроэнергии:

 

Э^г = N_ср * t_г

 

Годовая выработка электроэнергии на теплофикационном и конденсационном режимах:

,

=

= 1235191.6 МВт/ч

Годовая выработка электроэнергии на конденсационном режиме, МВт:

 = 1657513,4 - 1235191,6 = 422321,88 МВт/ч

Годовой выпуск тепла:

Q^г = Q_срt₂ = 4461555.6 МВт/ч

Годовой отпуск тепла из отборов (на теплофикационном режиме определяется аналогично годовой выработке электроэнергии)

Годовой отпуск тепла через РОУ:

 = 4461555.6 - 2617173.13 = 1844382.47 МВт

Доля выработки электрической энергии на теплофикационном и конденсационном режимах составит:

 

Доля теплоснабжения при этих же режимах:

 

Теплофикационный коэффициент по выработке электрической и тепловой энергии:

 

6.2 Определение экономии топлива при энергоснабжении от ТЭЦ

Расход топлива при раздельной выработке электрической и тепловой энергий, т/год

 

где  - низшая теплота сгорания топлива.

Расход топлива на ТЭЦ, кг/год

Годовая экономия топлива, кг

 

Относительная экономия топлива, %

 

6.3 Распределение топлива на ТЭЦ

Расход топлива на теплоснабжение, кг/год

 

Расход топлива на выработку электроэнергии кг/год

 

Удельный расход топлива на теплоснабжении, кг/ (МВт*ч)

Удельный расход топлива на выработку электроэнергии, кг/ (МВт*ч)

,

6.4 Показатели работы ТЭЦ на теплофикационном режиме

Число часов использования установленной электрической мощности, час

N_уст =N_немi = 50 * 6 = 300 МВт

Число часов использования установленной тепловой мощности:

 

Где Q_уст = Q_maх максимальная тепловая нагрузка.

Удельный расход топлива на отпуск тепла, кг/ (МВт*ч)

,

 

Удельный расход топлива на отпуск электроэнергии, кг/ (МВт*ч)

6.5 Определение себестоимости энергии, отпускаемой ТЭЦ

Топливная составляющая себестоимости по электрической энергии, грн/ (МВт*ч)

 

Топливная составляющая по теплу, грн/ (МВт*ч)

 

Амортизационная составляющая себестоимости, грн/ (МВт*ч),

а) по электроэнергии:

где Р_к - коэффициент амортизационных отчислений на капитальный ремонт и восстановление, затраты на оборудование;

 - стоимость оборудования ТЭЦ по производству электроэнергии;

К^э - стоимость 1 КВт установленной мощности для ТЭЦ

б) по тепловой энергии:

,

где - стоимость оборудования ТЭЦ по производства тепла,

Составляющая себестоимости, учитывающая затраты:

на текущий ремонт и материалы:

на заработную плату:

 

где А_n - годовые затраты на заработную плату

 

где - основная заработная плата с эксплуатационного персонала с начислением на социальное страхование

 

А = Ф * П, А = 8400 * 948 = 7963200 грн

 

затраты по заработной плате составят, грн/ (МВт*ч):

на выработку электрической энергии:

 

на выработку тепловой энергии:

Общестанционные затраты определяются по формуле:

 

Общестанционные затраты распределяются между производством электрической и тепловой энергии пропорционально прямым затратам:

 

где - прямые затраты, связанные в отпуском тепла:

 

П^э - прямые затраты, связанные м выработкой электроэнергии:

П^Э = 1667513.4 * (67.6 + 6.5 + 0.65 + 3.75) = 130 * 10⁶

 

Таким образом,

Составляющая себестоимости тепла учитывает:

общестанционные расходы

 

себестоимость тепловой энергии:

 

Данные расчётов обобщаются в сводных таблицах технико-экономических показателей.

Таблица 6 - составляющие себестоимости производства электроэнергии

составляющие	себестоимость
	обознач.	грн/ (МВт*ч)	%
топливо		55,5	70	91991
амортизация		5.5	7	9116
текущий ремонт		3.9	5	6464
зарплата		3.9	5	6464
общие расходы		10.3	13	17072
ИТОГО		79.36	100	131540

Таблица 7 - составляющие себестоимостей производства тепловой энергии

составляющие	себестоимость		годовые затраты, тыс. грн
	обозначение	грн/ГДж
Топливо		8.4	37477
Амортизация		0.78	3480
Текущий ремонт		0.84	3747
Зарплата		0.48	2141
Общие расходы		1.5	6692
ИТОГО		12	53538

Таблица 8 - технико-экономические показатели.

Показатели	Условное обозначение	Единица величины	Значение
Годовая выработка электроэнергии	Эг	МВт*ч	1657513,48
На теплофикац. режиме		- // -	1235191.6
На конденсац. режиме		- // -	422321.88
Годовой отпуск тепла		МДж	4461555.6
В том числе из отборов турбины через РОУ		МДж	2617173.13 1844382.47
Доля теплоснабжения на теплофик. режиме		МДж	0.587
Доля электроснаб. натепл. режиме		МДж	0.750
Теплофикац. коэффициент		МВт*ч/МДж	0.472
Годовая экономия топлива		т/год	267*106
Относительная экономия		%	20
Удельный расход усл. топл. на выработку эл. энергии		кг/ (МВт*ч)	389
Условный расходусл. Топл. на выработку тепл. Энергии		Кг/МДж	93.6
Себестоимость электроэнергии		Грн/ (МВт*ч)	79.36
Себестоимость тепловой энергии		Грн/МДж	56.22

Заключение

В ходе данной курсовой работы был проведён расчёт величин годовых электрических и тепловых нагрузок, построены соответствующие графики. Был проведён расчёт энергопотребления, расчёт коэффициента структуры энергопотребления и построен его график. Выбрана схема энергоснабжения - комбинированная. Определены начальные параметры пара. Было выбрано основное оборудование электростанции: 6 турбин Т-50-130 и 4 котла Е-480-140 ГМ.

Были построены совместные графики электрических и тепловых нагрузок, сравнены и проанализированы.

Были определены технико-экономические показатели: характеристики ТЭЦ, экономия топлива, показатели работы ТЭЦ при теплофикационном режиме а также определена себестоимость энергии.

Список использованной литературы

1.      Ривкин С.А., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. - М.: Энергия, 1980 г. - 402 с.

2.      Рыжко В.Я. Тепловые электрические станции. - М.: Энергия, 1987 г. - 328 с.

.        Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине

.        "Энергетические установки" Сост.: В.Л. Кондроизкий, Г.Г. Пятышкин, С.М. Сафьянц. - Донецк: ДПИ, 1992 г. - 30 с.