Расчет энергетических показателей и подбор оборудования ТЭЦ

1. Исходные данные

2. Подбор оборудования ТЭЦ

2.1 Выбор турбин

2.2 Выбор паровых котлов

2.3 Выбор водогрейных котлов

2.4 Выбор питательных насосов

2.5 Выбор деаэраторов

2.5.1 Выбор деаэратора добавочной питательной воды

2.5.2 Выбор деаэратора повышенного давления

2.5.3 Выбор деаэратора подпиточной воды теплосети

2.6 Подбор градирен

2.7 Подбор циркуляционных насосов

3. Расчет энергетических показателей ТЭЦ Заключение Список литературы

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

Главное преимущество ТЭЦ состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после того, как он выработает электрическую энергию. В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара. Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки:

тепловому — электрическая нагрузка сильно зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет),

электрическому — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует, например, в летний период (приоритет — электрическая нагрузка).

По типу паропроизводящих установок могут быть ТЭЦ с паровыми котлами, с парогазовыми установками, с ядерными реакторами (атомная ТЭЦ). Могут быть ТЭЦ без паропроизводящих установок — с газотурбинными установками. Поскольку ТЭЦ часто строятся, расширяются и реконструируются в течение десятков лет (что связано с постепенным ростом тепловых нагрузок), то на многих станциях имеются установки разных типов. Паровые котлы ТЭЦ различаются также по типу топлива: уголь, мазут, газ.

По типу выдачи тепловой мощности различают турбины с регулируемыми теплофикационными отборами пара (в обозначении турбин, выпускаемых в России, присутствует буква «Т», например, Т-110/120−130), с регулируемыми производственными отборами пара («П»), с противодавлением («Р»). Обычно имеется 1−2 регулируемых отбора каждого вида; при этом количество нерегулируемых отборов, используемых для регенерации тепла внутри тепловой схемы турбины, может быть любым (как правило, не более 9, как для турбины Т-250/300−240). Давление в производственных отборах (номинальное значение примерно 1−2 МПа) обычно выше, чем в теплофикационных (примерно 0,05−0,3 МПа). Термин «Противодавление» означает, что турбина не имеет конденсатора, а весь отработанный пар уходит на производсвенные нужды обслуживаемых предприятий. Такая турбина не может работать, если нет потребителя пара противодавления. В похожем режиме могут работать теплофикационные турбины (типа «Т») при полной тепловой нагрузке: в таком случае весь пар уходит в отопительный отбор, однако давление в конденсаторе поддерживается немногим более номинального (обычно не более 12−17 кПа). Для некоторых турбин возможна работа на «ухудшенном вакууме» — до 20 кПа и более.

Кроме того, выпускаются паровые турбины со смешанным типом отборов: с регулируемыми теплофикационными и производственными отборами («ПТ»), с регулируемыми отборами и противодавлением («ПР») и др. На ТЭЦ могут одновременно работать турбины различных типов в зависимости от требуемого сочетания тепловых нагрузок.

Проектированию, расчету энергетических показателей и подбору оборудования ТЭЦ будет посвящён данный курсовой проект. В нём рассматриваются задачи проектирования, расчёт энергетических показателей, а также производится выбор основного и вспомогательного оборудования.

1. Исходные данные

Произвести расчет энергетических показателей и подбор основного и вспомогательного оборудования ТЭЦ.

Теплофикационная нагрузка Qт=350 МВт;

Расход пара на производствоD п=350 т/ч;

Коэффициент теплофикации бтэц=0,75;

Доля возврата конденсата с производства Gок=50%;

Расход подпиточной воды Gпод=1000 т/ч.

В объем курсового проекта входит расчетно-пояснительная записка с обобщением результатов расчетов и заключением, а также графический материал на одном листе: принципиальная тепловая схема ПТУ, план и разрез ТЭЦ.

2. Подбор оборудования ТЭЦ

Теплофикационное оборудование ТЭЦ предназначено для подготовки теплоносителя к транспортировке по тепловой сети и для приема использованного теплоносителя на ТЭЦ. Характер оборудования зависит от профиля ТЭЦ и типа системы теплоснабжения.

2.1 Выбор турбин

На современных ТЭЦ в нашей стране устанавливаются, как правило, теплофикационные турбины большой единичной мощности 50−250 МВт на высокие и сверхкритические начальные параметры (при давлениях 13 и 24 МПа) двух основных типов: а) конденсационные с отбором пара (Т и ПТ) и б) с противодавлением (Р).

Конденсационные турбины с отбором пара (типа Т и ПТ) являются универсальными. Эти турбины могут, как правило, развивать номинальную электрическую мощность независимо от нагрузки теплофикационных отборов.

Выбор турбины нужно производить таким образом, чтобы она покрывала все нагрузки.

а) Подбор турбины типа ПТ.

Подбор производим по величине производственного отбора Дп=350 т/ч.

Подбираем две турбины ПТ-90/120−130/10−1М (ЗАО «Уральский турбинный завод»)

Основные технические характеристики:

б) Подбор турбины типа Т.

Теплофикационная нагрузка дана Qт=350 МВт С учетом коэффициента теплофикации

Турбины типа ПТ покрывают номинальную тепловую нагрузкуГкал/ч следовательно, необходимо покрыть оставшуюся нагрузку:. Подбираем турбину Т-60/65−130−2М (ЗАО «Уральский турбинный завод»).

Основные технические характеристики:

2.2 Выбор паровых котлов

Основными характеристиками паровых котлов являются их производительность и параметры пара после первичного и промежуточного перегревателей. Производительность выбираемого парового котла должна учитывать увеличение расхода пара на турбину за счет повышения давления в конденсаторе в летнее время, утечек пара и конденсата, включения сетевых установок для отпуска тепла и других расходов.

В соответствии с этим производительность парового котла выбирается по максимальному пропуску свежего пара через турбину с учетом расхода пара на собственные нужды электростанции и обеспечения некоторого запаса для использования вращающегося резерва и других целей.

С учетом гидравлических и тепловых потерь в паровом тракте блока от котла до турбины давление пара за котлом должно быть выше номинального для турбины на 4−9%, а температура на 1−2%.

На каждую турбину предусматривается по два паровых котла.

Для турбин ПТ-90/120−130/10−1М максимальная величина свежего пара на турбину 500 т/ч, следовательно, с учетом 2% запаса, подбираем: четыре паровых котла Е-500−13,8−560 ГМН (ТГМЕ-464)

Для турбины Т-60/65−130−2М максимальная величина свежего пара на турбину 300 т/ч, следовательно, с учетом 2% запаса, подбираем два паровых котла марки Е-320−13,8−560 ГМ (БКЗ-320−140ГМ5) и техническими характеристиками:

2.3 Выбор водогрейных котлов

Пиковый водогрейный котел — это котел, который устанавливается на ТЭЦ, чтобы обеспечить дополнительный подогрев прямой сетевой воды сверх нагрева в сетевых подогревателях паровой турбины осенью и зимой. Как правило подогрев происходит в пределах 100−150°С. Пиковый водогрейный котел совершает работу в пиковом режиме при мощности тепла от малой до фиксированной, грея сетевую воду до 150°.

Максимальное расчетное потребление тепловой энергии потребителями района непродолжительно по времени (в сравнении с продолжительностью всего отопительного периода). Завышение тепловой мощности основного энергооборудования ТЭЦ и соответствующий подбор турбины и теплофикационных (сетевых) подогревателей с целью покрытия кратковременных максимумов тепловой нагрузки приводит к неоправданным перерасходам капиталовложений. Поэтому тепловая мощность энергоблоков ТЭЦ должна обеспечивать только базовую часть теплового потребления, остальная часть тепловой нагрузки должна покрываться пиковым водогрейным котлом (ПВК).

Подбор пиковых водогрейных котлов производим по пиковой нагрузке:

Следовательно, подбираем четыре котла марки КВ-ГМ-20(23,26−150) с техническими характеристиками:

2.4 Выбор питательных насосов

Питательные установки служат для подачи питательной воды в котел из баков деаэратора в систему подогревателей высокого давления. Питательный насос может быть отнесен к основному оборудованию наряду с котлом, паровой турбиной и конденсационной установкой. Выход из строя всех питательных насосов не только влечет за собой прекращение работы, но и может вызвать серьезную аварию котла.

Насосы тепловых электростанций, как и другие типы машин, служащие для перемещения среды и сообщения ей энергии, характеризуются: производительностью (подачей), давлением на стороне нагнетания (напором) и плотностью перемещаемой среды.

Давление принимаем равным давлению свежего пара турбины 12,8 МПа = 130 кгс/см2 = 130 ат. = 1300 м вод. ст.

Производительность питательного насоса равна производительности парового котла, т. е. для котлов марки Е-500−13,8−560 ГМН (ТГМЕ-464)-500т/ч, а для котлов марки Е-320−13,8−560 ГМ (БКЗ-320−140ГМ5) -320т/ч.

Подбираем 8 (один основной + 1 резервных на каждый паровой котел) марки ПЭ500−180−4.

Технические характеристики:

Производительность — 500 м3/ч.

Напор — 1975 м вод. ст.

Частота вращения рабочего колеса — 2900 об/мин.

Мощность — 3150 кВт.

КПД — 78%.

И 4 (один основной + 1 резервных на каждый паровой котел) марки.

ПЭ-380−185/200−2.

Технические характеристики:

Производительность — 380 м3/ч.

Напор — 2030 м вод. ст.

Частота вращения рабочего колеса — 2985 об/мин.

Мощность — 2500 кВт.

КПД — 77%.

2.5 Выбор деаэраторов

Деаэратор — это устройство для удаления из воды растворенных газов О2 и СO2. Деаэраторы устанавливают на ТЭЦ для деаэрации питательной воды, подаваемой в парогенераторы, и подпиточной воды, подаваемой в тепловую сеть. Термические деаэраторы подразделяют: на деаэраторы питательной воды паровых котлов, деаэраторы добавочной воды и обратного конденсата внешних потребителей, деаэраторы подпиточной воды тепловых сетей; на деаэраторы повышенного давления.

2.5.1 Выбор деаэратора добавочной питательной воды

Присутствие кислорода, углекислоты, как и других газов в питательной воде и в паре крайне нежелательно, поэтому необходима возможно более полная деаэрация питательной воды.

Суммарная производительность деаэраторов питательной воды выбирается по максимальному ее расходу. На каждый блок устанавливается один деаэратор. В зависимости от соотношения пропуска воды через деаэратор и нужного объема баков принимают по одному или по два деаэратора на один бак.

Запас питательной воды в баках деаэраторов должен обеспечивать работу станции в течение 10 минут.

Деаэратор добавочной питательной воды подбирают по доле возврата конденсата с производства.

Расход добавочной воды составляет:

т/ч, где — доля возвратного конденсата.

Принимаем атмосферный деаэратор. С учетом 30%-го запаса, производительность деаэратора равна:

т/ч.

Подбираем два атмосферный деаэратор ДА-300/75, один из которых резервный,

с техническими характеристиками:

Производительность номинальная — 300 т/ч

Давление рабочее избыточное — 0,02 МПа Температура деаэрированной воды — 104,25 °C

Полезная емкость аккумуляторного бака — 75 м³.

2.5.2 Выбор деаэратора повышенного давления

Деаэраторы повышенного давления применяются для удаления коррозионно-агрессивных газов из питательной воды паровых котлов. Деаэратор ДП состоит из бака и установленной на нём одной (или двух) деаэрационных колонок.

Подбор деаэраторов повышенного давления производим по производительности паровых котлов.

Для паровых котлов Е-500−13,8−560 ГМН (ТГМЕ-464): 500 т/ч — 4 штуки, следовательно, принимаем к установке четыре деаэратора ДП-500/100 с техническими характеристиками:

Производительность номинальная — 500 т/ч Давление рабочее абсолютное — 0,7 МПа (7 кгс/см2)

Полезная емкость деаэраторного бака — 100 м³

Температура воды — 164 °C.

Для паровых котлов марки Е-320−13,8−560 ГМ (БКЗ-320−140ГМ5) принимаем два деаэратора ДП-500/100 с теми же характеристиками.

2.5.3 Выбор деаэратора подпиточной воды теплосети

Деаэраторы подпитки теплосети предназначены для удаления из подпиточной воды коррозионно-активных газов — кислорода и свободной углекислоты.

Деаэратор подпиточной воды теплосети подбираем по расходу подпиточной воды.

Gподп =1000 т/ч.

Принимаем к установке четыре (один резервный) вакуумных деаэратора ДВ-400М с техническими характеристиками:

Производительность номинальная — 400 т/ч.

Давление рабочее абсолютное — 0,0016…0,05 Мпа.

Температура деаэрированной воды — 40−80 °C.

Температура теплоносителя — 70−180 °C.

турбина котел градирня деаэратор

2.6 Подбор градирен

Градирни представляют тепломассообменное устройство, в котором охлаждение воды осуществляется воздухом при их непосредственном контакте. В основном охлаждение происходит за счет частичного ее испарения, при этом убыль воды за счет испарения примерно равна расходу пара в конденсатор. Потеря воды с механическим уносом составляет 0,5 — 1% расхода охлаждающей воды. Градирни отличаются большой производительностью и компактностью.

Наибольшее распространение получили башенные градирни с пленочным оросителем, в которых вытяжная башня выполняется из монолитного железобетона в виде гиперболической формы.

На ТЭЦ устанавливается не менее двух градирен.

Подбираем градирни по номинальным расходам охлаждающей воды через конденсаторы турбин.

Для турбин ПТ-90/120−130/10−1М: 8000 м3/ч Для турбины Т-60/65−130−2М: 8000 м3/ч Общий расход охлаждающей воды через конденсаторы турбин:

8000· 2+8000·1=24 000 м3/ч БГ-4000 с каркасно-обшивной башней производительностью 28 750 т/ч. Диаметр основания 76,49 м, диаметр устья 43 м, площадь орошения 4000 м².

Подбираем 2 градирни БГ-2100 с каркасно-обшивной башней площадью орошения 2100 м² и производительностью 14 500 м3/ч каждая (диаметр основания 52,2 м, диаметр устья 32,52 м, высота 66,8 м).

2.7 Подбор циркуляционных насосов

Циркуляционный насос предназначен для обслуживания конденсаторов ТЭЦ, то есть для подачи охлаждающей воды в конденсаторы турбин. Подбор насосов производим по номинальному расходу охлаждающей воды через конденсаторы турбин, напор на выходе не должен превышать 25 м вод. ст.

Для турбин ПТ-90/120−130/10−1М: 8000 м3/ч.

Для турбины Т-60/65−130−2М: 8000 м3/ч.

Общий расход охлаждающей воды через конденсаторы турбин:

8000· 2+8000·1=24 000 м3/ч Выбираем три циркуляционных насоса (один резервный) марки 96ДПВ-4.5/22УЗ.

Технические характеристики:

Подача — 14 400 м3/ч. Напор — 22 м вод. ст. Мощность -1000 кВт.

Оброты — 365 об/мин. КПД — 86%.

3. Расчет энергетических показателей ТЭЦ

Количество теплоты,, кВт, затраченной турбиной на производство электроэнергии составит:

При включении регулируемого отбора и сохранении постоянной электрической мощности увеличивается расход теплоты, кВт, на входе теплофикационной турбины, который определяется по формуле:

— расход пара на входе в турбину, энтальпия острого пара и питательной воды;

Для турбин ПТ-90/120−130/10−1М

;

— теплосодержание острого пара при температуреи давлении 12,8Мпа;

— теплосодержание питательной воды при температуреи давлении 12,8Мпа Аналогично для турбин Т-60/65−130−2М

— количество теплоты, отпускаемое с отборным паром (в регулируемых отборах).

Qпн — количество теплоты, отбираемое на производственные нужды.

— расход пара на производственные нужды; - энтальпия пара и обратного конденсата ().

Расход топлива, кг/с, в энергетическом котле для производства электроэнергии:

где — низшая теплота сгорания топлива, принимаем кДж/г;

— КПД транспортировки теплоты, который учитывает потери теплоты в окружающую среду на участке паропровода от энергетических котлов до регулирующих клапанов турбины, принимаем; - КПД котла (брутто).

кг/с;

кг/с;

Коэффициент полезного действия турбоустановки по производству электроэнергии.

Удельный расход топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии

Удельный расход условного топлива для часового периода при кДж/г:

Количество теплоты, полученное внешним потребителем из регулируемых отборов:

где — коэффициент полезного действия турбоустановки по отпуску теплоты, равный КПД теплофикационной турбоустановки по отпуску тепловой энергии

Коэффициент полезного действия энергоблока по отпуску тепловой энергии:

Расход топлива на производство теплоты, переданной внешнему потребителю:

кг/с.

Удельный расход топлива, затраченный на производство, единицы теплоты, переданной внешнему потребителю:

учитывая, что ,

получим формулу для вычисления расхода условного топлива

Общий расход топлива:

кг/с.

Полный КПД ТЭЦ:

Заключение

В результате выполнения курсового проекта были приобретены практические навыки по подбору основного и вспомогательного оборудования, по расчету энергетических показателей и навыки по разработке тепловых схем ТЭЦ.

1. Технология централизованного производства тепловой и электрической энергии: учебно-практическое пособие/ М. М. Замалеев, М. А. Маликов, В. И. Шарапов; Ульян. гос. техн. ун-т. — Ульяновск: УлГТУ, 2009. — 223 с.

2. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов./Е.Я. Соколов. — М.: МЭИ, 2001. — 472 с.

3. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции: учебник для вузов/ В. Я. Рыжкин; под ред. В. Я. Гиршфельда. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 327 с.

4. Трухний А. Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: учебное пособие для вузов/ А. Д. Трухний, Б. В. Ломакин. — М.: Издательство МЭИ, 2002. — 540 с.

5. Стерман Л. С. Тепловые и атомные электрические станции: учебник для вузов/ Л. С. Стерман, В. М. Лавыгин, С. Г. Тишин. — М.: Изд-во МЭИ, 2004. — 424 с.