Описание тепловой схемы промышленной электростанции. Распределение регенеративного подогрева питательной воды по ступеням и определение давлений из отборов турбины. Составление тепловых балансов по ПВД и определение расхода пара из отборов турбины.
Аннотация к работе
Принципиальная тепловая схема ТЭЦ (приложение А) показывает технологическую связь всех основных элементов станции и их роль в технологическом процессе выработки тепла и электрической энергии, определяет направление основных потоков пара, конденсата, питательной воды, а также их параметры. По результатам данного распределения температуры (рисунок 1), пользуясь данными таблиц свойств воды и водяного пара и (h,s)-диаграммой процесса расширения пара в турбине , составляем сводную таблицу параметров в основных точках схемы (таблицу 1). Расход пара на турбину может быть определен по аналитической формуле: (3) где - коэффициент регенеративного подогрева, учитывающий увеличение расхода пара на турбину из отборов. Если учесть, что 1 кг пара соответствует (в среднем) 2514 КДЖ/кг, то производительность отбора, т/ч, Изза экономических соображений в практике обычно принято, что из последнего отбора турбины отпускается до 70 % пара от , тогда Таким образом, расход пара на турбину, т/ч, Производительность парогенератора определяется по выражению, т/ч: (4) где - расход пара на собственные нужды, т/ч, обычно принимается 1,2 % от , Расход питательной воды в котле рассчитывается по формуле, т/ч: (5) где - расход продувочной воды котлом, т/ч, который составляет 1,5 % от , 1.2.3 Составление тепловых балансов по ПВД и определение расхода пара из отборов турбины тепловая промышленная электростанция Согласно схеме, приведенной на рисунке 2 , уравнение теплового баланса подогревателя ПВД1 примет вид: (6) где - расход пара из первого отбора, т/ч;В этой ситуации важными задачами являются модернизация систем централизованного теплоснабжения города Омска в направлении расширения допустимой области изменения гидравлических режимов; полноценного использования блокировочных связей между магистралями одной или нескольких ТЭЦ; снижения потерь сетевой воды при авариях на магистральных линиях; обеспечения автономной, независимой от тепловой сети, циркуляции воды в отопительных установках; более широкого использования местного и группового регулирования в дополнение к центральному регулироанию, осуществляемую в источниках теплоснабжения. С последним вопросом связана разработка систем и приборов для регулирования отпуска теплоты. Одним из основных путей снижения начальных затрат на сооружение тепловых сетей и эксплуатационных расходов по транспорту теплоты является повышение расчетной температуры воды в подающей линии с освоенного и широко применяемого в настоящее время уровня температур 150-170°С до 190°С и выше. Значительное снижение начальных затрат на транзитный транспорт теплоты в открытых системах теплоснабжения дает переход на однонаправленный (однотруный) транспорт.
Введение
Курсовой проект состоит из двух частей: расчета принципиальной тепловой схемы паротурбинной установки (ПТУ) (раздел “Источники теплоснабжения предприятий”) и расчета водяной системы теплоснабжения (раздел “Системы теплоснабжения предприятий”).
Примерно 80 % всей вырабатываемой в мире электроэнергии приходится на ПТУ, в которых в качестве рабочего тела используют водяной пар, совершающий регенеративный цикл, т. е. тепловой цикл с отбором пара на регенеративный подогрев питательной воды в смешивающих или поверхностных подогревателях. Паровая турбина служит для преобразования тепловой энергии пара в механическую (энергию вращения ротора), а затем в электрическую. Экономичность ПТУ зависит от начальных и конечных параметров пара, а также типа применяемых турбин. В соответствии с видом технологической нагрузки на ПТУ используются следующие турбины: конденсационная без регулируемого отбора пара (К-6-35);
конденсационная с теплофикационным регулируемым отбором пара (Т-6-35);
конденсационная с производственным регулируемым отбором пара (П-6-35/5);
конденсационная с двумя типами регулируемого отбора пара - производственный и теплофикационный (ПТ-50-130/7);
с противодавлением (Р-12-90/13).
Тепловая энергия, выработанная ПТУ, с помощью тепловых сетей передается различным (производственным и непроизводственным) потребителям. Через центральные тепловые пункты (ЦТП) тепло распределяется на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещения на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями и теплопритоками.
Существуют несколько схем подсоединения потребителей горячего водоснабжения к тепловым сетям: зависимая и независимая, параллельная и последовательная, двухступенчатая последовательная и смешанная. Выбор схемы подсоединения зависит от конкретных условий, характерных для данного участка, и определяется некоторыми факторами.
1. Расчет тепловой схемы ПТУ ТЭЦ
1.1. Описание тепловой схемы промышленной электростанции
Принципиальная тепловая схема ТЭЦ (приложение А) показывает технологическую связь всех основных элементов станции и их роль в технологическом процессе выработки тепла и электрической энергии, определяет направление основных потоков пара, конденсата, питательной воды, а также их параметры.
Обычно элементы тепловой схемы размещают на чертеже в определенной последовательности. Как правило, в верхнем левом углу находится парогенератор (ПГ), имеющий наибольшие рабочие параметры. Остальные элементы располагают по часовой стрелке в порядке снижения, а затем увеличения параметров основного рабочего потока. Следовательно, по трубопроводу высокого давления пар из ПГ (первая фаза) направляется в цилиндр высокого давления (ЦВД) турбины. Часть пара через первый, второй и третий отборы в цилиндре направляется на регенеративный подогрев в подогреватели высокого давления ПВД1-ПВД3 и деаэратор. Из последнего отбора ЦВД одна часть пара (расчетная) идет на производственные нужды ( ), вторая - поступает в цилиндр низкого давления (ЦНД) турбины. В нем имеется четыре отбора, через которые меньшая часть пара распределяется на подогреватели низкого давления ПНД4-ПНД7, из шестого и седьмого отборов значительная часть пара поступает в сетевые подогреватели СП1, СП2 для поддержания температурного графика в тепловых сетях. Остаток пара, пройдя последнюю ступень ЦНД, направляется в конденсатор.
Конденсатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого расположены латунные трубки. По ним протекает охлаждающая вода, поступающая в конденсатор обычно при температуре 10-15°С. Пар обтекает эти трубки сверху вниз, охлаждается, конденсируется и собирается в нижней части корпуса.
С помощью конденсатного насоса (КН) конденсат проходит эжектор (ЭЖ), где поддерживается глубокий вакуум, далее через сальниковый подогреватель (СП) направляется в подогреватели ПНД7-ПНД4, в которых происходит повышение температуры и давления рабочего потока.
После многоступенчатого подогрева конденсат поступает в активную часть колонки деаэратора, где смешивается с подпиточной водой. Вода, поступающая на деаэрацию, через патрубки вводится в смесительное устройство, расположенное в верхней части колонки. Стекая вниз, она рассеивается в смесительном устройстве, что облегчает выделение газов при ее вскипании. Снизу, навстречу воде, через патрубки деаэрационной колонки подается пар из отбора цилиндра турбины. Насыщенная газами паровоздушная смесь отсасывается через патрубок в верхней части колонки.
Деаэрированная вода поступает в аккумулятор деаэратора, емкость которого служит резервом, и используется в аварийных случаях. Отсюда приготовленная вода самотеком поступает в питательный насос (ПН), который нагнетает ее в подогреватели ПВД3-ПВД1. После трехступенчатого подогрева рабочий поток направляется в котел ПГ.
В практике известны три метода расчета тепловой схемы: в долях отборов;
по предварительно заданному расходу пара на турбину с последующим уточнением;
по заданному пропуску пара в конденсатор.
В данных указаниях расчет тепловой схемы производится по предварительно заданному расходу пара на турбину только на один режим, соответствующий наибольшей мощности.
Предлагаемая схема рассчитывается по исходным данным задания для варианта 56: - электрическая мощность турбогенератора;
- начальные параметры пара;
- конечное давление пара в конденсаторе;
- часовой расход пара на производственные нужды;
- часовой расход тепла на сетевые подогреватели (на внешнее потребление).
Турбина имеет семь отборов, из них третий, шестой и седьмой регулируемые.
1.2.1 Распределение регенеративного подогрева питательной воды по ступеням и определение давлений из отборов турбины
Вторая фаза рабочего потока начинается с конденсатора, температуру которого можно определить по заданному давлению и таблице водяного пара (по давлению). В данном случае - при и . После КН конденсат направляется в эжекторный и сальниковый подогреватели. Для ТЭЦ конденсат в эжекторном подогревателе нагревается до . Исходя из анализа литературных источников температуру подогрева основного потока в СП можно принять равной .
Определение давления в нерегулируемых отборах может производиться исходя из равномерного подогрева конденсата и питательной воды. При таком распределении температуры схема близка к наиболее экономичной. Соответственно весь интервал подогрева конденсата от температуры за СП до температуры питательной воды, поступающей в котел, разбивается примерно на равное число частей по количеству регенеративных отборов, учитывая при этом параметры деаэратора (рисунок 1). Согласно условиям работы типового деаэратора при давлении температура питательной воды на выходе из него должна быть .
Если учесть суммарный подогрев в эжекторном и сальниковом подогревателях, то температура конденсата в одной ступени может определятьс по выражению, °С: (1) где - число ступеней подогревателей низкого давления,
Рисунок 1 - Расчетная тепловая схема ПТУ ТЭЦ
Аналогично определяется температура подогрева питательной воды в одной ступени ПВД, °С: (2) где - температура питательной воды, поступающей в котел ПГ
По результатам данного распределения температуры (рисунок 1), пользуясь данными таблиц свойств воды и водяного пара и (h,s)-диаграммой процесса расширения пара в турбине , составляем сводную таблицу параметров в основных точках схемы (таблицу 1).
Таблица 1
Расчетные параметры пара и воды
№ Наименование величины Элементы тепловой схемы
ПВД1 ПВД2 ПВД3 Д ПНД4 ПНД5 ПНД6 ПНД7
1 Температура воды перед подогревателем, °С 208 183 158 134,2 110,4 86,6 62,8 39
2 Энтальпия воды перед подогревателем, КДЖ/кг 888,62 776,46 666,89 564,34 463,06 362,67 262,87 163,36
3 Температура воды за подогревателем, °С 233 208 183 158 134,2 110,4 86,6 62,8
4 Энтальпия воды за подогревателем, КДЖ/кг 1004,3 888,62 776,46 666,89 564,34 463,06 362,67 262,87
Расход пара на турбину может быть определен по аналитической формуле: (3) где - коэффициент регенеративного подогрева, учитывающий увеличение расхода пара на турбину из отборов. В практике он зависит от конечного значения подогрева питательной воды, количества регенеративных отборов, типа турбины и начальных параметров. В данном случае можно принять
В формуле (3)
- располагаемый тепловой перепад на турбину, КДЖ/кг, где - соответственно начальная и конечная энтальпия пара, значения определяются по (h,s)-диаграмме,
- коэффициент недоиспользования мощности промышленного отбора, КДЖ/(кг?°С),
- коэффициент недоиспользования мощности отопительных отборов, где - используемый турбиной тепловой перепад,
- используемый тепловой перепад производственного и отопительных отборов, принимается из таблицы 1;
Если учесть, что 1 кг пара соответствует (в среднем) 2514 КДЖ/кг, то производительность отбора, т/ч,
Изза экономических соображений в практике обычно принято, что из последнего отбора турбины отпускается до 70 % пара от , тогда
Таким образом, расход пара на турбину, т/ч,
Производительность парогенератора определяется по выражению, т/ч: (4)
где - расход пара на собственные нужды, т/ч, обычно принимается 1,2 % от ,
Расход питательной воды в котле рассчитывается по формуле, т/ч: (5) где - расход продувочной воды котлом, т/ч, который составляет 1,5 % от ,
1.2.3 Составление тепловых балансов по ПВД и определение расхода пара из отборов турбины тепловая промышленная электростанция
Согласно схеме, приведенной на рисунке 2 , уравнение теплового баланса подогревателя ПВД1 примет вид:
(6) где - расход пара из первого отбора, т/ч;
- энтальпия пара (табл. 1);
- энтальпия конденсата греющего пара;
- коэффициент полезного действия подогревателя;
- расход питательной воды;
- энтальпия питательной воды перед котлом (табл. 1);
- энтальпия питательной воды за ПВД2 (табл. 1),
Рисунок 2 - Тепловой баланс ПВД1
Согласно схеме, приведенной на рисунке 3, уравнение теплового баланса подогревателя ПВД2 примет вид:
где - расход пара из второго отбора турбины, т/ч;
- энтальпия пара (табл. 1);
- энтальпия конденсата греющего пара;
- энтальпия питательной воды за ПВД3,
Рисунок 3 - Тепловой баланс ПВД2
Согласно схеме ПВД3, приведенной на рисунок 4, составим уравнение теплового баланса:
где - расход пара из третьего отбора турбины для ПВД3, т/ч;
- энтальпия пара из этого отбора;
- энтальпия греющего конденсата;
- энтальпия питательной воды за деаэратором;
Рисунок 4 - Тепловой баланс ПВД3
1.2.4 Расчет деаэратора
Деаэратор - элемент тепловой схемы, в котором происходит сбор потоков конденсата ПВД , основного конденсата турбины, возвращаемого от промышленных потребителей, греющего пара регенеративного отбора, потока химически очищенной добавочной воды и конденсата из сепараторов непрерывной продувки. Тепловой расчет деаэратора на основании схемы, включает в себя составление и решение уравнений материального и теплового балансов.
1) Материальный баланс деаэратора: (9) где - общая сумма потерь пара из уплотнений, т/ч, для конденсационной станции она не превышает 1,5 % от , т. е.
- количество выпара из первой ступени сепаратора, т/ч,
(10) где - энтальпия воды в барабане ПГ при (из таблиц насыщенного пара по давлению);
- энтальпия продувочной воды, сливаемой из первой ступени сепаратора в деаэратор;
- теплота парообразования при давлении (из таблиц насыщенного пара по давлению),
- количество пара, поступающего из третьего отбора турбины к деаэратору (определяемое), т/ч;
- количество конденсата основного потока, поступающего в деаэратор (определяемое), т/ч;
- внутристанционные потери конденсата, т/ч, (условно приняты из расчета деаэратора) обычно составляют 1,2 % от , т. е.
После подстановки известных величин получим:
2) Тепловой баланс деаэратора:
где - энтальпия пара третьего отбора турбины, поступающего в колонку деаэратора;
- энтальпия конденсата греющего пара после ПВД3;
- энтальпия сухого насыщенного пара в сепараторе первой ступени;
- энтальпия конденсата после ПНД4.
Подставим значения в уравнение (11):
Решая систему двух уравнений - (9) и (11), получим:
1.2.5 Составление теплового баланса по ПНД
1.2.5.1 Определение расхода пара на ПНД4
Согласно тепловой схеме ПНД4, которая аналогично ПВД1, составим тепловой баланс:
(12) где - расход пара из четвертого отбора турбины, т/ч;
- энтальпия пара;
- энтальпия конденсата греющего пара;
- энтальпия конденсата за подогревателем;
- энтальпия конденсата перед ПНД4.
Преобразуем (12) относительно :
1.2.5.2 Определение расхода пара на ПНД5
Согласно тепловой схеме ПНД5 (рисунок 5) составляем тепловой баланс подогревателя:
где - расход пара из пятого отбора турбины, т/ч;
- энтальпия этого пара;
- энтальпия конденсата греющего пара;
- количество конденсата в ПНД4;
- количество конденсата в ПНД5;
- энтальпия рабочего потока за ПНД5;
- энтальпия рабочего потока перед ПНД5.
После подстановки значений величин в формулу (13) получим:
Следовательно, расход рабочего потока через ПНД5, т/ч:
Рисунок 5 - Тепловой баланс ПВД5
1.2.5.3 Определение количества пара, поступающего в конденсатор
(14) где - расход пара из шестого отбора турбины, т/ч;
- расход пара из седьмого отбора, т/ч;
- расход пара на сальниковый подогреватель, т/ч, от ;
- расход пара в эжекторе, который в среднем составляет ;
После подстановки значений известных величин выражение (14) примет вид:
Этот поток пара определяет конденсационную мощность турбины.
1.2.5.4 Определение количества конденсата, проходящего через ПНД7
(15)
После подстановки получаем:
1.2.5.5 Определение расхода пара через ПНД7
Согласно тепловой схеме ПНД7, которая аналогична ПВД1, составим тепловой баланс:
(16) где - расход пара из седьмого отбора турбины;
- энтальпия пара из отбора;
- энтальпия конденсата;
- энтальпия рабочего потока за подогревателем;
- энтальпия потока перед подогревателем,
1.2.5.6 Определение расхода пара из шестого отбора турбины
Согласно схеме (рисунок 6) составим тепловой баланс ПНД6: (17) где - расход пара из шестого отбора турбины;
- энтальпия пара из шестого отбора;
- энтальпия конденсата;
- количество выпара из второй ступени сепаратора, т/ч.
где - расход продувочной воды, поступающей во вторую ступень сепаратора;
- энтальпия продувочной воды, сливаемой из второй ступени сепаратора (из таблиц по давлению);
- теплота парообразования при давлении
- количество конденсата в СП2;
- энтальпия рабочего потока за подогревателем;
- энтальпия потока перед подогревателем.
После преобразования выражения (17) получим:
Следовательно,
Рисунок 6 - Тепловой баланс ПНД6
1.2.6 Определение электрической мощности турбины
Для проверки правильности проведенного расчета определяется внутренняя мощность турбины по выражению, МВТ:
Энергетическая мощность турбогенератора для номинального режима, МВТ, (19) где - механический КПД турбины; - КПД генератора.
Как видно из расчета, мощность турбины составляет около 99 % от проектируемой мощности турбогенератора (100 МВТ), то есть расхождение мощностей составляет около 5 %, которое не превышает допустимых 10%.
2. Расчет водяной системы теплоснабжения
2.1 Постановка задачи
Транспортировка тепловой энергии от ТЭЦ к потребителям (к жилым домам, общественным, административным и производственным зданиям) является наиболее важным звеном в схеме “источник-транспорт-потребитель”. Правильный расчет тепловой схемы является наиболее ответственным этапом, который будет определять надежность и экономичность системы теплоснабжения в эксплуатации. Обычно в практике применяются различные схемы теплоснабжения. Универсальная схема теплоснабжения, с несколькими потребителями и соответствующими участками представлена на рисунке 7, где условно обозначены: А - микрорайон; Б - жилой дом; В - детский комбинат; Г - учебное заведение; Д - промпредприятие (механические мастерские).
Для приближения системы теплоснабжения к реальной в нее включаются наиболее часто встречающиеся в городе потребители тепла (абоненты). Исходные данные для расчета приведены в таблицы 2 и 3.
2.2 Определение расчетного расхода тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение
2.2.1 Расчет для микрорайона А Поскольку на одного жителя по санитарным нормам приходится жилья из соотношения наружного объема к жилой площади 6:1, поэтому наружный объем жилых зданий района
(20) где 16500 - число жителей, тогда
Количество расчетного тепла, необходимое для отопления микрорайона, определится по формуле: (21) где - удельная тепловая характеристика здания на отопление, , или ;
- усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений. Рассматриваемый микрорайон состоит в основном из жилых, общественных, административных зданий и гостиниц, поэтому ;
- наружная температура воздуха для отопления расчетная, для г. Омска принимается согласно;
m - коэффициент инфильтрации, учитывающий долю расхода тепла на подогрев наружного воздуха, поступающего через неплотности ограждения. Для жилых и общественных зданий по существующим санитарным нормам он не превышает 3-6 % и поэтому принимается равным нулю .
Для жилых и общественных зданий нового строительства можно определить по укрупненным нормам, в среднем для 4-, 5-этажной застройки и значение изменяется от до 0,47 ;
Принимаем
Расчетная наружная температура для г. Омска , для определения вводится поправочный коэффициент :
Подставляем найденные значения в формулу (21) и определяем отопительную нагрузку для жилых зданий микрорайона А:
Количество тепла, необходимое для общественных (административных) зданий, определяется по формуле: (22) где
- коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий;
- расчетная внутренняя температура воздуха общественных зданий.
После подстановки в формулу (22) найденных величин получим:
Определение расчетного расхода тепла на вентиляцию производится по формуле, КДЖ/ч: (23) где - удельный расход теплоты на вентиляцию;
- расчетная температура наружная воздуха для проектирования систем вентиляции.
После подстановки известных значений в формулу (23) получим:
Определение среднего расчетного расхода тепла на горячее водоснабжение следует определять по формуле, ГДЖ/ч: (24) где - массовая теплоемкость воды;
- число жителей в микрорайоне;
- норма расхода горячей воды для жилых зданий на одного жителя;
- расход горячей воды для общественных зданий на одного жителя;
- нормативная температура горячей воды;
- нормативная температура холодной воды.
После подстановки известных значений в формулу (24) получим:
Максимальное количество тепла на нужды горячего водоснабжения микрорайона А, ГДЖ/ч
(25)
Суммарный расход расчетного тепла на микрорайон А, КДЖ/ч, (26)
2.2.2 Расчет потребного количества тепла для абонентов Б, В, Г, Д
Для абонентов Б, В, Г, Д расчет проводится аналогично (по формулам (20)-(26)), и конечные результаты оформляют в виде таблицы 4.
Ниже приводится определение составляющих формул (20)-(26) для абонентов Б, В, Г, Д.
Наружный объем детского комбината рассчитывается по выражению , (27) где 1,2 - коэффициент учитывающий вспомогательные помещения;
m - число посетителей детского сада, чел;
- оптимальное число детей в группе, чел;
- площадь помещений занимаемых одной группой;
- усредненная высота этажа с учетом перекрытия.
Вентиляционную характеристику для этого здания принимаем , расчетная температура внутреннего воздуха , а норму расхода горячей воды - .
Для абонента Г примем наружный объем здания , суммарное контингент Температура воздуха внутри помещения принимается , норма расхода горячей воды согласно , удельный расход теплоты на вентиляцию .
Для промышленного предприятия Д удельные характеристики определяем согласно таблицы 5, а температура воздуха внутри здания ;
Таблица 3
Изменение удельных характеристик промпредприятия в зависимости от размеров
Наружный объем здания, Удельные характеристики для отопления для вентиляции, 100-200 0,44-0,42 0,14-0,10
Количество работающих в механических мастерских определяется согласно технологии рабочего процесса предприятия и установленным техническим нормам. В данном случае не указан вид деятельности промпредприятия, поэтому число работающих в мастерских можно определить относительно учебного заведения по выражению, чел.: (28)
По нормам расхода горячей воды согласно на одного работающего в смену приходится 11 л/сут.
После подстановки найденных величин в формулы (20)-(26) результаты расчетов сводим в таблицу 4.
Таблица 4
Расчетный расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение по абонентам (для А при и -37°С)
Абонент, ед. измерения Заданные параметры Вид тепловой нагрузки, ГДЖ/ч
( 10°С) 23,86 4,77 2,69 21,74 47,82 53,07
Микрорайон А, жителей 16500 136,03 32,81 18,52 21,74 47,82 209,10
Жилой дом Б, жителей 820 6,76 - - 0,92 2,04 7,69
Детский комбинат В, мест 420 - 1,13 0,29 0,12 0,26 1,53
Пром. предприятие Д, м3 140000 - 13,21 3,47 0,18 0,39 16,86
S 166,6 68,8 28,5 44,9 98,9 309,04
2.2.3 Построение графика тепловой нагрузки (часовой и годовой) по продолжительности стояния наружной температуры для микрорайона А Цель построения графика заключается в том, чтобы на основании отдельных тепловых нагрузок научиться определять годовую нагрузку, с последующим расчетом необходимого количества топлива.
Сначала в верхнем левом квадранте (Приложение Б(рисунок А)) строится часовой график тепловых нагрузок . Для этого необходимо определить расход тепла при наружной температуре , поскольку по нормам она считается началом и концом отопительного периода . Расчет проводится по формулам (21) и (23), результаты сводятся в таблицы 4.
В нижнем правом квадранте строится график зависимости , где n - число часов стояния наружной температуры отопительного периода. Составляем таблицу 6 данных о продолжительности стояния температуры наружного воздуха г. Омска в течение отопительного периода.
Таблица 6
Продолжительности стояния наружной температуры
Количество часов Распределение значений наружной температуры, °С
Для облегчения построения годового графика в нижнем левом квадранте проводится вспомогательная прямая переноса значений температуры с оси абсцисс графика
Перенос точек с графика зависимости , с одной стороны, на ось ординат, с другой, через вспомогательную прямую и график на ось абсцисс позволяет определить точки пересечения годового графика тепловой нагрузки.
Находим площадь, ограниченную кривой и осями координат графика: Масштаб оси координат: , оси абсцисс: , тогда масштаб площади графика составит: Следовательно, годовой отпуск тепла для рассматриваемого микрорайона, Гкал/год,
2.3 Построение температурного графика регулирования от ТЭЦ
Задача температурного регулирования - поддержание в отапливаемых помещениях расчетной внутренней температуры. На вводе абонента принимаем элеваторную схему подмешивания (рисунок 8).
Рисунок 8 - Элеваторная схема подмешивания
Согласно заданию принимаем график температуры: ;
По нормам для жилых и других общественных зданий рекомендуется принимать .
Текущее значение температуры воды в прямом и обратном трубопроводах определяется по формулам: (29)
(30)
(31)
где - внутренняя расчетная температура отапливаемых помещений;
- средняя расчетная разность температуры в отапливаемом приборе и помещении;
- относительная тепловая нагрузка, где - текущая тепловая нагрузка;
- расчетная тепловая нагрузка;
- текущее значение температуры наружного воздуха;
- расчетная наружная температура воздуха.
Расчетная разность температуры в отапливаемом приборе:
Расчетная разность температуры прямого и обратного трубопроводов, °С:
Результаты расчетов по формулам (29)-(31) сводим в таблицы 7.
По данным таблицы 7 строится температурный график зависимостей , представленный в приложении Б( рисунок Б)
С повышением температура воды в подающем трубопроводе будет снижаться до минимального значения, которое принимается исходя из норм, т. е. при закрытой системе и при открытой системе. Поскольку в тепловых сетях г. Омска используются обе системы, то принимаем . Точка излома температурного графика соответствует - температуре излома наружного воздуха
2.4 Определение расчетного расхода сетевой воды в тепловых сетях
Расчетный расход сетевой воды, т/ч, определяется по формуле: на отопление -
(32) на вентиляцию-
(33)
Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение зависит от схемы подсоединения абонентов. Принимаем параллельную закрытую схему подключения абонента с двухступенчатым подогревом холодной воды, для которой: (34) где ;
- температура воды за теплообменником;
тг - температура горячей воды ( );
тх - температура холодной воды ( );
C - теплоемкость воды (С=1 ккал/(кг?°С)).
Максимальный расход воды на горячее водоснабжение определяется по выражению: (35)
Трубопровод к абоненту рассчитывается на максимальный пропуск воды, а магистральный - на средний расход воды.
2.4.1 Определение расхода сетевой воды для микрорайона А Расход сетевой воды на отопление определяется по формуле (32) и данным таблицы 7, т/ч:
Расчет расхода сетевой воды на вентиляцию производится по формуле (33), данным таблицы 4 и температурного графика (приложение Б), т/ч:
Расчет расхода сетевой воды на горячее водоснабжение производится по формуле (34), данным таблицы 4 и температурного графика (приложение Б), т/ч:
где
Расчеты сетевой воды для остальных абонентов производятся аналогично, их результаты сводим в таблице 8.
Таблица 8
Результаты расчета сетевой воды по абонентам
Абонент Вид расхода сетевой воды, т/ч
Микрорайон, А 341,73 82,44 46,54 128,62 599,33 47,82
2.5 Построение графика расхода сетевой воды в зависимости от наружной температуры
График строится для микрорайона А как наиболее нагруженного участка. Поскольку он разделен на три температурных диапазона, определяем расход сетевой воды для диапазона I, т. е. при по формуле, т/ч: на отопление -
(36) где и .
(37)
Расход сетевой воды на вентиляцию
При понижении температура воды, поступающей в калориферы, и расход теплоты увеличиваются, такая взаимосвязь типична для качественного регулирования. Поэтому в диапазоне II расход сетевой воды, т/ч, практически постоянен, т. е.:
Расход сетевой воды на горячее водоснабжение в диапазоне I, т/ч,
По мере понижения температуры наружного воздуха (приложение Б) увеличивается температура воды в прямом трубопроводе, а следовательно, будет уменьшаться и расход сетевой воды через теплообменник ступени II, %. Результаты расчета сведены в таблице 9.
Таблица 9
Определение расхода сетевой воды на горячее водоснабжение
График расхода сетевой воды на микрорайон А приведен в приложение Б.
2.6 Гидравлический расчет тепловой сети
Для проведения гидравлического расчета обычно задаются схемой и профилем тепловой сети(рисунок 9) , а затем выбирают наиболее удаленную точку магистрали и определяют длину магистрали, м:
Рисунок 9 - Расчетная схема тепловых сетей
Поскольку располагаемый напор воды в трубах у абонента изменяется от 15 до 20 м вод. ст., то принимаем , напор, создаваемый станцией, Определяем удельное падение давления ([мм вод. ст/м]=[10 Па/м]) для рассматриваемой магистрали по формуле: (38) где a - коэффициент, учитывающий местные сопротивления трубопровода, обычно или 0,5.
Принимаем .
После подстановки значений величин в формулу (40) получим:
По номограмме, принимаем ближайший стандартный диаметр трубы , следовательно, при данном (расчетном) расходе воды (7,5 кг/с) для абонента Б:
Тогда действительное падение давления (напора) на конкретном участке определяется по выражению: (39)
Для пятого участка:
Для остальных участков рассматриваемой магистрали расчеты проводятся аналогично, их результаты сводим в таблицу 10.
Таблица 10
Результаты гидравлического расчета магистрали “ТЭЦ - промпредприятие Д”
Номер участка Параметры длина мрасход W, кг/срасчетный диаметр, мстандартный диаметр, ммудельные потери DH, м вод. ст.
Па/м мм
Б - - - - - - 17
8 800 6,25 0,101 100 100 10 19,2
7 1200 7,433 0,109 125 40 4,0 11,5
По данным таблицы 10 строится пьезометрический график (приложение Б).
2.7 Тепловой расчет теплопровода
2.7.1 Определение тепловых потерь
Для воздушной прокладки трубопровода удельные тепловые потери, отнесенные к одному погонному метру, Вт/пог.м, определяются по формуле: (40) где Dt - перепад температуры между теплоносителем и воздухом, °С;
R - термическое сопротивление, зависящее от способа прокладки трубопровода, м?°С/Вт, (41) где - сопротивление переходу тепла от воды к стенке трубопровода;
- сопротивление переходу тепла от поверхности изоляции к воздуху
(43) где - коэффициент теплообмена от изоляции к окружающей среде, .
Термическое сопротивление переходу тепла от воды к стенке трубы и через ее стенку незначительно по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, поэтому и , следовательно, уравнение (41) можно записать в виде: (44) тогда уравнение (40) примет вид: (45) где d - толщина слоя изоляции, которой задаемся от 20 до 200 мм;
- наружный диаметр изолированного трубопровода, для участка 1 ;
- среднегодовая разность температуры,
- среднегодовое значение температуры воды в прямом трубопроводе;
- расчетная среднегодовая температура наружного воздуха для города Омска;
- теплопроводность минераловатной изоляции (при средней температуре 100°С).
Рисунок 11 - Схему изоляции трубопровода
Согласно графику температуры при среднегодовая температура воды .
где W=4,5 м/с - средняя скорость ветра для города Омска.
После подстановки значений в формулу (47) при d=20 мм получим:
Результаты расчетов для разной толщины изоляции сводим в таблице 11.
Таблица 11
Изменение тепловых потерь от толщины изоляции d, м м м?°С/Вт м?°С/BTR, м?°С/Btq, Вт/м
0,020 0,4 0,262 0,0301 0,2921 239,51
0,040 0,44 0,499 0,0273 0,5263 132,91
0,060 0,48 0,715 0,0251 0,7408 94,48
0,080 0,52 0,914 0,0231 0,938 74,61
0,100 0,56 1,099 0,0215 1,1205 62,45
0,120 0,6 1,270 0,0201 1,291 54,21
0,140 0,64 1,431 0,0188 1,4503 48,26
0,160 0,68 1,582 0,0177 1,6 43,746
0,180 0,72 1,724 0,0167 1,7412 40,10
0,200 0,76 1,859 0,0158 1,8748 37,33
По данным таблицы 11 строятся графики зависимостей и , представленные на рисунках 12 и 13.
Рисунок 12 - Зависимость термического сопротивления от толщины изоляции
Рисунок 13 - Зависимость удельных тепловых потерь от толщины изоляции
2.7.2 Определение оптимальной (экономичной) толщины изоляции
Выбор толщины изоляции определяется с помощью технико-экономического анализа. Чем больше d, тем меньше стоимость тепловых потерь за год, р., определяемая по выражению: (46) где - удельные замыкающие затраты на тепловые потери.
Стоимость тепловой изоляции на участке теплопровода, р./м, определяется по формуле: (47) где - длина трубопровода;
- удельная стоимость тепловой изоляции.
С увеличением толщины изоляции стоимость ее возрастает. Экономической оценкой изоляции являются приведенные затраты, минимум которых соответствует оптимальной толщине изоляции. Они определяются по формуле:
(48) где - годовые отчисления от стоимости изоляции в долях от единицы, 1/год;
Таким образом, годовая стоимость тепловых потерь для , р./м:
Стоимость изоляции, р./м:
Приведенные годовые затраты, р./(год?м),
Результаты расчетов для других значений толщины изоляции сведены в таблицу 12.
Таблица 12
Изменение приведенных затрат от толщины изоляции
Толщина изоляции d, мм Показатели
20 239,51 1804,37 57,273 1815,82
40 132,91 1001,29 120,57 1025,40
60 94,48 711,77 189,90 749,75
80 74,61 562,08 265,26 615,13
100 62,45 470,47 346,65 539,80
120 54,21 408,39 434,07 495,21
140 48,26 363,57 527,52 469,07
160 43,746 329,56 626,99 454,96
180 40,10 302,09 732,49 448,59
200 37,33 281,22 844,03 450,03
По данным таблицы 12 строится график изменения приведенных годовых затрат, зависящих от d, представленный на рисунке 14.
По результатам графического анализа следует, что оптимальная толщина изоляции .
Вывод
Энергетическая зависимость нашей области - серьезный недостаток нашей экономики. Поэтому необходимо рациональное и экономичное использование как первичных энергоресурсов, так и вырабатываемой энергии.
В этой ситуации важными задачами являются модернизация систем централизованного теплоснабжения города Омска в направлении расширения допустимой области изменения гидравлических режимов; полноценного использования блокировочных связей между магистралями одной или нескольких ТЭЦ; снижения потерь сетевой воды при авариях на магистральных линиях; обеспечения автономной, независимой от тепловой сети, циркуляции воды в отопительных установках; более широкого использования местного и группового регулирования в дополнение к центральному регулироанию, осуществляемую в источниках теплоснабжения. С последним вопросом связана разработка систем и приборов для регулирования отпуска теплоты.
Одним из основных путей снижения начальных затрат на сооружение тепловых сетей и эксплуатационных расходов по транспорту теплоты является повышение расчетной температуры воды в подающей линии с освоенного и широко применяемого в настоящее время уровня температур 150-170°С до 190°С и выше. Значительное снижение начальных затрат на транзитный транспорт теплоты в открытых системах теплоснабжения дает переход на однонаправленный (однотруный) транспорт. Актуальной задачей является повышение долговечности стальных трубопроводов подземных тепловых сетей путем их защиты от наружной коррозии. Необходимо продолжить исследования температурно-влажностных режимов подземных теплопроводов в различных климатических и грунтовых условиях и на этой базе усовершенствовать их конструкции.
Важной задачей с точки зрения наиболее рационального сочетания технологических и энергетических процессов и оптимизации энергозатрат является усовершенствование схем и оборудования промышленных теплопотребляющих установок. Для выравнивания теплового графика тепловой нагрузки ТЭЦ представляет интерес использование отработавшей теплоты для выработки холода в эжекционных и абсорбционных холодильных установках, в системах кондиционирования воздуха промышленных предприятий и общественных зданий.
Одними из первоочередных проблем являются разработка и внедрение автоконтроля и автоуправления в крупных тепловых сетях; усовершенствование приборов авторегулирования и защиты, разработка методов и приборов для установления мест утечки теплоносителя до вскрытия канала.
В настоящее время автоматизация не является временной модой: это способ повышения экономичности, сокращения трудозатрат и повышения надежности «старого» оборудования. Реализация проектов нового строительства, реконструкции действующих объектов - это обязательное условие выживания энергетики как самостоятельной отрасли, определяющей успешное развитие других отраслей народного хозяйства и улучшающей быт населения.
Список литературы
1. Сазанов Б.В. и др. Промышленные тепловые электростанции М.: Энергия, 1967.
3. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987.
4. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций. М.: Энергия, 1967.
5. Промышленные тепловые электростанции / Под ред. Е.Я. Соколова. М.: Энергия, 1979.
6. Баженов М. И., Богородский А. С. Составление и расчет принципиальной тепловой паротурбинной электростанции / МЭИ. М.: 1984.
7. Сафонов А. П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям / ЭАИ. М.: 1968.
8. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергия, 1982.
9. Теплоснабжение. В. Е. Козин, Т. А. Левина и др. / ЗАИ. М.: 1980.
10. Водяные тепловые сети (справочное пособие) / ЗАИ. М.: 1988.
11. Климат Омска / Под ред. Ц. А. Швер, Л.: Гидрометеоиздат, 1980.
12. Вуканович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение, 1967.
13. Блюденов П.Я., Овсянников В.В. Источники и системы теплоснабжения / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 1998.
14. Источники и системы теплоснабжения предприятий: Методические указания к курсовому проектированию для студентов 3-го и 4-го курсов специальности 10.07 - “Промышленная теплоэнергетика” / П. Я. Блюденов. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2001.