Расчет выполняется для максимально- зимнего режима.
Расчёт ведём в следующей последовательности:
1. Расход пара на подогреватели сетевой воды:
(73)
где - потери тепла по трассе, кВт;
- энтальпия редуцированного пара, ;
- энтальпия конденсата, .
По результатам гидравлического расчёта паровой тепловой сети нам необходим пар с давлением 0,37 МПа и температурой 168ºС. Поэтому пар на выходе из котла необходимо редуцировать. Энтальпия редуцированного пара:
.
После охладителя конденсата температуру конденсата принимаем -80ºС.
2. Расход сетевой воды:
(74)
3. Суммарный расход редуцированного пара на внешнее потребление:
(75)
4. Расход свежего пара на внешнее потребление:
(76)
где - энтальпия свежего пара, ; - энтальпия питательной воды из деаэратора, впрыскиваемая в РОУ, .
5. Количество воды, впрыскиваемой в РОУ для получения пара заданных параметров:
(77)
6. Расход пара на собственные нужды котельной предварительно оценивается как 7% от внешнего потребления с последующим уточнением:
(78)
7. Суммарная паропроизводительность котельной с учетом расхода пара на собственные нужды и потерь, принимаемых равными 3% от суммарной производительности:
(79)
8. Потеря конденсата с учетом 3% его потерь внутри котельной:
9. Рассчитываем узел непрерывной продувки:
а) Расход воды на непрерывную продувку:
(80)
б) Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки:
(81)
где - степень сухости пара ;
- энтальпия продувочной воды на входе в расширитель (энтальпия воды при давлении в барабане котла, равном 1,4 МПа), ;
- энтальпия продувочной воды на выходе из расширителя (энтальпия воды при давлении в расширителе, равном 0,12 МПа), ;
- энтальпия пара при давлении в расширителе равном 0,12 МПа, .
в) Количество продувочной воды, выходящей из расширителя:
(82)
10. Расход химочищенной воды для восполнения потерь теплоносителя:
(83)
где - потери воды в тепловых сетях, т/ч.
11. Расход сырой воды:
12. Температура сырой воды после охладителя продувочной воды:
(84)
где - температура сырой воды, ºС;
- энтальпия продувочной воды после охладителя при оС,.
13. Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды:
(85)
где - температура воды после химводоочистки, оС;
- энтальпия конденсата при давлении греющего (редуцированного) пара, .
14. Температура химочищенной воды после охладителя подпиточной воды:
(86)
где - температура воды на выходе из ХВО (принимается снижение температуры воды в процессе химводоочистки оС);
- температура подпиточной воды на выходе из атмосферного деаэратора, оС;
- температура подпиточной воды на выходе из охладителя, оС.
Согласно .
15. Расход пара на пароводяной подогреватель химочищенной воды, поступающей в деаэратор:
(87)
где - температура химочищенной воды на входе в деаэратор, оС.
Температура химочищенной воды на входе в деаэратор в первом приближении принимается 80оС, и если полученная средняя температура потоков в деаэратор не выше 95оС, то температура химочищенной воды больше не уточняется.
16. Суммарное количество воды и пара, поступающих в деаэратор, за вычетом греющего пара:
(88)
18. Расход пара на деаэратор питательной воды:
(89)
где - температура питательной воды из деаэратора, оС.
19. Суммарный расход редуцированного пара на собственные нужды котельной:
20. Расход свежего пара на собственные нужды:
(90)
21. Паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь:
(91)
22. Расхождение с ранее принятой величиной паропроизводительности котельной:
Так как %, то уточнения паропроизводительности котельной не требуются.
Требуемая паропроизводительность котельной обеспечивается установленными тремя котлами ДКВР-20-13, с параметрами пара:
Расчет паровой котельной при отпуске тепла внешнему потребителю
Котельная предназначена для централизованного теплоснабжения промышленного предприятия и прилежащего жилого района, а именно отпуска пара технологическим потребителям завода и горячей воды для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения [13].
Принципиальная схема котельной представлена на рис. 15.
На котельной установлено три котла ДКВР-20-14 ГМ. Предполагается демонтировать водогрейные котлы и установить два котла типа ДЕ для отпуска тепла на отопление и горячее водоснабжение расположенного рядом с заводом жилого района. Использование водогрейных котлов нецелесообразно, т.к. они спроектированы на большую нагрузку и при установке паровых котлов упрощается схема источника теплоснабжения. В этом районе расположено 150 пятиэтажных домов, в которых живут 33750 человек. В среднем на одного человека приходится 12 м2 площади. Определим расчетные расходы тепла на отопление и горячее водоснабжение жилого района.
Расчетный расход тепла на отопление i-го жилого дома , кВт, определяется по формуле (1):
,
где: - коэффициент учета района строительства дома (2):
где - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м3.К);
- объем здания, м3;
- расчетная температура воздуха в рабочей зоне, ;
- расчетная температура наружного воздуха для расчета отопительной нагрузки, для города Брянска составляет -24.
Объем одного жилого дома равен:
Объем 150 жилых дома равен:
кВт
Средний за неделю расход тепла на горячее водоснабжение района, оборудованного умывальниками, определяется по формуле (17):
где: -норма потребления горячей воды с температурой =65 на единицу потребления, принимаем =30 л/день;
m- число потребителей, m=33750 человек;
-расчетная длительность подачи тепла на горячее водоснабжение, =24 ч;
-температура холодной воды, =5.
Тогда:
Средний за неделю расход тепла на горячее водоснабжение района, оборудованного душевыми, определяется по формуле (18):
где: - норма потребления горячей воды с температурой =65 на единицу потребления, принимаем =230 л/день;
m- число потребителей, приходящихся на одну душевую, определяемых по формуле (19):
Суммарный расход тепла на хозяйственно- бытовое горячее водоснабжение для всего предприятия равен:
Средненедельный расход тепла на горячее водоснабжение летом уменьшается вследствие повышения температуры холодной водопроводной воды (принимается =15 ) и составляет (21):
На технологические нужды требуется пар с параметрами: р=0,7 МПа, .
Расчетная тепловая нагрузка отопления:
Расчетная тепловая нагрузка вентиляции: =12099,2 кВт.
Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение:
Расход пара на технологию: =1,145 кг/с.
Температурный график водяных тепловых сетей: 115/70 .
Деаэрация питательной воды осуществляется в атмосферном деаэраторе, при температуре 104, питательная вода имеет температуру 104.
Коэффициент возврата конденсата , оС. Величина непрерывной продувки котлов % от паропроизводительности котельной.
Температура исходной воды в зимний период – +5оС, летом – +15оС. Подогрев сырой воды перед химической водоочисткой производится до 20оС.
Котельная работает на газообразном топливе; резервное топливо – мазут.
1. Расход пара на подогреватели сетевой воды по формуле (73):
По результатам гидравлического расчёта паровой тепловой сети нам необходим пар с давлением 0,37 МПа и температурой 168ºС. Поэтому пар на выходе из котла необходимо редуцировать. Энтальпия редуцированного пара: .
2. Расход сетевой воды по формуле (74):
4. Расход свежего пара на внешнее потребление по формуле (76):
где - энтальпия свежего пара, ;
- энтальпия питательной воды из деаэратора, впрыскиваемая в РОУ, .
5. Количество воды, впрыскиваемой в РОУ для получения пара заданных параметров по формуле (77):
7. Суммарная паропроизводительность котельной с учетом расхода пара на собственные нужды и потерь, принимаемых равными 3% от суммарной производительности по формуле (79):
б) Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки по (81):
в) Количество продувочной воды, выходящей из расширителя из (82):
10. Расход химочищенной воды для восполнения потерь теплоносителя по (83):
11. Расход сырой воды по формуле:
13. Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды по (85):
14. Температура химочищенной воды после охладителя подпиточной воды по формуле (86):
15. Расход пара на пароводяной подогреватель химочищенной воды, поступающей в деаэратор по формуле (87):
Температура химочищенной воды на входе в деаэратор в первом приближении принимается 80оС, и если полученная средняя температура потоков в
деаэратор не выше 95оС, то температура химочищенной воды больше не уточняется.
16. Суммарное количество воды и пара, поступающих в деаэратор, за вычетом греющего пара по формуле (88):
18. Расход пара на деаэратор питательной воды из (89):
20. Расход свежего пара на собственные нужды (20):
21. Паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь по (91):
Требуемая паропроизводительность котельной обеспечивается установленными тремя котлами ДКВР-20-13 и устанавливаемыми двумя котлами ДЕ-10-14ГМ, с параметрами пара: или установленными тремя котлами ДКВР-20-13 и устанавливаемыми тремя котлами ДЕ-6,5-14ГМ, с параметрами пара:
4. Оценка эффективности производства электрической энергии на заводской котельной
4.1 Производство электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления промышленного пара
В большинстве случаев требующееся давление производственного пара на месте потребление не превышает 0,2-0,8 МПа. Целесообразно использовать энергию пара в турбине с противодавлением для производства электрической энергии и лишь затем направлять пар потребителю. При малых перепадах давлений (от 1,4 до 0,3…0,15 МПа) такая мощность достигается лишь при очень больших расходах пара. Производительность большинства даже очень крупных котельных такие расходы пара не обеспечивает, поэтому до последних лет пар дросселировался в РОУ [3].
Энергетическая доля себестоимости электрической энергии значительно мала, что обеспечивает окупаемость оборудования мини-ТЭЦ в срок до 1,5 лет. Схема перевода производственной паровой котельной в режим мини-ТЭЦ представлена на рис.16.
Рис.16 Схема работы мини-ТЭЦ на базе паровой котельной: ПК- паровой котел, РОУ- редукционно-охладительная установка, Т- турбина с противодавлением, ТА- технологический агрегат, СП- сетевой подогреватель, КН- конденсатный насос.
4.2 Расчет годовой выработки электроэнергии на заводской мини-ТЭЦ
Построим в диаграмме h-S цикл работы турбины на номинальном режиме (рис.17).
Определим изменение энтальпии с учетом КПД. при номинальном режиме работы турбины.
(92)
(93)
Определим мощность турбины при работе на номинальном режиме.
(94)
Рис.17 Цикл работы турбины
На основании результатов была выбрана турбина ТГ 8/0,4 Р13/4,0. Определим площадь, полученную при демонтаже двух котлов ПТВМ-50 и вспомогательного оборудования. Ширина освободившейся площади – 18м, длина – 42м и высота – 7м. Размеры турбины ТГ 8/0,4 Р13/4,0 7,018х12,077х6,657м. Как видно по соотношению размеров, данной площади достаточно, чтобы разместить турбоустановку.
Расход теплоты на турбину определяется по формуле:
(95)
Затраты электроэнергии на выработку 1Гкал определяются по формуле:
(96)
С учетом размерностей и внутреннего КПД турбины
Проанализируем работу турбины на частичном режиме. Построим цикл работы в h-S диаграмме [2] (рис.17).
Пусть исследуемый частичный режим соответствует .
Тогда,
Используя зависимость , определим давление пара, выходящего из котла и соответствующего D. Т.к. при h=const, то .
Зная изменение внутреннего КПД в зависимости от расхода пара на турбину, определим по диаграмме (рис.18).
Рис.18 Зависимость внутреннего КПД турбины от расхода пара, поступающего в турбину
Внутренний КПД турбины на рассматриваемом частичном режиме равен .
Определим изменение энтальпии с учетом КПД по (92) и (93).
Определим мощность турбины при работе на частичном режиме по (94).
Расход теплоты на турбину определяется по формуле (95):
Затраты электроэнергии на выработку 1Гкал определяются по формуле (96):
Построим зависимость затрат электроэнергии от мощности турбины.
Рис.19 Зависимость затрат электроэнергии от мощности турбины
Если отклонять расход пара на турбину от номинального, то сокращается изменение энтальпии . В то же время мощность турбины также меняется, причем, чем ниже расход пара, тем ниже мощность. Чтобы увеличить мощность турбины, расход пара на турбину должен расти опережающим путем. С определенного момента расход увеличивается, а мощность перестает расти из-за увеличения потерь. Иногда это имеет место, когда потребителю необходим большой расход [4].
Минимум затрат электроэнергии можно добиться только на номинальном режиме. При снижении мощности турбины ниже номинальной энергозатраты растут. Номинальный режим является режимом максимальной выработки электрической энергии.
Расход пара, подаваемый на турбину, прямо пропорционально зависит от паропроизводительности котельных агрегатов. В свою очередь паропроизводительность меняется исходя из изменения температуры наружного воздуха [7]. При увеличении этой температуры паропроизводительность котлов уменьшается, т.к. снижается нагрузка отопления.
Суммарную тепловую нагрузку помесячно определяем, учитывая, что:
- температура холодной воды в зимний период – +5оС, летом – +15оС;
- отопление отключается при температуре наружного воздуха выше температуры начала-конца отопительного периода, рассчитанной по формуле (4), или выше +8 ºС;
- вентиляция отключается при температуре наружного воздуха выше температуры +8 ºС.
Тепловая нагрузка на отопление при данной температуре наружного воздуха в расчётный период определяется по формуле (6):
где - температура наружного воздуха в данный период, ºС.
Расчёт тепловой нагрузки на вентиляцию при данной температуре наружного воздуха в расчётный период производится по следующей формуле (14):
Расход пара на подогреватели сетевой воды по формуле (73):
где - энтальпия редуцированного пара, ;
Суммарный расход пара на внешнее потребление по (75):
Расход пара на собственные нужды котельной оценивается как 7% от внешнего потребления (78):
Суммарная паропроизводительность котельной с учетом расхода пара на собственные нужды и потерь, принимаемых равными 3% от суммарной производительности (79):
Внутренний КПД турбины определяем по рис.18 в зависимости от суммарной паропроизводительности котельной.
Определим изменение энтальпии с учетом КПД по h-S диаграмме по формулам (92) и (93).
Определим мощность турбины при работе на частичном режиме определяем по формуле (94).
Таблица 28 Расчет изменения мощности турбины в течение года
Месяц года
,оС
D, кг/с
кДж/кг
N,
январь
-9,1
11344,7
9441,08
21985,81
32,94
37,06
2,59
40,88
11,36
0,7
540
378
6049,21
февраль
-8,4
10994,9
9197,22
21392,08
32,26
36,38
2,55
40,13
11,15
март
-3,2
10241,5
8478,26
19919,78
30,05
34,18
2,39
37,70
10,47
0,6
510
306
4896,979
апрель
5,9
9587,12
8129,45
18916,57
28,55
32,67
2,29
36,04
10,01
май
12,8
-
1200
2,01
6,13
0,43
6,76
1,88
0,3
470
141
2256,451
июнь
16,7
июль
18,1
август
16,9
сентябрь
11,5
октябрь
5
9721,61
8159,62
19081,23
28,80
32,92
2,30
36,31
10,09
ноябрь
-0,4
10052,5
8265,84
19518,32
29,45
33,57
2,35
37,04
10,29
декабрь
-5,2
10487
8842,37
20529,4
30,97
35,09
2,46
38,71
10,75
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
