Тепловые электрические станции

Оглавление
Введение……………...………………………………………………………..3
1 Общая характеристика предприятия………………………………………7
1.1 Структура и основные производственные показатели НК ТЭЦ……....7
1.2 Производство и потребление электрической энергии………………….12
1.3 Материальный баланс…………………………………………………….13
1.4 Задачи проектирования…………………………………………………...14
2 Котельные установки……………………………………………………….15
2.1 Парк котельного оборудования…………………………………………..15
2.2 Устройство котла………………………………………………………….16
2.3 Тепловой расчет котла………………………………………………….....19
2.3.1 Определение низшей теплоты сгорания топлива……………………..19
2.3.2 Избыток воздуха и присосы по газоходам………………………….....20
2.3.3 Объем и энтальпия продуктов сгорания………………………………20
2.3.4 Тепловой баланс котла………………………………………………….22
2.3.5 Расчёт теплообмена в топке…………………………………………….24
2.3.6 Расчёт конвективных поверхностей нагрева…………………………..29
2.3.7 Расчёт тяговой установки……………………………………………….43
2.3.8 Расчёт дутьевого вентилятора……………………………………….….47
3. Модернизация привода питательного насоса……………………………..51
3.1. Описание объекта…………………………………………………………51
3.2. Анализ известных технических решений………………………………..53
3.3 Описание предложенного технического решения………………………57

3.3.1 Построение зависимости мощности питательного насоса от частоты
вращения…………………………………………………………………...57
3.3.2. Описание конструкции турбопривода………………………………...62
3.4 Технико-экономическое обоснование проекта………………………….72
4. Экология…………………………………………………………………...85
4.1. Данные для расчета…………………………………………………….…85
4.2. Определение выбросов вредных веществ…………………………….…86
4.3. Предложенные технические решения…………………………………....91
5. Охрана труда………………………………………………………………....92
5.1. Общие положения………………………………………………………....92
5.2.Требования безопасности перед началом работы………………………………………………………………………...…93
5.3. Требования безопасности во время работы……………………………...93
5.4.Требования безопасности по окончании работ………………………......94
5.5. Обслуживание оборудования ТЭЦ…………………………………….....95
5.6. Требования пожарной безопасности…………………………………......96
5.7. Надзор за работой насосной установки…………………………….....97
5.8. Техника безопасности при эксплуатации насосных установок……....99
6. Экономический раздел……………………………………………………..103
6.1. Расчет себестоимости производства тепловой и
электрической энергии………………………………………………………..103
7 Заключение………………………………………………………………......107
Библиографический список…………………………………………………..110

Введение
В классической книге Рыжкина В.Я. "Тепловые Электрические Станции" (1) в разделе" Тип привода питательных насосов и схемы включения приводных турбин" относительно ТЭЦ написано: «ТЭЦ с начальным давлением пара перед турбинами около 9 и 13 МПа большей частью не имеют промежуточного перегрева пара и рабо­тают по не блочной схеме. Питательные рабочие насосы имеют, как правило, элек­трический привод. Паровой привод питательных рабочих насосов целесообразен, если отработавший пар приводных турбин можно использовать в течение всего года для нужд внешнего теплового потребления. Такое решение, безусловно, экономиче­ски выгодно, если паром, отработавшим в приводных турбинах, не вытесняется пар из отборов главных турбин и с отработавшим паром приводных турбин отпускается дополнительное количество тепла внешним потребителям.
...

1.1 Структура и основные производственные показатели НК ТЭЦ
Дата образования НК ТЭЦ 6 сентября 1955г. С 01.01.2013г. в результате реорганизации выделена из состава ОАО «Кузбассэнерго» в новое юридическое лицо ОАО «Ново-Кемеровская ТЭЦ», входящая в группу «Сибирская регенерирующая компания» (СГК).
Перечень структурных подразделений НК ТЭЦ:
- топливно транспортный цех (ТТЦ);
- котельных цех (КЦ);
- турбинный цех (ТЦ);
- электрический цех (ЭЦ);
- химический цех (ХЦ);
- тепловой автоматики и измерений (ЦТАИ).
Участки:
- производственный участок по обслуживании и ремонту общестанционного оборудования (ПУОРОСО).
Отделы:
- подготовки и производства ремонтов (ОППР);
- производственно-технический (ПТО);
- группа надежности промышленной безопасности и охраны труда (ГНПБ и ОТ);
- лаборатория контроля металла (ЛКМ).
Топливно-транспортный цех.
Топливное хозяйство станции состоит из угольного, мазутного и газового хозяйства.
...

1.3 Материальный баланс
НК ТЭЦ в процессе своей работы как затрачивает определенные ресурсы, так и выбрасывает в атмосферу продукты своей переработки.
Таблица 1/3
Фактически за 2012 год использовано 11,5млн.м3 воды в том числе на:
Наименование источника
Забрано или получено всего за год, тыс.куб.м
Использовано воды всего
в том числе на хозяиственно-питьевые нужды
в том числе на производственные нужды
Передано другим предприятиям без использования
Передано другим предприятиям после использования
 
Гр1
Гр3
Гр4
Гр5
Гр7
Гр8
Забрано, получено, всего
17 860,890
11 568,790
135,420
11 433,370
6 292,100
4 414,850
от других предприятий
17 860,890
11 568,790
135,420
11 433,370
6 292,100
4 414,850

Общее водопотребление Ново-Кемеровской ТЭЦ в 2012 г составило 17860,89 тыс. м3, в том числе:17725,47- технической воды из сетей КОАО «Азот» и 135,42 – питьевой воды из сетей ООО «СКЭК».
...

2.1 Парк котельного оборудования
На Ново-Кемеровской ТЭЦ установлено 10 котлоагрегатов Таганрогского котельного завода типа Е-420-140Ж (р = 14,0 МПа, t = 545 °С). Все котлоагрегаты П-образной компоновки с естественной циркуляцией и жидким шлакоудалением. Основное проектное топливо – каменный уголь марки «СС»; растопочное – мазут; буферное – попутный газ.
Суммарная паропроизводительность котлоагрегатов – 4200 т/ч.
Характеристика котлоагрегатов приведена в табл. 2/1.
Таблица 2.1
Характеристика котельных агрегатов НК ТЭЦ
Котел
Станц. номер
Тип (марка) котла
Фактические параметры острого пара
Фактическая производи-тельность, т/час
Год ввода
Завод изготови-тель
Кол-во пусков с нач. экспл.
Топливо

давление, МПа
температура, 0С

проектн.
...

2.2 Устройство котла
На Ново-Кемеровской ТЭЦ установлены котельные агрегаты типа ТП-87, марка Е-420/140 Ж, производитель – Таганрогский котельный завод “Красный котельщик”, барабанный с естественной циркуляцией, предназначен для получения пара высокого давления при сжигании в виде факела угольной пыли и природного газа, продуктов сухого и мокрого обогащения.
Таблица 2.2
Основные показатели котла ТП-87
Характеристика
Ед. изм.
Величина
1. Номинальная паропроизводительность
т/ч
420
2. Рабочее давление за пароперегревателем
МПа
14,0
3. Температура перегретого пара
оС
560
4. Температура уходящих газов
оС
128
5. Коэффициент теплопередачи для пароперегревателя
Вт/м2К
64
6. Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя
Вт/м2К
40
7. Коэффициент теплопередачи для водяного экономайзера
Вт/м2К
60
8. Степень черноты топки

0,72

Котельный агрегат имеет П-образную компоновку и состоит из восходящего, горизонтального и нисходящего газоходов. Топочная камера служит восходящим газоходом.
...

2.3.1 Определение низшей теплоты сгорания топлива
На Ново-Кемеровской ТЭЦ в качестве основного топлива используется каменный уголь марки СС.

Таблица 2.3
Каменный уголь марки СС
Бассейн
Марка
Рабочая масса топлива, %
t1
Кузнецкий
СС

9
17,2
0,3
63,4
1,5
3,8
4,8
1250

Теплота сгорания заданного топлива, определяется по формуле
Д. И. Менделеева [4]:
=
=339,13·63.4 + 1035,94·1,5 - 108,86·(4,8 - 0,3) - 24,62·9 = 22.343 МДж/кг.
Количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива:
Vo = 0,089(СP + 0,375SP) + 0,265НР - 0,0333ОР =
= 0,089(63.4 + 0,375·0,3) + 0,265·1,5 - 0,0333·4,8 = 5.89 м3/кг.
2.3.
...

2.3.2 Избыток воздуха и присосы по газоходам
Определяем присосы воздуха в газоход котла [курс лекций]:
αух= αт + αпп + αвэ1 + αвп1 + αвэ2 + αвп2 =
= 1,2+0,05+0,025+0,025+0,025+0,025=1,35
где αт – избыток воздуха в топке;
αпп – избыток воздуха в пароперегревателе;
αвэ1 – избыток воздуха в экономайзере II -ой ступени (по ходу воды);
αвп1 – избыток воздуха в воздухоподогревателе II -ой ступени;
αвэ2 – избыток воздуха в экономайзере I -ой ступени;
αвп2 – избыток воздуха в воздухоподогревателе I-ой ступени;
αух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, числено равен избытку воздуха в продуктах сгорания в последнем газоходе.
Объем фактически подаваемого количества воздуха:
Vв = Vo·αт = 5.89·1,2 = 7,068 м3/кг
2.3.
...

2.3.3 Объем и энтальпия продуктов сгорания
, нм3/кг,
Объем трехатомных газов подсчитывается по формуле:
,нм3/кг
Объем водяных паров:
,нм3/кг
Объем азота:
,нм3/кг
Объем продуктов сгорания с учетом избытка воздуха в топке присосов за любой i-й поверхностью нагрева:

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.4
Таблица 2.4
Объем продуктов сгорания
Наименование газов, расчетные формулы
Обоз
Ед.
изм.
Т
ПП
ВЭ2
ВП2
ВЭ1
ВП1

=1,2
=1,25
=1,275
=1,3
=1,325
=1,35
Теоретический объем трехатомных газов

1,185
1,185
1,185
1,185
1,185
1,185
Теоретический объем азота

4,683
4,683
4,683
4,683
4,683
4,683
Теоретический объем водяных паров

0,37
0,37
0,37
0,37
0,37
0,37
Объем избыточного воздуха

1,178
1,472
1,62
1,767
1,914
2,061

Продолжение табл.2.4

Наименование газов, расчетные формулы
Обоз
Ед.
...

2.3.4 Тепловой баланс котла
Q2 = , кДж/кг
где Jух – энтальпия уходящих газов определяется по графику J-t по температуре уходящих газов tyx= 128 0С и по линии, характеризующей последнюю поверхность нагрева и равна Jyx=1580 кДж/кг;
αух – избыток воздуха в уходящих газах, численно равен 1,35; Jхв – энтальпия холодного воздуха при расчетной температуре tхв= 30 0С
Jхв = Vo CРхв tхв = 5,89· 1,298· 30 = 229,4 кДж/кг,
где Vo – количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, равное Vo = 5,89 м3/кг; CРхв – изобарная теплоемкость холодного воздуха CРхв = 1,298 кДж/(м3К).
Для расчета промышленных пароагрегатов принимаю
Qрр = Q [1, стр.
...

2.3.5 Расчёт теплообмена в топке
Расход топлива на один котёл
Расчет топки сводится к определению расхода топлива на один котел, определению основных размеров топки котла, расчету теплообмена в топке.
...

2.3.6 Расчёт конвективных поверхностей нагрева
Расчет пароперегревателя
Из уравнения теплового баланса пароперегревателя определяется теплосодержание газов за пароперегревателем а затем по диаграмме – соответствующая ему температура газов за пароперегревателем:
;

где - энтальпия газов перед пароперегревателем, соответствующая , кДж/кг; – энтальпия газов после пароперегревателя, кДж/кг;
Зная, по диаграмме определяем теоретическую температуру за пароперегревателем ;
=0,025·5,89·1,298·30=5,734 кДж/кг;
– количество теплоты, внесенное холодным воздухом присосов пароперегревателя;

– потери теплоты в окружающую среду пароперегревателем;
– число конвективных поверхностей нагрева, шт.; – энтальпия насыщенного пара (при давлении в барабане), кДж/кг.
...

2.3.7 Расчёт тяговой установки
Определяем плотность газов при нормальных условиях:
Для пароперегревателя:

=1,343
Для водяного экономайзера 2 ст.:

= 1,341
Для воздухоподогревателя 2 ст.:

= 1,34
Для водяного экономайзера 1 ст.:
= 1,339
Для воздухоподогревателя 1 ст.:
1,338
Плотность воздуха окружающей среды определяем
по выражению:
1,269 кг/м3
где - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3;
оС - температура окружающего воздуха;
Плотность газов определяется аналогично (кг/м3):

Для пароперегревателя:
0,304
Для водяного экономайзера 2 ст.:
0,427
Для воздухоподогревателя 2 ст.:
0,497

Для водяного экономайзера 1 ст.:
0,592
Для воздухоподогревателя 1 ст.:
0,774
Аэродинамическое сопротивление при движении дымовых газов в межтрубном пространстве поверхности нагрева:
,(2.
...

2.3.8 Расчёт дутьевого вентилятора
Расчётная производительность дутьевого вентилятора определяется тем количеством воздуха, которое необходимо подать в топку для полного сгорания потребляемого количества топлива:

102,08 м3/с
где – коэффициент запаса по производительности, = 1,05;
– коэффициент избытка воздуха в конце топки; – температура воздуха, поступающего в вентилятор, оС;
Принимаем три дутьевых вентилятора на котёл (два рабочих, один – резерв), следовательно:
51,04 м3/с = 183,75 м3/ч
Мощность привода одного дутьевого вентилятора:
137,35 кВт
где = 1000…1500 Па – требуемое полное давление вентилятора (для котлов с воздухоподогревателем = 1500 Па)
По требуемой производительности выбираем дымосос и электродвигатель [4]:
– марка дутьевого вентилятора: ВДН – 20 (Q = 210103 м3/ч;
Н = 4,7 кПа; =86%; производитель ПО “Сибэнергомаш”)
электродвигатель: ДАЗО – 12 – 55 – 6/8М – У1 (N = 250/105 кВт).

Таблица 2.5
Температура, С
V° RO2 =1,185
V° N2 =4,683
V° H2O =0,372
Σ(3+5+7)
Теорет.
...

3.1. Описание объекта
Достаточно серьезные проблемы в последнее время возникают на многих ТЭЦ с эксплуатацией турбин типа ПТ и Р, что вызвано значительным сокращением потребления пара производственного отбора. Турбины типа Р простаивают, или ра­ботают только на пиковые бойлера (не более 1000 часов в году), а по турбинам типа ПТ даже предложено изменить принцип работы регулирования. Отпуск пара про­изводственного отбора должен, как правило, осуществляться при полностью откры­тых регулирующих клапанах (РК) части среднего давления (ЧСД) и поддерживаться с помощью специального регулирующего устройства, установленного на паропроводе отбора, и только в случае его полного открытия в работу должны вступать РК ЧСД. Заданный отпуск тепла из теплофикационных отборов должен управляться регули­рующими диафрагмами ЧНД, а при полном их закрытии (в режимах работы по тепло­вому графику) - регулирующими клапанами части высокого давления (ЧВД).
...

3.2. Анализ известных технических решений
Как показал предварительный анализ, создание паротурбинной установки для привода питательного насоса со сравнительно высокой экономичностью на базе традиционных турбин не представляется возможным из-за малых объемных расхо­дов рабочего тела и требований компактной компоновки турбины.
Однако турбопривод питательных насосов мощностью менее 6 МВт не при­менялся на ТЭЦ еще и потому, что традиционные конструкции приводных турбин не позволяли разместить их на фундаменте вместо электродвигателя. Это хорошо ил­люстрируется поперечным разрезом традиционной турбины НЗЛ (завода, специали­зировавшегося на приводных турбинах) на необходимые параметры пара и уровень мощности, показанным на рис.3.1.
В связи с низкой экономичностью и невозможностью вписаться в сущест­вующий фундамент, традиционный вариант многоступенчатой турбины с гидравли­ческой системой регулирования, традиционно используемый КТЗ и НЗЛ, был отверг­нут.
...

3.3.1 Построение зависимости мощности питательного насоса от частоты вращения.

На Ново-Кемеровской ТЭЦ кроме 7-ми насосов ПЭ-500-180-3 имеются и два на­соса ПЭ-580-185-2, которые имеют достаточно близкие характеристики.
В качестве основы для построения характеристики переменного режима работы насоса принят ГОСТ 22337-77 «Насосы центробежные, питательные». В соответствии с указанным ГОСТом, работа насоса с приводом от электродвигателя при постоянной частоте вращения n=2985 об/мин в номинальном режиме, характеризуется следую­щими параметрами:
Параметр
Обозн.
Ед. изм.
ПЭ-500-180-3
ПЭ-580-185-2
Объемная подача
Qном
м3/ч
500
580
Напор
Н
м
1975
2030
Давление за насосом
Рпв2
кгс/см2
186
191
Общее КПД насоса не менее
𝜂н
%
78
81
Мощность насоса
Nн
кВт
3150
3615
На рис. 3.3. и 3.4. приведены типовые характеристики этих насосов. Для насосов ПЭ-500-180-3 Ново-Кемеровской ТЭЦ разрешена их длительная экс­плуатация при объемной подаче Qmax =1,1- Qном = 550 м3/ч.
...

3.3.2. Описание конструкции турбопривода

Конструкция турбоустановки Р-3,15-1,28/0,2П представляет собой одно­цилиндровую турбину, монтируемую на раму электропитательного агрегата ПЭ-500- 180, на место демонтируемого электродвигателя (см. рис. 3.7), с максимальным использованием компоновки питательного насоса и его тепловой схе­мы (воды, масла, управления и др.).
Технические характеристики и комплектность поставки турбопривода приведены в технических условиях на турбопривод Р-3,15-1,28/0,2П.
Система регулирования и защиты электронная.
Основной функцией системы регулирования является поддержание заданной ве­личины давления питательной воды за насосом. Кроме того, система ограничивает подлежащие ограничению параметры и останавливает агрегат по сигналам защит.
Система регулирования и защиты представляет собой программно-технический комплекс, который управляет приводами стопорного и регулирующего клапанов.
Парораспределение турбины дроссельное.
...

3.4.Технико-экономическое обоснование проекта

Влияние турбопривода на эффективность работы ТЭЦ

При включении турбопривода в тепловую схему ТЭЦ изменение экономиче­ских показателей в работе ТЭЦ происходит из-за:
-уменьшения расхода электроэнергии на собственные нужды, из-за замены электродвигателя на турбопривод;
-уменьшения расхода электроэнергии на собственные нужды, из-за возмож­ности снизить давление в коллектор питательной воды и регулировать расход пита­тельной воды с помощью турбопривода;
-увеличения расхода пара в голову основной турбины, для выработки до­полнительного расхода пара 13 ата поступающего на турбопривод;
-увеличения отпуска тепла в теплофикационный отбор, за счет расхода пара поступающего из турбопривода;
-увеличения расхода топлива, необходимого для выработки дополнительно­го расхода пара на основную турбину;
-изменение мощности (потребления пара 13 ата) турбоприводом при изме­нении производительности питательного насоса.
...

17. Рассохин В.А. Выбор параметров малорасходных турбин. Методические ука¬зания / СПбГТУ. СПб, 1997
18. РТМ 24.020.33-75. Турбины паровые и газовые стационарные, компрессоры. Лабиринтные уплотнения. Выбор типа и расчёт протечек. МТЭиТМ, Москва 1976 г, С.35.
19. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86, М, Энергоатомиздат, 1989.
20. А.В.Левин, К.Н.Боришанский, Е.Д.Консон, Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин.
21. «Методическими указаниями по составлению отчета электростанции и ак¬ционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономично¬сти оборудования» (РД 34.08.552-95), СПО, ОРГРЭС, М, 1995г.
22. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных про¬ектов утв. Минэкономики РФ, Минфином РФ и Госстроем РФ от 21 июня 1999 г. N ВК 477.
23. Методика экспресс-оценки экономической эффективности энергосберегаю¬щих мероприятий на ТЭС. РД 153-34.1-09.321-2002.