Ляликов Б.А. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

Точка А (см. рис. 3.6) характеризует максимально возможную на-

грузку ОСП при давлении греющего пара 0,12 МПа. Если это давление

оставить неизменным, то при дальнейшем увеличении тепловой нагруз-

ки ТЭЦ (т. е. при температурах наружного воздуха ниже –6,3 °C) на-

грузка ОСП будет снижаться. Это объясняется тем, что температура се-

тевой воды на выходе из ОСП остается посто

янной и равна предельно

возможной 94,3 °C, а температура возвращаемой обратной сетевой воды

увеличивается. Следовательно, подогрев воды в ОСП (t

пс

– t

ос

) с пони-

жением температуры наружного воздуха уменьшается, а вместе с ним

уменьшается и тепловая нагрузка ОСП. Для поддержания нагрузки

ОСП необходимо переключать отбор турбины на более высокие давле-

ния пара.

Изменение нагрузки ОСП, работающих на паре данного давления,

в зависимости от температуры наружного воздуха определяется по фор-

муле

оспс

ос

max

пс

ТЭЦОСП

−

= , Гкал/ч,

(3.4)

где

ТЭЦ

Q , t

пс

, t

ос

– тепловая нагрузка ТЭЦ, температуры прямой и обрат-

ной сетевой воды, соответствующие текущей температуре наружного

воздуха;

max

пс

t – максимальное значение температуры прямой сетевой во-

ды при данном давлении пара в отборе.

Результаты расчета тепловых нагрузок ОСП представлены в Прил. 3

(см. табл. П.3.2). По данным табл. П.3.2 строится диаграмма теплофика-

ционных режимов паровой турбины (рис. 3.8).

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

-25,0-15,0-5,05,0

p=0,6

p=0,8

p=1,0

p=1,2

p=1,4

p=1,6

p=1,8

p=2,0

p=2,2

p=2,5

Рис. 3.8. Диаграмма теплофикационных режимов паровой турбины

Q, Гкал/ч

нв

, °С

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

Кривые на рис. 3.8 показывают изменение тепловой нагрузки ОСП

в зависимости от температуры наружного воздуха, при постоянном дав-

лении греющего пара.

3.2. Расчет теплоподготовительной установки ТЭЦ

Теплоподготовительная установка ТЭЦ предназначена для подог-

рева сетевой воды тепловых сетей в соответствии с графиком темпера-

тур. Температура сетевой воды в течение отопительного сезона изменя-

ется в пределах от 60 до 150 °C, в зависимости от температуры наруж-

ного воздуха. Подогрев сетевой воды на ТЭЦ может осуществляться по

различным схемам. При проектировании теплоподготовительной уста-

новки (ТПУ) ТЭ

Ц необходимо выполнить следующие расчеты:

Выбор и составление принципиальной тепловой схемы ТПУ ТЭЦ.

Расчет принципиальной тепловой схемы ТПУ ТЭЦ.

Расчет и выбор оборудования ТПУ ТЭЦ.

При проектировании должны быть заданы следующие данные:

– район проектирования;

– расчетная тепловая нагрузка ТЭЦ −

ТЭЦ

Q , в том числе на отопле-

ние и вентиляцию −

в о,

Q , на горячее водоснабжение −

всг

Q .

– расчетные температуры сетевой воды –

;

– график температур сетевой воды и система регулирования отпус-

ка тепла в тепловые сети;

– вид тепловых сетей или система теплоснабжения;

– тип турбины.

3.2.1. Выбор и составление принципиальной тепловой схемы

теплоподготовительной установки ТЭЦ

Принципиальная тепловая схема ТПУ ТЭЦ определяется:

– типом установленной или принятой к установке турбины;

– системой теплоснабжения (двухтрубная закрытая или открытая).

Для подогрева сетевой воды паром теплофикационных отборов

применяются турбины типов Т, ПТ, Р. Технические характеристики па-

ровых турбин приведены в Прил. 3 (см. табл. 3.1).

Теплофикационные турбины типа Т и ПТ, в зависимости от элек-

трической мощност

и и начальных параметров пара, выпускаются с од-

ним или двумя регулируемыми отопительными отборами пара для по-

догрева сетевой воды.

Пример принципиальной схемы подогрева сетевой воды на ТЭЦ

показан на рис. 3.9.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

СН

НПП

осв

подп

ОСП

1ст

ОСП

2ст

1осп

2осп

пп

ОСП

ПСП

псп

псв

ПС

ОС

Рис. 3.9. Пример принципиальной схемы подогрева сетевой воды на ТЭЦ

Схема подогрева сетевой воды должна включать также и схему уз-

ла подпитки тепловых сетей. На схеме (рис. 3.9) необходимо проставить

параметры пара – Р, i, t, параметры конденсата греющего пара – t

, i

;

параметры сетевой воды – t

с.в.

, i

с.в

, подпиточной воды – t

подп

, i

подп

, расхо-

ды греющего пара – D

, сетевой воды – G

с.в.

, подпиточной воды – G

подп

Необходимо указать на схеме пределы регулирования давления отопи-

тельных и производственных отборов.

При составлении схемы теплоподготовительной установки (ТПУ)

ТЭЦ следует обратить внимание на вид тепловых сетей: закрытые или

открытые, так как это влияет на схему узла подпитки тепловых сетей.

Так, при работе ТЭЦ на открытые тепловые сети необходима дополни-

тельная установка центральных баков аккумуляторов (ЦБА).

3.2.2. Расчет принципиальной тепловой схемы ТПУ ТЭЦ

Задача расчета тепловой схемы заключается в определении расхода

и параметров всех потоков воды и пара, теплопроизводительности ос-

новных и пиковых подогревателей сетевой воды, пикового водогрейно-

го котла, охладителей конденсата, РОУ, а также расхода пара при раз-

личных режимах отпуска тепла.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

Кроме того, расходы греющего пара при многоступенчатой схеме

должны быть определены по каждой ступени и увязаны с расходом пара

в отборах или противодавлении для установленных на ТЭЦ турбин.

В связи с этим при многоступенчатой схеме расчет следует начи-

нать с первой ступени.

Расчет схемы основан на составлении уравнений теплового и мате-

риального балансов для подогревателей, охладителей конденсат

а, РОУ

точек смешения потоков.

Расчет тепловой схемы теплоподготовительной установки произво-

дится для следующих режимов работы ТЭЦ:

а) расчетного или максимально зимнего;

б) среднего за самый холодный месяц;

в) среднезимнего;

г) в точке излома температурного графика;

д) летнего (при наличии только нагрузки горячего водоснабжения).

Расчет тепловой сх

емы производится в следующей последовательности:

Определяется тепловая нагрузка ТПУ или тепловая мощность

ТЭЦ для выбранных характерных режимов. При наличии графика теп-

ловой нагрузки ее можно определить из графика тепловых нагрузок при

соответствующих температурах наружного воздуха.

Определяются расходы сетевой воды в подающей и обратной те-

пловой сети, воды теплосети с учетом системы теплоснабжения и гра-

фика температур (отопительный, повышенный или скорректированный)

для характерных режимов.

Составляются уравнения теплового и материального балансов

для точки смешения подпиточной воды и воды из обратной сети (узел

подпитки) для определения температуры сетевой воды на входе в сис-

тему подогрева сетевой воды.

Производится расчет первой предварительной ступени подогре-

ва, в качестве которой может использоваться конденсатор турбины

в режиме ухудшенного вакуума или теплофикационный пучок конден-

сатора теплофикационной турбины с нормальным вакуумом. Из урав-

нения теплового баланса определяется температура сетевой воды на вы-

ходе из конденсатора.

Следует учитывать, что если конденсатор турбины с ухудшенным

вакуумом обеспечи

вает подогрев сетевой воды в течение всего отопи-

тельного и летнего периода, то теплофикационный пучок работает

только в режиме точки излома графика температур. Определяется теп-

ловая нагрузка предварительной ступени подогрева.

На следующем этапе производится расчет первой ступени основ-

ных сетевых подогревателей (второй ступени подогрева). Из уравнения

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

теплового баланса для расчетного режима определяется расход греюще-

го пара из регулируемого отбора турбины. Температура сетевой воды

для расчетного режима на выходе из основного подогревателя может

быть определена из выражения

ϑ−=

отб

осп

1с

tt , °С,

(3.5)

где

отб

t – температура конденсации греющего пара при максимальном

давлении в отборе на первую ступень;

ϑ – величина недогрева воды до температуры насыщения. Прини-

мается 4÷8 °С.

Определяется расчетная теплопроизводительность основных сете-

вых подогревателей первой ступени.

При расчете для летнего режима температура сетевой воды после

основных подогревателей первой ступени (остальные подогреватели –

основные и пиковые – отключены) из условия горячего водоснабжения

принимается равной 65–70 °С. По температуре сет

евой воды на выходе

из основных подогревателей определяется требуемое давление пара

в отборе в летний период:

ϑ+=

осп

1с

отб

tt , °С.

(3.6)

По таблицам при

отб

t определяется давление в отборе P

В схемах возможен слив конденсата греющего пара из пиковых или

основных подогревателей в подогреватели первой ступени, что должно

быть учтено при составлении уравнения теплового баланса.

Производится расчет второй ступени основных сетевых подогре-

вателей. Температура сетевой воды на выходе из второй ступени для

расчетного режима принимается из условия

оспосп

осп

2с

ttt Δ+= , °С,

(3.7)

где

осп

t – температура сетевой воды на входе в первую ступень;

осп

Δ – перепад температур (нагрев) сетевой воды в основных по-

догревателях;

осп

2с

осп

ttt −=

, °С.

(3.8)

В этом случае

осп

2с

t принимается по максимальному давлению пара

в верхнем отопительном отборе:

ϑ−=

в.отб

осп

2с

tt , °С,

(3.9)

где ϑ принимается 8÷15 °С.

Температура сетевой воды после первой ступени принимается

оспосп

осп

1с

5,0 ttt Δ+= , °С.

(3.10)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

Определяется теплопроизводительность второй ступени и расход

греющего пара.

Расчет пикового сетевого подогревателя или пикового водогрей-

ного котла. Расчетная теплопроизводительность пиковых водоподогре-

вателей или водогрейных котлов

)(

осп2

осп1

тэц

псп(пвк)

−−= , °С.

(3.11)

При наличии предварительного подогрева сетевой воды в конден-

саторе ухудшенного вакуума учитывается и теплопроизводительность

конденсатора

)(

осп2

осп1

тэц

псп(пвк)

QQQ

++−= , °С.

(3.12)

В схемах с пиковым подогревателем из уравнения теплового балан-

са определяется расход острого дросселируемого пара или пара произ-

водственного отбора или противодавления.

В заключении расчета тепловой схемы теплоподготовительной ус-

тановки ТЭЦ расходы греющего пара, определенные для каждой ступе-

ни, должны быть увязаны с ресурсами греющего пара в отборах или

противодавлении, установленных на ТЭЦ турбин. Определя

ется коэф-

фициент теплофикации. Для современных ТЭЦ оптимальное значение

коэффициента теплофикации лежит в пределах 0,5÷0,65, к чему необхо-

димо стремиться при выборе источника тепла.

3.3. Расчет и выбор оборудования

теплоподготовительной установки ТЭЦ

После расчета тепловой схемы ТЭЦ производится расчет и выбор

оборудования: пароводяных сетевых подогревателей (основных и пико-

вых), пиковых водогрейных котлов, охладителей конденсата греющего

пара, сетевых насосов, деаэратора подпитки, центральных баков акку-

муляторов (при открытых тепловых сетях), РОУ.

3.3.1. Паровые и водоводяные подогреватели

Подогреватели сетевой воды (бойлеры) подразделяются на две

группы: основные (ОСП) и пиковые (ПСП). Основные предназначаются

для работы в базисной части графика тепловых нагрузок ТЭЦ. Греющий

пар к ним подводится из теплофикационных отборов турбин с давлени-

ем 50÷250 кПа. Подогрев сетевой воды в ОСП может быть доведен до

115÷119 °С. Дальнейший подогрев сет

евой воды до 130÷150 °С произ-

водится в ПСП или пиковых водогрейных котлах.

На ТЭЦ может быть одна или несколько (блочный вариант) тепло-

подготовительных установок, работающих параллельно на общие вы-

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

ходные коллекторы прямой сетевой воды. В последнем случае число

подогревателей сетевой воды должно быть минимальным, по возмож-

ности по одному каждого типа на турбину.

В теплоподготовительных установках применяются поверхностные

кожухотрубчатые теплообменники, вертикальные и горизонтальные.

Для выбора теплообменников определяется расчетная поверхность теп-

лообмена, как правило, при максимально-зимнем режиме.

Выбор типоразмеров сетевых подогревателей, т. е. их поверхности

нагрева, производят на основании поверочного теплового расчет

и конструктивных данных изготавливаемых заводами подогревателей.

Целью поверочного теплового расчета является обоснование доста-

точности выбранной поверхности теплообмена для заданных расчетных

условий. Поверхности выбранных теплообменников, как правило, пре-

вышают требуемые по расчету, т. е. выбор поверхности нагрева тепло-

обменника в

сегда производится с некоторым запасом.

Поверхность нагрева теплообменника находится по уравнению те-

плопередачи

ср

Δ⋅

= , м

(3.13)

где

Q – тепловая нагрузка, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м

⋅ °С);

ср

– средний температурный напор между теплоносителями, °С.

Тепловая нагрузка теплообменника находится из уравнения тепло-

вого баланса:

– для водоводяных теплообменников

)()(

222

111

ttcGttcGQ −=−= , кВт,

(3.14)

где

, G

– расход теплоносителей (греющего и нагреваемого), не из-

меняющих агрегатного состояния (вода), кг/с;

, с

– средние теплоемкости при постоянном давлении в интервале

рабочих температур, Дж/(кг °С);

– для пароводяных теплообменников

)()(

222к

ttcGiiDQ −=−= , кВт.

(3.15)

3.3.2. Выбор типа, числа и мощности турбин,

устанавливаемых на ТЭЦ

Отпуск от ТЭЦ двух видов энергии – электроэнергии и тепла обу-

словливает применения специальных теплофикационных турбин с регу-

лируемыми отборами пара и конденсацией. Выбор давления пара в ре-

гулируемых отборах определяется схемой использования этого пара для

отпуска тепла. Для покрытия коммунально-бытовых нагрузок давление

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

в отборе турбины выбирают равным 0,05÷0,25 МПа. Регулируемый от-

бор при таких давлениях называют

отопительным, или теплофикаци-

онным

. Регулируемый отбор при более высоких давлениях называется

производственным, или технологическим.

Турбины с регулируемыми отборами пара имеют следующие обо-

значения: Т – турбина с теплофикационным отбором; П – турбина

с производственным отбором; ПТ – турбина с производственным и ото-

пительным отбором; Р – турбина с противодавлением.

Ряд турбин типа Т и ПТ имеет два отбора пара для подогрева сете-

вой воды: верхний и нижний. Например, у турбин типа Т-50-130

и Т-100-130 в верхнем отборе возможно изменение давления от 0,06 до

0,25 МПа, а в нижнем – от 0,05 до 0,20 МПа. При работе турбины

с двумя отборами регулируемое давление п

оддерживается только

в верхнем отборе; при работе с одним нижним регулируемое давление

поддерживается в нижнем отборе. Система регулирования давления

в этих отборах переключаемая; импульсом дл

я переключения может

служить требуемая температура сетевой воды на выходе из последнего

подогревателя (ОСП второй ступени).

В теплофикационных турбинах может быть осуществлен не только

двухступенчатый (в нижнем и верхнем сетевых подогревателях), но

и трехступенчатый подогрев сетевой воды. Для этой цели в конденсаторе

турбины предусмотрена встроенная поверхность теплообмена в виде пуч-

ка труб, чер

ез которые может быть пропущена обратная сетевая вода.

В качестве вариантов схем подогрева сетевой воды рассматривают-

ся варианты двух- и трехступенчатого подогрева сетевой воды в сле-

дующем исполнении: а) ОСП плюс пиковый сетевой подогреватель;

б) ОСП плюс пиковый водогрейный котел.

Выбор типа, числа и мощности турбин является одним из ответст-

венных моментов при проектировании схемы отпуска те

пла от ТЭЦ, так

как в конечном итоге от правильного выбора турбин зависит экономич-

ность работы станции. При выборе турбин для производства тепловой

и электрической энергии на ТЭЦ следует руководствоваться следую-

щими основными положениями:

Выбор турбин для варианта проектируемой схемы отпуска тепла

производят, исходя из параметров и расходов пара внешним потребите-

лям тепла, а также с учетом номенклатуры турбин, выпускаемых про-

мышленностью.

При выборе турбин надо стремиться к максимальному удовле-

творению принципа комбинированной выработки тепла и электриче-

ской энергии.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

На ТЭЦ с преимущественным отпуском тепла коммунально-

бытовым потребителям наиболее часто устанавливаются турбины типа Т.

На ТЭЦ со смешанным (производственным и коммунально-

бытовым) отпуском тепла в большинстве случаев устанавливаются тур-

бины с двумя регулируемыми отборами пара типа ПТ.

При выборе турбин следует стремиться к уменьшению их числа

путем установки минимального количества агрегатов максимальной

мощности. Установка более крупных агрегатов снижает удельную

стоимость установленного киловатта мощности при одновременном по-

вышении тепловой экономичности ТЭЦ.

На ТЭЦ, работающих в системе, допускается установка одного

турбоагрегата с отбором пара.

Выбор турбин на ТЭЦ производят с учетом покрытия из отборов

приблизительно 50÷60 % максимума тепловой нагрузки по горячей во-

де. Остальные 35÷50 % теплофикационной нагрузки покрываются за

счет пиковых водогрейных котлов или от РОУ. Величина

ТЭЦ

α обосно-

вывается технико-экономическими расчетами и лежит в следующих

диапазонах:

а) 0,55÷0,60 для турбоагрегатов Т-50-130;

б) 0,60÷0,65 для турбоагрегатов Т-100-130;

в) более 0,65 для турбоагрегатов Т-250-240.

Величину промышленных отборов турбин выбирают по макси-

мальной потребности в паре для производства.

Предварительный выбор турбоагрегатов производят при разра-

ботке принципиальной схемы станции. После расчета двух-трех вариан-

тов схемы и их технико-экономического сопоставления окончательно

выбирают тип, число и мощность турбин для ТЭЦ. В пояснительной за-

писке приводят технические данные выбранных агрегатов.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть II: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ

РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА КОТЕЛЬНЫХ

4.1. Введение

Введение начинается с формулирования темы и постановки задачи

курсового проекта. Приводятся климатические характеристики района

проектирования котельной. На основе исходных данных и климатиче-

ских характеристик формулируются технические условия проектиро-

вания котельной. Дается краткое содержание представляемого проекта

по основным разделам.

4.2. Определение часового отпуска теплоты

в тепловые сети и расхода пара

Часовой отпуск пара котельной согласно заданию определяется от-

пуском пара только на технологию. При отсутствии данных отпуск пара

в зимний и летний периоды принимается одинаковым. В отдельных

случаях исходными данными дополнительно могут быть заданы расхо-

ды пара на отопление, калориферы систем вентиляции и подогрев воды

для систем горячего водоснабжения предприятия. Определяется сум-

марный ч

асовой отпуск пара котельной

ср

mаа

техн

отп

DDDDD +++= , т/ч,

(4.1)

где

mаа

техн

D – максимальный расход пара на технологию;

D ,

D – расчетные расходы пара на отопление и вентиляцию;

ср

D – среднечасовой расход пара на подогрев воды для горячего

водоснабжения в пароводяных теплообменниках.

Суммарная тепловая нагрузка, отпускаемая котельной в водяные те-

пловые сети, должна определяться для следующих четырех характер-

ных режимов работы системы теплоснабжения:

1-й режим – максимально зимний, соответствующий расчетной

температуре наружного воздуха для проектирования отопления –

но

t .

Тепловая нагрузка при этом режиме является максимальной, и по ней

выбирается основное оборудование котельной

тп

ср

отп

QQQQQ +++= , МВт (Гкал/ч),

(4.2)

где

Q ,

Q – расчетные тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию

присоединенного к тепловым сетям жилого района или предприятия;