ДИПЛОМ : Теплоснабжение района от Мини-ТЭЦ

1 Описание объекта.
Тепловая мощность мини-ТЭЦ– 312,5 МВт., нагрузка на отопление – Qот=159,84 МВт., нагрузка на горячее водоснабжение – Qг.в=38,69МВт., топливо – природный газ – , температурный график – 150/700С.
Для обеспечения ЗПУ паром и горячей водой намечено строительство котельной с установкой 2-х котлов ДКВР 20-13 и 2-х котлов ПТВМ-30М.
В августе 1975 г. введены в эксплуатацию два паровых котла ДКВР 20-13 номинальной мощностью 20 тон пара в час каждый.
В феврале 1978 г. введены в эксплуатацию водогрейные котлы ПТВМ-30М производительностью 30 Гкал/час каждый.
На действующей части котельной установлены два паровых котла ДКВР 20-13 и два водогрейных котла ПВГМ-30М. На строящейся части в состоянии монтажа находились два водогрейных котла КВГМ-100, блок водоподготовки, новая мазутонасосная, эстакада слива мазута, распределительные устройства 0,4, 6, 10 кВ, подстанция 6/10 кВ с двумя трансформаторами мощностью 2500 кВА и двумя трансформаторами мощностью 1000 кВА.
…

2.1 Краткое описание котла ДЕ-25=24-280ГМ
Паровой газомазутный котёл ДЕ-25-24-380ГМ двухбарабанный, вертикально водотрубный, с естественной циркуляцией:
паропроизводительность 25 т/ч
давление пара в барабане 2,54 МПа
давление пара за пароперегревателем 2,3 МПа
температура перегретого пара 380°С
Котёл выполнен по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение топочной камеры относительно конвективной части котла.
Основными составными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый экран (газоплотная перегородка), правый и задний топочные экраны, а также трубы фронтовой стенки топки.
В переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы.
Конвективный пучок, образован коридорно расположенными по всей длине цилиндрической части барабанов вертикальными трубами D51x2,5 мм.
Ширина конвективного пучка составляет 1000мм.
…

2.2 Краткое описание водогрейного котла КВГМ-100
Газомазутный водогрейный котел КВГМ -1ОО предназначен для уста­новки на ТЭЦ в целях покрытия пиковых тепловых нагрузок и в качестве основного источника теплоснабжения районных отопительных ко­тельных.
Технические данные:
теплопроизводительность 116,3(100) МВат (Гккал/ч)
расчётное давление воды 2,5 МПа
рабочее давление на выходе из котла,не менее 1,0 МП
температура воды на входе в котёл
основной режим 70°С
температура воды на выходе из котла, не более 150°С
диапазон регулирования производительности по отношению к номинальной 20-100 %
гидравлическое сопротивление не более 0,25 МПа
расход воды через котёл
основной режим 1235 т/ч
пиковый режим 2460 т/ч
расход топлива
мазут 11500 кг/ч
газ 12520 м3/ч
КПД котла, не мение
мазут 91,8 %
газ 93,2 %
Котел – прямоточный П-образной компоновки, рассчитан для подогрева воды до 150° С с перепадами 40° С при пиковом режиме эксплуата­ции и 80° С в основной схеме.
…

2.3 Краткое описание котла ПТВМ-30М
Теплофикационный водогрейный котёл теплопроизводительностью 35-40 Гкал/ч с нижним подводом воды. Предназначен для работы в качестве основного источника теплоснабжения отопительных котельных. В качестве топлива используется газ-мазут.
Технические данные:
теплопроизводительность 40.7-46.52(35-40) МВат (Гкал/ч)
расчётное давление воды 2,0 МПа
рабочее давление на выходе из котла,не менее 0.8 МПа
температура воды на входе в котёл
основной режим 70°С
пиковый режим 104°С
температура воды на выходе из котла, не более 150°С
диапазон регулирования производительности по отношению к номинальной 20-100 %
гидравлическое сопротивление не более 0,17 МПа
расход воды через котёл
основной режим 450 т/ч
расход топлива
мазут 4355 кг/ч
газ 5200м3/ч
КПД котла, не мение
мазут 87.9 %
газ 90.1 %
Котёл водотрубный, радиационного типа, прямоточный с принудительной циркуляцией. Работает по 10-и ходовой схеме, имеет П-образную компоновку.
…

2.4 Краткое описание турбины.
Турбина паровая П1,5/10,5 – 2,4/1,0В. Турбина паровая активного типа служит приводом генератора. Проточная часть турбины делится на части высокого и низкого давления. ЧВД состоит из одной ступени, выполненной в виде сегмента сопел и одновенечного колеса, выпуск пара в ЧВД осуществляется через сопла, разделенные на группы, под­вод пара к роторам регулируется клапанами парораспределения ЧВД.
Промышленный отбор осуществляется из камеры за ЧВД. Остальная часть пара через клапана парораспределения ЧНД поступает в ЧНД, проходит через 2-5 ступени в конденсатор. Каждая ступень состоит из диафрагмы, установленной в корпу­се на шпонках и одновенечного колеса. Пар, проходя через рабочие лопатки всех ступеней, приводит во вращение ротор турбины. Ротор турбины опирается на подшипники.
На крышке переднего подшипника смонтирован блок регу­лирования, а на корпусеблок защиты.
…

3.2 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания
Состав газа:
СН4 – 92,5%;
С2Н6 – 2,0%;
С3Н8 – 0,66%;
С4Н10 – 0,5%;
С5Н12 – 0,15%;
СО2 – 0,33%;
N2 – 1,2%;
Н2О – 2,5%.
Теплота сгорания: Qнр=33,66 МДж/м3.
Плотность газа: =0,76 кг/м3.
Теоретический объём воздуха при сжигании газа, необходимого для полного сгорания (3.4[4]) (м3воздуха/м3газа):

(3.1)
Теоретический объём азота в продуктах сгорания:

(3.2)
Теоретический объём трёхатомных газов:

(3.3)
Теоретический объём водяных паров:

(3.4)
Остальной расчёт производится для каждой поверхности нагрева отдельно. Результаты расчёта сведём вТаблица 3 .1.
Таблица 3.1 – Результаты расчета
Рассчётная величина
α=1,1
Vо=9,44
V’N2=7,46

Qн.р=33663,48
V’RО2=0,99
V’Н2О=2,12

Формула.Источник
Размерность
Значение. Газоход

Топка
I конв.
пов.
II конв.
пов.
III конв.
пов.

1
2
3
4
5
6
7
Коэфф. избытка воздуха

1,1
1,15
1,2
1,25
Средний коэфф. Избытка возд. В газоходе
αср=(α’+α”)/2

1,1
1.125
1.175
1.225
Избыточное кол-во воздуха.
…

3.3 Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Результаты расчетов энтальпии продуктов сгорания по каждому газоходу (в зависимости от коэффициента избытка воздуха ) котлоагрегата КВ-ГМ-100 сведём в таблицуТаблица 3 .2
Таблица 3.2 – Результаты расчета
Поверность нагрева
Темпер. После пов-ти, °С
I°в, кДж/м.куб
I°г, кДж/м.куб
Iв.изб, кДж/м.куб
I, кДж/м.
…

3.5 Расчёт топки
Результаты расчёта сводим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 – Расчёт топки
№
Величина
Формула, источник
Размерность
Значение

1
2
3
4
5
1
Объём топки
Vт = 388
м3
388
2
Поверность стен топочной камеры
Fст = 325
м2
325
3
Тем-ра прод.сгор. на выходе из топки
принимаем
°С
1000
4
Полезное тепловыд. в топке
Qт = Qр.р(100-q3)/100 –Qв
кДж/м3
33081
5
Энтальпия продуктов сгорания
По таблице
кДж/м3
19609
6
Адиабатная темп. горения
Та = 2063
°К
2063
7
Коэфф. Тепловой эффективности
Ψср (5.9)[4]х=0,8
ζ=0,65

0,52
8
Эфф. Толщина излучающего слоя
S=3,6*Vт/Fст
м
4,30
9
Коэфф. ослабления лучей
К=Кг*Rп+Кс
1/(м·мПа)
2,258
10
Парциальный объём 3-хат. газов
Rп= 0,091

0,268
11
Парциальное дав-ление 3-хат. газов
Рп=Во*Rп Во=0,1МПа
МПа
0,0268
12
Коэфф. ослабления лучей 3-атомными газами
Кг по номограмме
1/(м·мПа)
4,65
13
К. ослабление лучей сажистыми частицами
Кс=0,3(2-ат)(1,6Т”т/1000-0,5)*0,12*Σm/n×CmHn

1/(м·мПа)
1,012
14
Степень черноты факела
Аф=mАсв+(1-m)*Аг
(5.
…

3.6 Расчёт конвективных поверхностей нагрева.
Первый конвективный пучок, расчёт сводим в таблицу 3.5
Таблица 3.5
№
Величина
Формула, источник
Размерность
Значение
500°
Значение
600°

1
2
3
4
1
Поверность нагрева
Н=795
м.2
795
2
Поперечный шаг труб
S1
мм.
64
3
Продольный шаг труб
S2
мм.
40
4
Диаметр труб
d
мм.
28
5
Живое сечение для прохода газов
F=а·в-z·d·l ,а=5696, в=2944; l=5120, z=27
м2
12,5
6
Энтальпия прод. Сгор. перед пучком
при 944°С
кДж/м3
16551
7
Энтальпия продуктов сгорания за пучком
I”кп
кДж/м3
8618
10461
8
Тепловосприятие пучка
Qб=φ·(I’кп-I”кп +αакп·I°хв)
кДж/м3
7816
6004
9
Расчётная темп. потока газа
ϋср=ϋ´+ϋ´´/2.
°С
722
772
10
Скорость продуктов сгорания
wср=(В·Vг·(ϋср+273))/(F·273) , Vг=105,4
м/с
8.68
9.12
11
Коэф. теплоотдачи конвекцией
ак=ан·Сz·Cs·Cф)
Вт/(м2·К)
79.61
79.9
12
Суммарная оптическая толщина
kps=(kг·rп)ps

0.357
0.325
13
Коэф. ослабления лучей 3-х атомными газами
Кг
1/(м·мПа)
17
15.5
14
Парц. объём 3-хат.д.г.
rп

0.264
0.264
15
Толщина излуч.
…

3.7 Расчёт II конвективного пучка.
Расчёт сводим в таблицу 3.6
Таблица 3.6-Расчёт II конвективного пучк
Величина
Формула, источник
Размерность
Значение
300°
Значение
400°

1
2
3
4
5
Поверхность нагрева пучка
Н=795
м2
795
Поперечный шаг труб
S1
мм.
64
Продольный шаг труб
S2
мм.
40
Диаметр труб
d
мм.
28
Живое сечение для прохода газов
F=а·в-z·d·l, а=5696, в=2944–размеры газохода
l=5120, z=27
м2
12,5
Энтальпия продуктов сгорания перед пучком
при 565°С
кДж/м3
9725
Энтальпия продуктов сгорания за пучком
I”
кДж/м3
5233
7061
Тепловосприятие пучка
Qб=φ·(I’кп-I”кп +αакп·I°хв)
кДж/м3
4433
2636
Расчётная температура потока газа
ϋср=ϋ´+ϋ´´/2 (6.7[4]),.
°С
420
470
Скорость дымовых газов
wср=(В·Vг·(ϋср+273))/(F·273) , Vг=12,248
м/с
6,29
6,75
1
2
3
4
5
Коэф. теплоотдачи конвекцией
ак=ан·Сz·Cs·Cф
Вт/(м2·К)
66.7
69.7
Суммарная оптическая толщина
kps=(kг·rп)ps

0,0234
0,0207
Коэф. ослабления лучей 3-х ат. газами
Кг
1/(м·мПа)
18
16.5
Парц. объём 3-х ат. газов
rп

0.253
0.
…

3.7.1 Расчёт третьей конвективной поверхности.
Результаты расчёта заносим в таблицу 3.7
Таблица 3.7 Расчёт третьей конвективной поверхности
№
Величина
Формула, источник
Размерность
Значение
100°
Значение
200°

1
2
3
4
1
Поверхность нагрева пучка
Н=795
м2
795
2
Поперечный шаг труб
S1
мм.
64
3
Продольный шаг труб
S2
мм.
40
4
Диаметр труб
d
мм.
28
5
Живое сечение для прохода газов
F=а·в-z·d·l,а=5696, в=2944; l=5120, z=27
м2
12,5
6
Энтальпия продуктов сгорания перед пучком
при 370°С
кДж/м3
6512
7
Энтальпия продуктов сгорания за пучком
I”кп
кДж/м3
1772
3579
8
Тепловосприятие пучка
Qб=φ·(I’кп-I”кп +αакп·I°хв)
кДж/м3
5121
3345
9
Расчётная температура потока газа
ϋср=ϋ´+ϋ´´/2
°С
235
285
10
Скорость продуктов сгорания
wср=(В·Vг·(ϋср+273))/(F·273) , Vг=12,248
м/с
4,79
5,26

1
2
3
4
11
Коэф. теплоотдачи конвекцией
ак=ан·Сz·Cs·Cф
Вт/(м2·К)
58,9
60,7
12
Сум.оптическая толщина
kps=(kг·rп)ps (6.12[4])

0,503
0,387
13
Коэф. ослабления лучей 3-х атомными газами
Кг опред. По рис.5.
…

4.1 Краткое описание тепловой схемы.
Теплова схема цеха включает в себя паровую и водогрейную схемы. В паровой схеме хим. очищенная вода из питательного деаэратора поступает на всас питательного насоса. Питательным насосом вода подаётся через водяной экономайзер в барабан парового котла. На выходе из котла перегретый пар давлением 2,3 МПа поступает на сборный коллектор высокого давления, откуда он направляется в паровые турбины или на РОУ(зависит от местных условий). В турбине часть пара попадает в пром. отбор, а часть конденсируется в конденсаторе и конденсат направляется в питательный деаэратор. Пар из отбора турбин или после РОУ с давлением 1,2 МПа попадает в коллектор низкого давления. Из коллектора низкого давления пар подаётся потребителю и на собственные нужды. Далее часть пара идущего на собственные нужды поступает на МНС, а часть подаётся на РУ для снижения давления до 0,6 МПа.
…

4.2 Исходные данные для расчёта тепловой схемы
Исходные данные заносим в таблицу 4.1
Таблица 4.1 Исходные данные для расчёта тепловой схемы
Физическая величина
Обозначение
Размерность
Значение величены

максимально зимнем
наиболее холодного месяца
летнем

1
2
3
4
5
6
Номинальная производительность котлов
D
т/ч
50
50
50
Расход пара на турбины
Dтг
т/ч
44
44
44
Расход пара в отборе турбин
Dот
т/ч
22
22
22
Расход пара технологическому потребителю давлением 1,2 Мпа

т/ч
14
14
12
1
2
3
4
5
6
Расход пара технологическому потребителю давлением 0,6 Мпа
Dт
т/ч
5
5
5
Расчётная температура наружного воздуха для г. Пинска на отопление
tр.о
ºС
-25
-18
–
Расчётная температура наружного воздуха для г. Пинска на вентиляцию
tр.в
ºС
-10
–
–
Расход теплоты на отопление и вентиляцию
Qо.в.
МВт
159,84
137,74
–
Расход теплоты на горячее водоснабжение
Qг.в
МВт
38,69
38,69
38,69
Сумарныйрасход теплоты на отопление и вентиляцию и горячее водоснабжение
Qт.
…

5.5 Определение расходов сетевой воды
При теплоносителе – воде расчетные расходы воды для гидравлического расчета закрытых тепловых сетей определяются по формуле:

, кг/с,
(5.29)

где Q – суммарный расход тепла на отопление, вентиляцию и го­рячее водоснабжение абонента, кВт;
1, 2 – температуры сетевой воды в прямом и обратном трубопроводе соответственно при расчетных температурах наружного воздуха, °С;
с = 4,19 кДж/(кг*°С) – теплоемкость воды;
Кр =1,005 – коэффициент, учитывающий утечки воды из сети.
Результаты расчётов заносим в таблицу :5.4
Таблица 5.4. Определение расходов сетевой воды.
…

5.6.1 Предварительный гидравлический расчет
В проекте удельные потери давления в магистральных трубопроводах принимаем 80 Па/м, для ответвлений – по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м.

,
(5.30)

где  – ориентировочный коэффициент местных потерь;
G – расход теплоносителя на рассматриваемом участке, кг/с;
z – постоянный коэффициент, для воды z = 0,01.

Предварительные удельные линейные потери давления могут быть найдены из выражения:

, Па/м
(5.31)

где Р- располагаемый перепад давлений на участке, Па;
l – общая длина трассы,

Для двухтрубной тепловой сети в качестве l принимается длину прямой или обратной линий.
Ориентировочный внутренний диаметр трубопровода определится из выражения:

, м,
(5.32)

где Аdв – коэффициент, зависящий от шероховатости труб (Кэ=0,5 мм).
Для первого участка:

,
(5.33)

м,
(5.34)
Ориентировочно найденный диаметр трубопровода округляется до ближайшего большего стандартного диаметра трубы, значение которого на первом участке 0,700 м.
…

5.7 Поверочный расчет водяной тепловой сети
Число компенсаторов определяют в зависимости от диаметра трубопровода, рода теплоносителя и расстояния между неподвижными опорами Lx.
При установке П-образных компенсаторов длина трубопровода увеличивается на величину:

, м,
(5.35)
где Н – вылет (плечо) компенсатора, м,
nк- число установленных на участке компенсаторов, шт.
Вылет компенсатора, в свою очередь, зависит от диаметра трубопровода, температуры теплоносителя. При расчете компенсатора определяется расчетное тепловое удлинение трубопровода:

, м,
(5.36)
где  – коэффициент линейного расширения стали (1,210-51/°С)
1 – максимальная температура теплоносителя;
tм – температура наружного воздуха при монтаже компенсатора, °С
Вылет компенсатора определяется по выражению:

, м,
(5.
…