Выбор основного
оборудования по вариантам ТЭЦ и производственной котельной делается исходя из
номенклатуры выпускаемого заводами энергетического оборудования.
Паровые турбины ТЭЦ
выбираются по среднеотопительному режиму таким образом, чтобы их номинальная
мощность обеспечивала покрытие:
а) технологической
нагрузки;
б) отопительной нагрузки
и нагрузки ГВС ЖКС;
в) электрической
конденсационной нагрузки.
Выбор паровых котлов по
варианту производственной котельной производится по нагрузкам в
максимально-зимнем режиме с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одного,
самого мощного котла, оставшиеся в работе покрывали нагрузку самого холодного
месяца.
Выбор паровых турбин по
варианту ТЭЦ представлен в таблице 4.1.
Выбор паровых и
водогрейных котлов по варианту производственной котельной представлен в таблице
4.2.
Таблица 4.1. – Баланс
нагрузок для выбора паровых турбин по варианту ТЭЦ.
Статья баланса
Нагрузка в среднеотопительном
режиме
Dпр, т/ч
Dо, т/ч
Nкон, МВт
Нагрузка
133,7
82,08
10
Покрытие:
ПР – 25 – 90/10/0,9
ПТ – 25 – 90/10
60
70
63
50
0
25
Итого:
130
113
25
Принимаем к установке
одну турбину ПР – 25 – 90/10/0,9 и одну турбину ПТ – 25 – 90/10.
Таблица 4.2. – Баланс
нагрузок паровых и водогрейных котлов по варианту котельной.
Статья баланса
Dпр, т/ч
Dо, Гкал/ч
максимально-
зимний
самого холодного
месяца
максимально-
зимний
самого холодного
месяца
Нагрузка
137,08
135,62
79
59,35
Покрытие:
4×Е – 50 – 14ГМ
4×КВ – ГМ - 20
200
-
150
-
-
80
-
60
Итого:
200
150
80
60
Принимаем к установке четыре
паровых котла Е – 50 – 14ГМ и четыре водогрейных котла КВ – ГМ – 20.
5. Технико-экономическое
сравнение при выборе источников
теплоснабжения
5.1 Расчёт капитальных
вложений по вариантам
Капитальные затраты на
сооружение энергоисточника обычно вычисляются после разработки технического
проекта и приводятся в специальной литературе. Для предварительного выбора
варианта расчет капиталовложений и эксплуатационных издержек могут быть
выполнены на основании удельных показателей энергоисточников, полученных в
результате статистической обработки данных по ранее выполненным проектам
специальными проектными институтами.
5.1.1 Капиталовложения в
строительство ТЭЦ определяются пропорционально мощности установленного
оборудования.
Ктэц=ктэц∙Nтэц·r,
гдектэц –
удельные капиталовложения на единицу мощности, принимаем
ктэц =250
руб/кВт;
Nтэц - установленная мощность
турбоагрегатов на ТЭЦ, кВт;
r - районный коэффициент;
Ктэц= 250∙25000·1,3=
8,125 млн. руб.
5.1.2 Капиталовложения в
строительство КЭС
Ккэс=ккэс∙Nкэс×r,
гдеккэс –
удельные капиталовложения на единицу мощности, принимаем
ккэс =120
руб/кВт;
Nкэс - установленная мощность КЭС, Nкэс = 25000кВт;
Ккэс= 120∙25000·1,3=
3,9 млн. руб.
5.1.3 Капиталовложения в
ЛЭП
Клэп=, руб.
гдеd– удельные капиталовложения на
сооружение ЛЭП, руб./МВт,
принимаем d =10000 руб/MВт;
Lлэп – длина ЛЭП, принимаем Lлэп=400 км;
а – коэффициент
пропорциональности, руб./(А∙км),
принимаем а=20 руб./(А∙км);
U – напряжение на ЛЭП, кВ, принимаем U=500 кВ;
Клэп = млн. руб.
5.1.4 Капитальное
вложение в строительство производственно –
отопительной котельной
Стоимость принимается
пропорционально тепловой мощности установленных паровых и водогрейных котлов.
,
где и - удельные
капиталовложения в паровые и водогрейные
- мощность установленных в котельной
паровых и водогрейных котлов, МВт;
млн. руб.
5.1.5 Доля издержек на
амортизацию и ремонт
a = 1/Тсл,
где Тсл – срок
службы оборудования, принимаем Тслтэц = 25 лет, котельной
Тслкот
= 15 лет;
aтэц = 1/25 = 0,04; aкот = 1/15 = 0,07.
5.1.6 Эффективность
затрат
e = 1/Ток=1/7=0,143,
где Ток = 7лет
- срок окупаемости.
5.1.7 Дополнительные
капиталовложения в расширение топливной базы
КТБ=р∙∆В
Где р – удельные
капиталовложения в расширение топливной базы,
принимаем р = 50 руб./т
топлива в год
КТБ=50∙40,62∙103=2,031
млн. руб.
5.2 Расчёт годовых
расходов топлива по вариантам
5.2.1 Годовой расход
условного топлива в котельной
Годовой расход условного
топлива в котельной рассчитывается исходя из удельных расходов условного
топлива на получение пара и горячей воды:
где и - годовые расходы теплоты
паровыми и водогрейными
котлами, ГДж
и -
удельные расходы условного топлива в котельной,
кг условного топлива/ГДж
,
где - КПД трубопроводов,
принимаем ;
- КПД паровых котлов;
=0,84 – КПД водогрейных котлов;
кг у.т./ГДж;
кг у.т./ГДж;
т у.т./год.
5.2.2 Годовой расход
условного топлива на КЭС
Годовой расход условного
топлива на КЭС определяется пропорционально выработке электроэнергии и
удельному расходу условного топлива на выработку 1 кВт∙ч.
Вкэс=bкэс∙Wкэс;
Wкэс=(1+Сэ)Wтэц,
где Сэ –
коэффициент, учитывающий потери электроэнергии на транспортировку и
трансформацию, Сэ=0,1;
bкэс=,
кг у.т./кВт∙ч;
где ηкэс
– КПД турбоустановки на КЭС, для турбоустановки К-200-130
ηкэс=0,37;
bкэс=0,332 кг у.т./кВт∙ч;
Вкэс=bкэс∙(1+Сэ)Wтэц=0,332∙(1+0,1)∙191,44∙106=69,91∙103
т у.т./год.
5.2.3 Годовой расход
условного топлива на ТЭЦ
Годовой расход условного
топлива на ТЭЦ складывается из расхода топлива на выработку электроэнергии и
расхода топлива на выработку теплоты. Определение расходов топлива по видам
продукции в комбинированном процессе ТЭЦ один из сложнейших вопросов.
Распределение годового
расхода топлива по видам продукции рассчитывается по эксергетическому методу:
,
где bэ, bп, bо – удельные расходы топлива.
Удельный расход топлива
на выработку электроэнергии
;
=0,31,
где - КПД цикла Ренкина,
где Токр = 305
К– температура окружающей среды;
Т`св= 582 К–
температура насыщенного пара;
кг у.т./кВт∙ч;
Удельный расход условного
топлива на выработку теплоты, отпускаемой паротурбинной установкой:
,
где ψ – коэффициент
трансформации теплоты свежего пара в теплоту отборного пара.
ψп=ηсв/ηп;
ψо=ηсв/ηо.
Коэффициент трансформации
тепла показывает, сколько единиц теплоты низкого потенциала получается при
обратимой трансформации теплоты высокого потенциала.
ψп=1,4;
ψо=2,45;
кг у.т./ГДж;
кг у.т./ГДж;
Годовая выработка
электроэнергии на тепловом потреблении производственным и отопительным потоками
пара:
, кВт∙ч,
где ηoi – относительный внутренний КПД
турбоустановки = 0,8;
w – доля выработки электроэнергии на
тепловом потреблении;
; ,
Т`п = 461 К,
Т`0 = 377 К – температуры пара производственного и
отопительного отборов;
; ;
, кВт∙ч/год;
т у.т./год.
5.2.4 Годовой перерасход
условного топлива по варианту КЭС и котельной по сравнению с ТЭЦ
;
т у.т./год.
5.3 Расчёт годовых
издержек по вариантам
5.3.1 Годовые издержки на
топливо для ТЭЦ
,
гдеСт –
стоимость топлива, принимаем Ст =23 руб./т.у.т.;
Стр –
стоимость транспортировки топлива, принимаем
Стр =0,01 руб./тыс.км;
L – расстояние, км, принимаем L=500 км;
млн. руб/год.
5.3.2 Годовые издержки на
топливо для котельной
;
млн. руб/год.
5.3.3 Годовые издержки на
топливо для КЭС
;
млн. руб/год.
5.3.4 Годовые издержки на
заработную плату по вариантам
Годовые издержки на
заработную плату принимаются исходя из среднегодовой зарплаты на одного
человека в данной отрасли и количество персонала обслуживающего энергоустановку
без учета ремонтного персонала.
; ,
где d ≈ 1 – дополнительная оплата (пенсионный фонд, фонд
занятости, фонд социального страхования и т.д.);
Р – средняя годовая
зарплата в отрасли, руб./(чел∙год),
принимаем Р = 1500
руб./(чел∙год),
П – количество персонала,
установленное согласно штатному
расписанию,
- по варианту ТЭЦ
,
где - штатный коэффициент,
принимаем = 9 чел/МВт
N – мощность энергоисточника, N = 25 МВт,
чел.
млн. руб/год.
- по варианту котельной:
,
где - штатный коэффициент,
чел/МВт, =0,34 чел/МВт;
Таким образом, по
приведённым затратам, строительство ТЭЦ выгоднее:
В результате
технико-экономического расчёта по приведённым затратам вариант ТЭЦ выгоднее,
поэтому в качестве проектируемого источника энергоснабжения жилого посёлка и промышленного
предприятия выбираем производственную ТЭЦ.
Согласно СНиП для системы теплоснабжения должна применяться
двухтрубная водяная тепловая сеть с перегретой водой и расчетной температурой в
подающем трубопроводе 150 °С, а в обратном - 70°С. По условиям качества
подпиточной воды, которая имеет высокое содержание солей кальция и магния,
применяется закрытая тепловая сеть.
Закрытая тепловая сеть имеет преимущества:
1.
Стабильное
качество горячей воды, поступающей в установки горячего водоснабжения,
одинаковое с качеством водопроводной воды;
2.
Гидравлическая
изолированность воды, циркулирующей в тепловой сети;
3.
Простота
контроля герметичности системы по величине подпитки;
4.
Простота
санитарного контроля местных установок горячего водоснабжения.
Недостатки закрытой тепловой сети:
1.
Сложность
эксплуатации в абонентских вводах из-за подогревателей горячего водоснабжения;
2.
Коррозия
местных установок горячего водоснабжения из-за поступления в них
недеаэрированной водопроводной воды;
3.
Выпадение
накипи в подогревателях и системах горячего водоснабжения при повышенной
жесткости водопроводной воды.
В закрытых тепловых сетях возможна комбинация установок отопления
и горячего водоснабжения, которая позволяет снизить потребление горячей воды
абонентами, т.е. снизить расчетный расход воды в тепловой сети, уменьшить
диаметры трубопроводов тепловых сетей, а следовательно и капиталовложения.
Выбор схемы присоединения установки ГВС к отопительной установке
на абонентском вводе производится в зависимости от относительной величины
нагрузки ГВС по сравнению с отопительной нагрузкой.
Qгвс/Qo= 20,88/74,7 = 0,28<0,6
Принимаем к установке двухступенчатую последовательную схему,
которая приведена на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1. Двухступенчатая последовательная схема присоединения
установки ГВС.
Согласно
СНиП, в двухтрубных тепловых сетях должно применяться центральное качественное
регулирование отпуска тепла по температуре наружного воздуха с поправкой на
силу ветра. При соотношении нагрузок отопления и ГВС:
= 9,447/74,7 = 0,13 < 0,15,
применяется график
центрального регулирования по отопительной нагрузке.
Для определения диаметра
магистральных трубопроводов необходимо вычислить расчётный расход сетевой воды,
который в закрытых тепловых сетях является постоянным для всех режимов работы.
Величина расхода сетевой воды зависит от способа присоединения и метода
центрального регулирования отпуска тепла. При центральном регулировании по
отопительной нагрузке расчётный расход сетевой воды определяется по формуле:
Gp=Go+ Gв+0,6·,
где Go, Gв – расчётные расходы воды на отопление и вентиляцию, кг/с.
- средний расход воды на ГВС, кг/с;
Расчетные расходы воды на
отопление и вентиляцию
; ,
где с – теплоёмкость
воды, кДж/(кг∙оС), принимаем с = 4,19 кДж/(кг∙оС);
τ1р, τ2р
– расчётные температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при
расчётной температуре наружного воздуха на отопление, оС;
–
расчётные температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при
расчётной температуре наружного воздуха на вентиляцию, оС;
кг/с; кг/с;
Расход воды на ГВС
,
где - температура сетевой воды
в подающем и обратном трубопрово-дах в точке излома температурного графика
центрального регулирования;
- температура воды за подогревателем
первой ступени;
оС;
кг/с.
Расход сетевой воды
Gp = 222,85 + 28,3 + 0,6·30,55 =269,48,
кг/с.
По расчётному расходу
сетевой воды Gp = 269,48 кг/с и давлению потерей Rл = 80 Па/м по номограмме для
гидравлического расчёта выбираем для магистрального трубопровода трубу
диаметром d = 406 мм.
Скорость воды wв = 2 м/с.
Действительное линейное
падение давления Rл=80 Па/м.
9. Принципиальная схема
ТЭЦ
Составление
принципиальной схемы производится на основании стандартных тепловых схем
турбоустановок, которые разработаны заводами выпускающие конкретный тип паровой
турбины.
В принципиальной схеме
должна быть предложена установка для отпуска сетевой воды, схема выработки
производственного пара, схема утилизации, продувки паровых котлов.
ПТС отражает в
графическом виде технологический процесс выработки тепла (горячей воды и пара)
и электроэнергии.
Выбор сетевых
подогревателей производится по двум параметрам: расчётной площади поверхности и
расходу сетевой воды. Расход воды должен быть близким к номинальному, так как
он определяет коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи. Выбор сетевых
подогревателей производится по максимальной тепловой нагрузке, которая имеет
место для пиковых подогревателей в максимально-зимнем режиме, а для основных – когда
пиковые подогреватели отключены, а сетевая вода основных подогревателей имеет
максимальную температуру.
Расчётная нагрузка
основных подогревателей:
МВт;
Поверхность теплообмена
основного подогревателя:
,
где к –коэффициент
теплопередачи, Вт/(кг∙К), принимаем к = 3300 Вт/(кг∙К);
z – количество основных подогревателей, принимаем z = 3 шт.;
∆tср – среднелогарифмический
температурный напор;
;
м2.
Расход воды через
основной подогреватель:
м3/с = 334 м3/ч.
Принимаем к установке три
основных сетевых подогревателя типа ПСВ-200-7-15 с площадью теплообмена 200 м2
и расходом 400 м3/ч каждый.
2)
напору, который
необходим для преодоления гидравлических сопротивлений подающего и обратного
трубопроводов в теплосети, пиковых и основных сетевых подогревателей и коллекторов.
Количество и единичную
мощность сетевых насосов определяют исходя из условия экономичной работы
насосов в течение года.
В летний период
целесообразно применять летний насос малой производительности.
Режим работы насоса
всегда определяется совмещением рабочих характеристик насоса и сети.
РОУ используется для
резервирования производственных отборов турбин и их постоянная работа
нецелесообразна. Выбираются по общей потребности производства в паре,
устанавливаются в количестве двух штук, без резерва. При общей потребности
производства в паре 137,1 т/ч принимаем две РОУ 80/10. Покрытие – 160 т/ч.
Для деаэрации подпитки
теплосети применяются деаэрационные колонки атмосферного типа с давлением
греющего пара 1,2 ата. Деаэрационные колонки устанавливаются на аккумуляторных
баках по 1 – 2 штуки. Емкость аккумуляторных баков должна хранить
пятнадцатиминутный запас деаэрируемой воды. Аккумуляторные баки устанавливаются
в количестве не менее двух, без резерва, но заполняются водой на 80 %.
По расходу подпиточной
воды тепловой сети Gпод= 14,94 кг/с =53,78 т/ч принимаем
к установке две деаэрационные колонки производительностью 50т/ч каждая, установленных
на аккумуляторных баках.
Аккумуляторные баки
должны хранить 15 минутный запас деаэрированной воды.
15 минутный запас:
.
Принимаются к установке 2
аккумуляторных бака ёмкостью по 25 м3.
Список использованной
литературы
1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые
сети: Учебник для вузов. – 7-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001. –
472 с., ил.
2. Наладка и эксплуатация водяных и
тепловых сетей: Справочник (В.И. Манюк, Э.Б. Хит, А.И. Манюк). – М.:
Стройиздат, 1988. – 432 с.
3. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические
станции: Учебник для вузов/ Под ред. В.Я. Гришфельда. – 3-е изд., перераб. и
доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 328 с.: ил.