Кафедра «Атомная и тепловая энергетика»

Стр 1 из 7Следующая ⇒

Кафедра «Атомная и тепловая энергетика»

ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

Методические указания к расчетной работе

Направление 140100 - теплоэнергетика и теплотехника

Санкт-Петербург

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 658.26: 336.77.067.22

Теплофикация и теплоснабжение: Методические указания к расчетной работе. - СПб.: СПбПУ, 2016.

Методические указания разработаны в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 140100 – теплоэнергетика и теплотехника. В методических указаниях изложены задачи, содержание, последовательность и рекомендации по выполнению расчетной работы по дисциплине “Теплофикация и тепловые сети». Выполнение расчётной части рекомендуется на ПК с применением программы обработки электронных таблиц Microsoft Excel, а оформление пояснительной записки в текстовом редакторе Microsoft Word.

В приложениях приведены справочные материалы, необходимые для выполнения расчетной части, а также пример её выполнения.

Рассмотрено на заседании кафедры Атомная и тепловая энергетика _____января 2016 г.,

Составители: профессор Амосов Николай Тимофеевич

Санкт-Петербургский политехнический университет

Петра Великого, 2016

ВВЕДЕНИЕ

Целью расчетной работы по дисциплине “Теплофикация и теплоснабжение» является практическое применение полученных знаний при выполнении расчетных работ с использованием утверждённых методик, соответствующих нормативным документам и соответствующих методам проектирования теплоэнергетических систем.

Годовая экономия топлива, обусловленная применением ТУУ, зависит от выбранного направления использования тепловых ВЭР и состава основного оборудования ТЭЦ промышленного предприятия [1]. Поэтому в части выбора основного оборудования промышленно-отопительной ТЭЦ используются методические рекомендации, усвоенные при выполнении расчетной работы по дисциплине «Теплофикация и теплоснабжение».

Ниже приведены методические рекомендации по решению задач расчетной работы. Выполнение расчётной части проекта рекомендуется производить на ПК с помощью программы обработки электронных таблиц Microsoft Excel. Желательно также полное оформление пояснительной записки на ПК с применением текстового редактора Microsoft Word и вставкой в текст расчётных таблиц, полученных при использовании Microsoft Excel.

В методических указаниях (МУ) после изложения основных рекомендаций будет приведён пример выполнения расчётной части работы на ПК. При оформлении ПЗ обязательно наличие в каждом подразделе кратких пояснений по методике расчёта и вариантам рассматриваемых проектных решений (например, выбору состава основного оборудования ТЭЦ и альтернативных вариантов ТУУ), расчётных таблиц и краткого анализа результатов расчёта по каждой таблице. Расчётная часть, выполненная без применения ПК, должна быть представлена в ПЗ в табличной форме, а количество и форма таблиц должны соответствовать приведённому в МУ примеру.

ТЕМАТИКА РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

В расчетной работе производится выбор и обоснование структуры оборудования теплофикационного источника крупного промышленного предприятия. Основным источникам теплоснабжения промпредприятия и близлежащего населённого пункта (его района) служит промышленно-отопительная ТЭЦ. Предполагается, что к началу проектирования и строительства ТУУ ТЭЦ должна быть введена в эксплуатацию. Исходные данные на проектирование выдаются индивидуально в соответствии с заявкой предприятия, на котором работает студент, или выбираются самим студентом по таблицам 1 – 3 в соответствии с шифром.

В ТУУ теплота отходящих газов нагревательных печей одного или ряда близлежащих цехов промпредприятия используется для выработки пара. В проекте необходимо обосновать выбор типа и количества котлов-утилизаторов (КУ), входящих в состав ТУУ. По расходу и параметрам пара, генерируемого в КУ, выбирается оптимальное направление использования ВЭР – тепловое или комбинированное (электроэнергетическое не рассматривается). При тепловом направлении пар от КУ через РОУ отпускается в паровые сети промпредприятия, а при комбинированном используется в теплофикационных турбинах типа Р, П, ПТ и ПР для производства электроэнергии и теплоты.

Нагревательные печи оборудованы установками испарительного охлаждения (УИО). При тепловом направлении использования ВЭР насыщенный пар УИО смешивается с паром КУ и после РОУ отпускается на технологические нужды промпредприятия. При комбинированном направлении – пар УИО перегревается в центральном пароперегревателе (ЦП), затем смешивается с паром КУ и подаётся в теплофикационные паровые турбины (ПТ).

Исходными данными для выполнения работы являются:

· расчетный отпуск пара на производственно-технологические нужды ;

· давление и температура технологического пара и ;

· доля возврата и температура конденсата технологического пара и ;

· годовое время использования максимума технологической нагрузки ;

· расчетные нагрузки отопления-вентиляции и горячего водоснабжения промышленного предприятия и ;

· количество нагревательных печей на промпредприятии ;

· -объёмный расход отходящих газов одной печи ;

· температура газов перед КУ _;

· годовое время эксплуатации нагревательных печей ;

· паропроизводительность УИО ;

· климатические условия города (условное место строительства);

· численность населения в районе теплоснабжения (табл.2);

· тип системы теплоснабжения (СТО - открытая, СТЗ - закрытая);

· топливо, используемое в паровых котлах ТЭЦ (Т - твердое; ГМ - газ и мазут).

Таблица 1

Характеристика

Сумма двух последних цифр

Климатические условия города

Абакан

Азов

Арзамас

Балашов

Барабинск

Барнаул

Белгород

Владивосток

Владимир

Вологда

Воркута

Гурьев

Елабуга

Златоуст

Ишим

Калуга

Липецк

Мурманск

В. Новгород

, кг/с

, МВт

, м³/с

41, 5

26, 5

32, 5

39, 5

27, 5

33, 5

, кг/с

2, 5

0, 7

1, 5

1, 8

2, 7

2, 2

2, 9

2, 8

1, 9

1, 6

1, 4

2, 3

1, 7

2, 4

1, 8

1, 2

2, 9

Система теплоснабжения

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

Таблица 2

Характеристика	Последняя цифра шифра

Численность населения m, тыс. чел.
, °С
, ч

Таблица 3

Характеристика	Полусумма двух последних цифр шифра *⁾

, МПа	1, 3	1, 2	1, 1		0, 9	0, 8	0, 7	0, 6	0, 5	0, 4
, ^оС
, -	0, 95	0, 9	0, 85	0, 8	0, 75	0, 95	0, 9	0, 85	0, 8	0, 75
, ^оС
, ч
Топливо	Т	ГМ	Т	ГМ	Т	ГМ	Т	ГМ	Т	ГМ
*⁾ Нецелое число увеличить до ближайшего целого

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание включает в себя перечень всех разделов и подразделов, отражающий порядок изложения материала в ПЗ (см. выше).

Ниже приводятся методические рекомендации к расчетной работе в соответствии с рекомендуемым содержанием ПЗ.

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНУЮ РАБОТУ

Исходные данные на расчетную работу могут быть выданы индивидуально на основе соответствующей заявки предприятия или выбраны студентом по шифру (табл.1..3).

ВВЕДЕНИЕ

Даётся общая характеристика системы теплоснабжения (СТ) как наиболее распространённого типа теплоэнергетических систем промышленных предприятий и городов, а также роли в них ТУУ. Приводится:

1) анализ состояния и перспектив развития теплоснабжения жилищно-коммунального сектора и промышленности в России, а также роли и уровня использования ВЭР на промышленных предприятиях;

2) краткая характеристика основных этапов проектирования согласно СП 11-101-95 и места в них этапа обоснований инвестиций в строительство;

3) сведения по влиянию сроков проектирования и строительства СТ и ТУУ, а также выбора прогрессивных проектных решений на эффективность необходимых инвестиций.

ПОТРЕБИТЕЛИ (ГОРЯЧАЯ ВОДА)

Нагрузки коммунально-бытовых потребителей определяются в соответствии со СНиП [9, 10]. рекомендации по их расчету приведены в справочнике [11]. Расчетные и средние тепловые нагрузки рекомендуется вычислять в МВт и ГДж/ч (1МВт=3, 6 ГДж/ч), а годовые - в ГДж.

Расчетные тепловые нагрузки.

Расчетная нагрузка отопления, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(4)

где – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади (Прилож. – П 3), Вт/м²; – общая площадь жилых зданий, м²; – норма общей площади в жилых зданиях на 1 чел (может приниматься равной 18 м²/чел.); = 0, 25 - коэффициент, учитывающий долю теплового потока на отопление общественных зданий.

Расчетная нагрузка вентиляции, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(5)

где - коэффициент, учитывающий долю теплового потока на вентиляцию общественных зданий ( = 0, 6 – для зданий постройки после 1985 г.).

Расчетная нагрузка горячего водоснабжения, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(6)

где – укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на 1 чел. (Прилож. – П 4), Вт/чел.

Расчетная нагрузка коммунально-бытовых потребителей, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(7)

Средние тепловые нагрузки

Средняя нагрузка отопления, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(8)

где - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий ( =18 - для жилых и общественных зданий, =16 - для производственных зданий); - расчетная для отопления и средняя за отопительный период температуры наружного воздуха (Прилож. – П 5)

Средняя нагрузка вентиляции, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(9)

Средняя за отопительный период нагрузка горячего водоснабжения, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(10)

Средняя за неотопительный период нагрузка горячего водоснабжения, Вт (МВт) и ГДж/ч:

(11)

где =5 и =15 - соответственно температуры холодной (водопроводной) воды в отопительный и неотопительный период; - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному = 0.8 – для жилых и общественных зданий; =1.5 – для курортных и южных городов; =1 – для промышленных предприятий).

Средняя за отопительный период нагрузка коммунально-бытовых потребителей:

(12)

Годовые расходы теплоты

Годовой расход теплоты на отопление, ГДж:

(13)

где - длительность отопительного периода (Прилож. П 5), ч.

Годовой расход теплоты на вентиляцию, ГДж:

(14)

где z =16 ч – время работы за сутки систем вентиляции общественных зданий.

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение, ГДж:

(15)

Годовой расход теплоты на коммунально-бытовые нужды, ГДж:

(16)

Отпуск теплоты по сетевой воде.

Сантехническая нагрузка промышленного предприятия покрывается сетевой водой [9] и суммируется с коммунально-бытовой нагрузкой.

Расчетная сантехническая нагрузка, МВт и ГДж/ч:

(17)

Средние нагрузки ( ) и годовые расходы теплоты ( ) на отопление, вентиляцию и ГВС промпредприятия рассчитывают по приведённым выше формулам для коммунально-бытовых потребителей. Годовой расход теплоты на сантехнические нужды промпредприятия, ГДж:

(18)

С учетом тепловых потерь в сетях расчетная нагрузка потребителей сетевой воды составит, МВт и ГДж/ч:

(19)

а годовой отпуск теплоты по сетевой воде, Гдж:

(20)

где - доля тепловых потерь в тепловых сетях (принимается в пределах от 0, 04 до 0, 06 при надземной прокладке и от 0, 02 до 0, 04 при подземной прокладке, если прокладываемые трубопроводы изолированы пенополиуретаном (ППУ) и имеют гидроизоляционную оболочку (ГО) из полиэтилена).

По результатам расчета нагрузок потребителей сетевой воды строится график тепловых нагрузок по продолжительности, который помещается в ПЗ в качестве Рисунка 2. Результаты расчета тепловых нагрузок необходимо свести в таблицу.

ГОДОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЭЦ

Годовая выработка электроэнергии определяется в предположении, что ТЭЦ эксплуатируется по тепловому графику. В наиболее общем случае состава основного оборудования, т.е. при установке на ТЭЦ турбин типа ПТ, Р и Т, она складывается из выработки электроэнергии на технологическом (пар) и отопительном (сетевая вода) теплопотреблении, рассчитываемых по формулам, кВт·ч:

, (26)

, (27)

где - нагрузка производственных отборов выбранных турбин типа ПТ и Р (Прилож. – П 6), кг/с; - нагрузка отопительных отборов выбранных турбин типа ПТ и Т (Прилож. – П 6), МВт; - годовой коэффициент теплофикации по пару и сетевой воде (Прилож. – П 10); - коэффициенты аварийного и ремонтного простоя (среднегодовые значения ориентировочно принимаются равными соответственно 0, 98 и 0, 92…0, 94); - средневзвешенные значения удельной выработки электроэнергии на технологическом и отопительном теплопотреблении, которые представляют собой, кВт·ч/ГДж:

, (28)

, (29)

а соответствующие значения удельной выработки электроэнергии для выбранных типов турбин приведены в Приложениях (П 9),

Годовой расход условного топлива на ТЭЦ складывается из годовых расходов на отпуск электроэнергии (В_Э) и теплоты (В_Т), вычисляемых по формулам, тут:

, (30)

, (31)

где , - удельный расход топлива на отпуск электроэнергии и теплоты от ТЭЦ с высокими параметрами пара (ориентировочно: при работе на ГМ
= 0, 324 кгут/кВт·ч и = 34, 0 кгут/ГДж, а на Т соответственно -
0, 354 кгут/ кВт·ч и 34, 5 кгут/ГДж [18]); - удельный расход электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ (ориентировочно: при работе на ГМ равен 7…7, 5 %, а на Т – 9…9, 5 %).

ГОДОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТУУ

ТЭЦ крупных промышленных предприятий обычно не обеспечивают требуемый уровень электропотребления. Дефицит электрической мощности покрывается за счёт её приобретения у районной энергосистемы. Ввод в эксплуатацию ТУУ приводит к частичному сокращению дефицита электроснабжения с одновременным вытеснением отборов турбин ТЭЦ за счёт отпуска теплоты от ТУУ при сохранении отпуска теплоты от ТЭЦ и ТУУ на исходном уровне.

В качестве расчётного расхода отходящих газов печей V принят средний за годовое время их эксплуатации h. Потому годовую выработку электроэнергии в ТУУ целесообразно определять по располагаемой электрической мощности выбранных УТ, МВт:

, (37)

где - номинальная электрическая мощность каждой УТ выбранного типа, МВт (Прилож. – П 12), а - располагаемая электрическая мощность ТУУ, равная:

(38)

Тогда искомая рассчитывается по формуле, МВт·ч:

, (39)

где - коэффициенты аварийного и ремонтного простоя УТ, принимаемые равными 0, 98.

Отпуск электроэнергии потребителям промпредприятия от ТУУ равен выработке за вычетом расхода электроэнергии на собственные нужды, т.е.:

, (40)

где - удельный расход электроэнергии на собственные нужды ТУУ, принимаемый равным 8…9 %.

Ввод в эксплуатацию ТУУ обеспечивает годовую экономию первичного топлива на промышленно-отопительной ТЭЦ, соответствующую отпуску теплоты от ТУУ. В ТУУ возможны случаи использования пара выбранных КУ и УИО по тепловому или комбинированному направлению, а при наличии избыточного пара – сочетания обоих направлений. Поэтому, в общем случае, годовая экономия топлива рассчитывается по формуле [1, 12], тут:

, (41)

где - удельный расход теплоты на теплофикационную выработку электроэнергии (ТВЭ) паротурбинными установками ТЭЦ ( ), а - электромеханический КПД (Прилож. - П 14), ГДж/кВт·ч; - то же на конденсационную выработку электроэнергии (КВЭ) паротурбинными установками ТЭЦ (Прилож. - П 15), ГДж/кВт·ч; - среднегодовое значение удельной теплофикационной выработки электроэнергии на ТЭЦ, кВт·ч/ГДж:

, (42)

- годовой отпуск теплоты от ТУУ по комбинированному и тепловому направлению, рассчитываемый по формулам, ГДж:

, (43)

, (44)

где - энтальпии свежего пара после КУ и УИО и питательной воды перед ними, кДж/кг; - суммарная нагрузка производственных отборов выбранных УТ, равная, МВт:

(45)

Если весь пар КУ и УИО используется по тепловому направлению, в формуле (41) , а в выражение (44) для расчёта подставляются суммарные паропроизводительности выбранных КУ и УИО. При наличии избыточного пара УИО, а иногда и КУ, в выражение (44) вместо и подставляются соответствующие значения этих избытков.

Перегрев пара в ЦП связан с перерасходом топлива, определяемым по формуле, тут:

, (46)

где - расход пара УИО, направляемый для перегрева в ЦП, кг/с; - номинальная паропроизводительность и номинальный расход топлива в ЦП, кг/с и кгут/с (Прилож. - П 13).

Следовательно, в общем случае, годовая экономия топлива за счёт применения ТУУ должна составить:

(47)

Избыточный пар УИО, используемый по тепловому направлению, не следует перегревать в ЦП.

ЛИТЕРАТУРА

1. Основные методические положения по планированию использования вторичных энергетических ресурсов. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

2. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. МУКП. – СПб.: СЗПИ, 1998.

3. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. СНиП 11-01-95. - М.: ГП «ЦЕНТРИНВЕСТпроект», 1995.

4. Порядок разработки, согласования, утверждения и состав обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений. СП 11-101-95. – М.: Минстрой России, 1995

5. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. – М.: НПКВЦ «Теринвест», 1994.

6. Виленский П.Л., Лившиц В.Н., Орлова Е.Р., Смоляк С.А. Оценка эффективности инвестиционных проектов. – М.: Дело, 1998.

7. Ковалёв В.В. Методы оценки инвестиционных проектов. – М.: Финансы и статистика, 1998.

8. Мелкумов Я.С. Экономическая оценка эффективности инвестиций и финансирование инвестиционных проектов. – М.: ИКЦ «ДИС», 1997.

9. Тепловые сети. СНиП 2.04.07-86*. - М.: Минстрой России, 1994.

10. Строительная климатология и геофизика. СНиП 2.01.01-82.. - М.: Стройиздат, 1983

11. Манюк В.И., Каплинский И.И., Хиж Э.Б. и др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. - М.: Стройиздат, 1988.- 432 с.

12. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

13. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

14. Паротурбинные энергетические установки. – М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1988.

15. Паровые турбины и турбогенераторы. Номенклатурный перечень № 1. – Калуга, ОАО КТЗ, 2001.

16. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты / А.П. Воинов, В.А Зайцев, Л.И. Куперман, Л.Н. Сидельковский. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

17. Котлы-утилизаторы и котлы энерготехнологические. Отраслевой каталог / В.А. Зайцев, Л.М. Микрюкова. – М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1985.

18. Астахов Н.Л., Калинов В.Ф., Киселёв Г.П. Современная методика расчёта показателей тепловой экономичности ТЭС. – Энергетик, 1997, № 12.

19. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара – М.: Энергия, 1980.

ПРИЛОЖЕНИЯ

П 1. Соотношение единиц физических величин

Давление

1 кгс/см² = 0, 098 МПа 1 м.вод.ст. = 9, 807 кПа

Количество теплоты

1 ккал = 4, 187 кДж 1 Гкал = 4, 187 ГДж

Тепловой поток

1 ккал/ч = 1, 163 Вт 1 ккал/ч = 4, 187 кДж/ч 1 Гкал/ч = 1, 163 МВт 1 Гкал/ч = 4, 187 ГДж/ч

Удельная теплоемкость

1 ккал/(кг·К) = 4, 187 кДж/(кг·К)

Таблица П 17.1 – Исходные данные (ИД)

Характеристика	Условное обозначе-ние	Источник	ИД по шифру

1. Расчётная нагрузка по промпару, кг/с		Табл. 1
2. Параметры промпара
2.1. Давление, МПа		Табл. 3
2.2. Температура, °С		Табл. 3
2.3. Энтальпия, кДж/кг		[19]
2.4. Годовое время использования максимума, ч		Табл. 3
3. Обратный конденсат
3.1. Доля возврата		Табл. 3	0, 7
3.2. Температура, °С		Табл. 3
3.3. Энтальпия, кДж/кг		[19]
4. Расчетная нагрузка по горячей воде, МВт
4.1. Отопления и вентиляции промпредприятия		Табл. 1
4.2. ГВС промпредприятия		Табл. 1
5. Печи промпредприятия
5.1. Количество, шт.		Табл. 1
5.2. Расчётный расход дымовых газов, м3/с		Табл. 1
5.3. Температура дымовых газов на выходе, °С		Табл. 2
Продолжение табл. П 17.1

5.4. Расчётная паропроизводительность УИО, кг/с		Табл. 1	1, 7
5.5. Годовое время эксплуатации, ч		Табл. 2
6. Климатические условия города			С-Петербург
6.1. Расчётная температура наружного воздуха, °С		П 5	-26
6.2. Средняя температура за отопительный период, °С		П 5	-2, 2
6.3. Расчётный тепловой поток на отопление, Вт/м2		П 3	82, 2
6.4. Средний тепловой поток на ГВС, Вт/чел		П 4
6.5. Продолжительность отопительного периода, ч		П 5
7. Численность населения, чел		Табл. 2
8. Система теплоснабжения		Табл. 1	СТ0
9. Топливо		Табл. 3	Т