Анализ теплотехнической эффективности оборудования

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра теплоэнергетики

 

 

     Допускаю к защите

                                                          Руководитель                 В.М. Картавская

                                                                                   

 

 

_ Оценка эффективности использования теплоты продуктов сгорания

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

 

 

Анализ теплотехнической эффективности оборудования

 

1. 012. 00. 00. ПЗ

обозначение документа

 

 

 

 

Выполнил студент группы    ТЭ-09-1                                    Я.Н Лобастова

                                                                                              подпись                И.О. Фамилия

 

 

Нормоконтроль                                                                   В.М. Картавская                                         

                                                                подпись               И.О. Фамилия

 

 

 

курсовая работа защищена с оценкой                                                    .

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2012 г.

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

 

По курсу Анализ теплотехнической эффективности оборудования

 

Студенту группы ТЭ-09-1 Лобастовой Яне Николаевне

Тема работы Оценка эффективности  использования теплоты продуктов сгорания

Исходные данные: Тип турбины – П. Электрическая мощность установки Nэ=20МВт. Параметры свежего пара: общий расход D_o=180 т/ч; давление P_o=3,43 МПа; температура t_o=435ºС. Давление пара в отборах: производственный P_п=0,49 МПа. Топливо – мугунский бурый уголь. Коэффициент избытка воздуха а_ух=1,4.

Рекомендуемая литература:

1. Картавская В.М., Коваль Т.В. Анализ теплотехнической эффективности оборудования: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. – 160 с.

2. Справочное пособие теплоэнергетика электрических станций/ под ред. А.М. Леонкова, Б.В. Яковлева. – Мн. Беларусь, 1974. – 368 с.

3.Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справочник. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 168 с.

4.Сорокина Л.А.,Федчишин В.В., Кудряшов А.Н. Котельные установки и парогенераторы: учеб. пособие . – Иркутск: Издательство ИрГТУ , 2002. – 146 с.

5. Котлы большой мощности. Отраслевой каталог. – М., НИИЭинформэнерго. 1985. – 245 с.

6.Кудряшов А.Н. и [др.]. тепловой расчет паровой турбины: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. – 87 с.

 

 

 

Графическая часть     –        .

 

 

Дата выдачи задания "6" февраля 2012 г.

 

Дата представления  работы руководителю "16" апреля 2012 г.

 

 

Руководитель курсовой работы

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Производство электроэнергии в нашей стране осуществляется тепловыми  электрическими станциями – крупными энергетическими предприятиями, использующими химическую энергию сжигаемого органического топлива.

Неотъемлемыми элементами мощной современной электростанции являются: котельная установка, производящая пар высоких параметров; паротурбинная установка, преобразующая теплоту пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата и электрические устройства, обеспечивающие выработку электроэнергии. Очень важной задачей является стабильная работа этого оборудования.

Для выработки электрической  энергии в настоящее время  используются паротурбинные установки, работающие по циклу Ренкина. С учетом условий работы теплосилового оборудования цикл Карно не нашел практического применения, так как при работе на влажном паре условия работы проточных частей турбин и компрессоров оказываются тяжелыми, течение – гидродинамически несовершенным и их внутренний относительный КПД низок. Вследствие этого внутренний абсолютный КПД цикла Карно (η_i=η_tη_oi) оказывается сравнительно малым (до 40%).

Перечисленные выше недостатки, присущие паросиловой установке  с циклом Карно, частично могут быть устранены, если отвод теплоты от влажного пара в конденсаторе производить до тех пор, пока весь пар полностью не сконденсируется. Это возможно при использовании цикла Ренкина. Такой цикл предложил физик У. Ренкин.

С учетом реальных условий  осуществления цикла и значительно  меньшего влияния необратимости процесса сжатия воды по сравнению со сжатием пара на общий КПД цикла, экономичность цикла Ренкина выше экономичности соответствующего цикла Карно во влажном паре.

Вместе с тем замена громоздкого компрессора для  сжатия влажного пара компактным водяным насосом позволяет существенно снизить затраты на сооружение теплосиловой установки и упростить ее эксплуатацию.

На теплотехническую эффективность работы энергоустановок  влияют многие факторы: исправность  их работы, физические свойства рабочего вещества – воды и пара, теплота сжигания органического топлива и др.

Паротурбинные электростанции выгодно отличаются возможностью сосредоточения огромной мощности в одном агрегате, но эффективность использования теплоты сжигаемого топлива не столь высока. К тому же возможна напряженность топливного баланса, связанная с поставками непроектного топлива, которая  ставит оборудование в тяжелые условия работы и снижает эффективность их эксплуатации.

 

Цель работы:

Оценка теплотехнической эффективности работы турбоустановки с промышленным отбором пара и использование теплоты продуктов сгорания.

 

 

 

Задание:

1.Выбрать оборудование (котлы и турбины), дать полную техническую характеристику котла, топлива и турбины.

2.Нарисовать простейшую схему ПТУ и сделать ее описание.

3.Нарисовать схему котла и сделать его описание.

4. Построить цикл Ренкина h-S, T-S диаграммах.

5. Составить тепловые балансы котла в абсолютных и относительных величинах, определить КПД котла и расход топлива.

6. Определить жаропроизводительность топлива.

7. Определить теоретическую температуру горения, калориметрическую и расчетную температуру горения топлива.

8. Определить теплоту сгорания топлива по его элементарному составу и сравнить с его табличными значениями.

 

Выбор котла и турбины

Выбор турбины осуществляется, исходя из заданных параметров[1]: типа турбины П; электрической мощности ПТУ N=20 МВт; температуры свежего пара t_o=435ºС и давления свежего пара P_o=3,43 МПа и общего расхода пара на турбину D_o=180 т/ч.

По [2] принимаем турбину П-6-3,43/0,49. Число турбин составит . Выбираем четыре турбины типа П-6-3,43/0,49. Исходя из расхода свежего пара на турбину D_o=120 т/ч, а также его параметров (t_o=435ºС, P_o=3,43 МПа), принимаем схему ПТУ с использованием четырех котлоагрегатов типа Е-75-3,9 (с естественной циркуляцией и перегревом пара) на четыре турбоагрегата и с возможностью дальнейшего увеличения мощности турбоагрегатов.

Технические характеристики турбины по табл. 3-6 и котла по табл. 4-3 из [2] приведены соответственно в табл. 1 и 2.

 

Таблица 1 – Технические характеристики турбины

Основные сведения	Тип турбины
	П-6-3,43/0,49
1	2
Завод-изготовитель	КТЗ
Номинальная мощность, МВт	6
Давление свежего пара, МПа	3,43
Температура свежего  пара, ºС	435
Число нерегулируемых отборов пара	2
Параметры нерегулируемых отборов пара, МПа/ ºС	0,118/130 0,103/120
Температура питательной  воды, ºС	150

 

сОкончание таблицы 1

1	2
Давление отработавшего  пара, МПа	0,0049
Расход охлаждающей  воды, м3/ч	1850
Параметры пара отбора на деаэратор:
давление, МПа	0,118
температура, ºС	130
Производственный отбор  пара:
давление, МПа	0,49
температура, ºС	230
величина отбора, т/ч	40
величина отбора, кг/с	11,1
Расход свежего пара при номинальной нагрузки и номинальной величине производственного отбора, т/ч	55,8
Удельный расход пара при номинальной нагрузк и  номинальной величине производственного отбора, кг/кВт∙ч	9,3
Расход свежего пара при номинальной нагрузке (конденсационный режим), т/ч	28,2
Параметры пара регенеративных отборов, МПа/0С	0,49/230 0,102/120

 

 

Таблица 2 – Технические характеристики котлоагрегата

Основные сведения	Характеристики
Марка котлоагрегата	Е-75-3,9-440
Производительность	т/ч	75
Параметры пара	давление на выходе Р, МПа	3,9
	температура t, ºС	440
Топливо	бурый уголь
Расчетный КПД брутто, %	89 – 91,8
Температура питательной воды, 0С	145
Температура уходящих газов, 0С	189

 

Топливом для котла  проектируемой ПТУ служит мугунский бурый уголь. Расчётные характеристики топлива по табл. 2.4 из [2] приведены в табл. 3

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Расчётные характеристики топлива

Месторождение	марка	Элементарный состав на рабочую массу топлива, %							Низшая теплота сгорания , МДж/кг, (ккал/кг)	Выход летучих ,%
Мугунское	БЗР	Влажность, WP	Зольность , AP	Сера, SP	Углерод, CP	Водород, HP	Азот, NP	Кислород, OP	17,56 (4191,9)	49,0
		22,0	14,8	0,96	46,6	3,7	0,9	11,1

 

 

Описание тепловой схемы  паротурбинной установки

На рисунке 1 представлена простейшая тепловая схема турбины                 П-6-3,43/0,49 КТЗ. Для данной установки топливом в котле Е-75-3,9ГМ служит бурый уголь.

 

Рисунок 1– Принципиальная схема турбины П-6-3,43/0,49 КТЗ

Предварительно пройдя дробилку и металлоуловитель, на распределителе, в зависимости от потребности установки, топливо поступает на склад.

Топливо сжигается в  факеле в большом объёме топочной камеры котлоагрегата ПГ, стены которой экранированы рядом плотно расположенных труб, из которых в барабан поступает насыщенная жидкость (вода) и пар по давлением. В барабане происходит разделение воды и пара. Далее насыщенный пар поступает в пароперегреватель, откуда в перегретом состоянии (давление пара – Р=3,9МПа; температура t=440ºС) поступает в главный паропровод и направляется к турбинам. Свежий пар (давление свежего пара Р₁=3,43МПа; температура t₁=435ºС) от двух котлоагрегатов марки Е-75-3,9ГМ по главному паропроводу поступает в две паровых турбины типа П-6-3,43/0,49. В турбинах на лопатках ротора турбины его потенциальная энергия превращается в кинетическую, затем в механическую энергию вращения вала и электрическую генератора с выходной мощностью N=12 МВт.

После расширения в проточной  части турбины до давления P_к=4,9кПа пар направляется в конденсатор К, где соприкасаясь с холодной поверхностью трубок, конденсируется. Конденсат стекает в конденсатосборник, из которого забирается конденсатным насосом КН и подаётся через охладитель эжектора ОЭ и регенеративный подогреватель низкого давления П1 (параметры греющего пара: давление, МПа/температура,ºС – 0,103/120). Деаэратор предназначен для удаления растворённых в конденсате и добавочной воде агрессивных газов (О₂, СО₂), вызывающий коррозию металлических поверхностей.