Реконструкция промышленно-отопительной котельной по переводу её в режим работы мини-ТЭЦ

Методическое пособие по выполнению курсовой работы по энергосбережению

Исходные данные

Вариант

Расчетная нагрузка отопления

Q_{o max}

Гкал/час

Суточное нормативное потребление

тепла на ГВС

Q_{h n}

Гкал

Технологический пар

расход

т/час

давление

Рп

0,6

Мпа

температура

t_П

°С

Температурный график сети

-70

Расчетная температура наружного воздуха

для проектирования отопления

t₀

-27

°С

Температура внутри зданий

t_i

°С

Температура хол. воды в отопительный период

t_с

°С

Температура хол. воды в неотопительный период

t_c^s

°С

Температура наружного воздуха в конце

отопительного периода

t_к

°С

Продолжительность отопительного периода

дней

Так как использование дополнительного количества охлаждающей воды в конденсаторах

турбин не предполагается,то турбогенераторы нужно выбирать таким образом, чтобы

количество используемого в них пара не превышало количества пара,

необходимого для обеспечения промышленного потребления, отопления и ГВС в

расчетный период.

Поскольку, по условию, минимальный период эксплуатации турбогенераторов составляет

отопительный период, то необходимо рассчитать количество и параметры пара, для

покрытия всех видов нагрузок в конце отопительного периода и в неотапливаемый период.

Расчет количества и параметров пара, требуемого для покрытия всех видов нагрузок в

конце отопительного периода.

Количество и параметры технологтческого пара берем из исходных данных.

D_p

= 8 т/ч

Рп

= 0,6 МПа

Часовую нагрузку отопления рассчитываем по формуле

12,22

Гкал/час

Среднюю часовую нагрузку по ГВС в отопительный период рассчитываем по формуле

3,416667

Гкал/час

Максимальную часовую нагрузку по ГВС рассчитываем по формуле

8,2

Гкал/час

Если учесть потери тепла сетях в количестве 10%, то с учетом потерь

13,4

Гкал/час

9,02

Гкал/час

Рассчитаем количество пара, обеспечивающего тепловые нагрузки в конце

отопительного сезона.

Энтальпия насыщенного пара при 0,1 Мпа

кДж/кг

Энтальпия конденсата при 0,1 Мпа

кДж/кг

Тогда одна тонна пара обеспечит тепловую нагрузку на отопление и ГВС

0,539

Гкал/т

Для обеспечения тепловой нагрузки на отопление в конце отопительного периода потребуется

т/час пара

Для обеспечения тепловой нагрузки на ГВС в отопительный период потребуется

16,7

т/час пара

Потребление тепла на собственные нужды возьмем как 2,4% от тепловой нагрузки

1,19

т/час пара

Таким образом, для обеспечения тепловой нагрузки в конце отопительного периода

потребуется

Пара давлением 0,6 Мпа

т/час

Пара давлением 0,1 Мпа

42,9

т/час

В том числе для ГВС

16,7

т/час

Общее производство пара

50,9

т/час

Расчет количества и параметров пара, требуемого для покрытия всех видов нагрузок в

неотопительном периоде.

Нагрузка на отопление будет отсутствовать.

Тепловая нагрузка на ГВС в неотопительный период находится по формуле

5,25

Гкал/час

β- коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в

неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимаемый при

отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,8

Если учесть потери тепла сетях в количестве 10%, то с учетом потерь

(для курортов β = 1,2 -1,5), для предприятий - 1,0;

5,77

Гкал/час

Для обеспечения тепловой нагрузки на ГВС в неотопительный период потребуется

Потребление тепла на собственные нужды возьмем как 2,4% от номинальной нагрузки

10,71

т/час пара

1,192

т/час пара

Таким образом, для обеспечения тепловой нагрузки в неотопительный период

потребуется

Пара давлением 0,6 Мпа

т/час

Пара давлением 0,1 Мпа

11,90

т/час

В том числе для ГВС

10,71

т/час

Общее производство пара

19,90

т/час

Выбор турбоагрегатов.

Будем рассматривать турбинное оборудование, выпускаемое Калужским турбинным заводом

По параметрам свежего пара подходят

ПР-2,5-1,3/0,6/0,1

ПР 0,6/0,4-1,3/0,65/0,04

ТГ 0,6/0,4-К1,3

ТГ 0,5А/0,4 Р13/3,7

ТГ 0,6А/0,4 Р12/3,7

ТГ 0,75А/0,4 Р13/2

ТГ 1,25А/0,4 Р13/2,5

ТГ 1,5А/10,5 Р13/3

ТГ 0,5ПА/0,4 Р11/6

ТГ 0,6ПА/0,4 Р13/6

ТГ 0,75ПА/0,4 Р13/4

ТГ 1,7/0,4 Р5/1,0

ТГ 3,5АЛ/10,5 Р12/1,2

ТГ 4АС/10,5 Р14/1,2

Сначала попробуем выбрать турбоагрегаты, которые могли бы работать круглый год.

Основанием для выбора является количество и параметры пара, вырабатываемого в неотопитель-

ный период, а также количество и параметры пара для обеспечения тепловых нагрузок.

Основным критерием является максимальное производство электроэнергии.

Можно выбрать два варианта использования турбоагрегатов

1 вариант

1 турбогенератор ПР 0,6/0,4-1,3/0,65/0,04

Номинальная электрическая мощность, кВт

Номинальные параметры сухого свежего пара (рабочий диапазон)

абсолютное давление,Мпа

1,3

(1,2-1,4)

Расход свежего пара, т/ч

Номинальные параметры пара в отборе (рабочий диапазон)

абсолютное давление,МПа

0,65

расход (рабочий диапазон), т/ч

(0-9,0)

Номинальное абсолютное давление пара

за турбиной,кПа

Данный турбогенератор предусматривает подогрев сетевой воды в конденсаторе.

Хотя за турбиной давление ниже атмосферного, но вполне достаточно, чтобы при конденсации

пара обеспечивать нагрев холодной воды до температуры 55°С, что позволит использовать ее

для целей ГВС.

Таким образом, в данный турбогенератор будет направляться 12т/ч пара из которых 1,29 т/ч будет

поступать из отбора, например, на технологические нужды, а остальные 10,71 т/ч за турбиной

будут использованы для нагрева воды для ГВС.

2 вариант

1 турбогенератор ТГ 0,6/0,4-К1,3

Номинальная электрическая мощность, кВт

Номинальные параметры сухого свежего пара (рабочий диапазон)

абсолютное давление,Мпа

1,3

(0,8-1,5)

Расход свежего пара, т/ч

Номинальное абсолютное давление пара

за турбиной,кПа

Данный турбогенератор также предусматривает подогрев сетевой воды в конденсаторе.

У него нет промежуточного отбора и весь пар за турбиной идет для обеспечения ГВС.

Теперь с учетом выбранного оборудования попробуем рассмотреть варианты турбогенераторов,

работающих только в отопительный период. Критерии выбора остаются прежними.

1 вариант

1 турбина с противодавлением и отбором ПР-2,5-1,3/0,6/0,1

Номинальная электрическая мощность, кВт

Номинальные параметры сухого свежего пара (рабочий диапазон)

абсолютное давление,Мпа

1,3

(1,2-1,35)

Расход свежего пара, т/ч

в режиме с отбором

49,6

в режиме без отбора

29,5

Номинальные параметры пара в отборе (рабочий диапазон)

абсолютное давление,МПа

0,6

(0,5-0,7)

расход (рабочий диапазон), т/ч

(0-35)

Номинальное абсолютное давление пара

за турбиной,МПа

0,12

(0,08-0,18)

В режиме без отбора данная турбина может работать в номинальном режиме с любым из

выбранных ранее турбоагрегатов.

Например, из вырабатываемых 50,9 т/ч пара давлением 1,4 Мпа 29,5т/ч направляется в турбину

ПР-2,5-1,3/0,6/0,1, работающую без отбора, и после турбины 24,8 т/ч используется для

приготовления воды в системе отопления и СН, а 4,7 т/ч в системе ГВС.

10 т/ч направляется в турбогенератор ТГ 0,6/0,4-К1,3. Тепло, выделяющееся в конденсаторе

этого турбогенератора, используется для приготовления воды в системе ГВС.

Оставшиеся 9,2 т/ч редуцируются. 8 т/ч направляются на промпотребление, а 1,2 т/ч на

приготовление воды в системе ГВС.

2 вариант

Добавляется второй турбогенератор ПР 0,6/0,4-1,3/0,65/0,04 и еще один турбогенератор

ТГ 1,25А/0,4 Р13/2,5 со следующими характеристиками.

Номинальная электрическая мощность, кВт

Номинальные параметры сухого свежего пара (рабочий диапазон)

абсолютное давление,Мпа

1,3

(1,2-1,4)

Расход свежего пара, т/ч

Номинальное абсолютное давление пара

за турбиной,МПа

0,25

(0,15-0,35)

Данный вариант обладает тем преимуществом, что имеются два одинаковых турбогенератора.

Это повышает надежность работы системы.

Из вырабатываемых 48,7т/ч пара давлением 1,4 Мпа 24т/ч направляется в два турбогенератора

ТГ 1,25А/0,4 Р13/2,5, из отборов которых 8 т/ч направляются на промпотребление, 0,1 т/ч на

приготовления воды в системе отопления. Тепло 15,9 т/ч пара используется в конденсаторах

для приготовление воды в системе ГВС.

22 т/ч пара направляются в турбогенератор ТГ 1,25А/0,4 Р13/2,5, после которого направляются

на приготовления воды в системе отопления.

Оставшаяся 2,7 т/ч редуцируется и направляются на приготовления воды в системе отопления и СН.

Расчет срока окупаемости проекта.

Поскольку стоимость турбогенераторов зависит от их мощности и, кроме того, чем более мощный

турбогенератор, тем дешевле обходится единица устанавливаемой мощности.

Так как стоимость оборудования и электроэнергии постоянно меняется, то период окупаемости

будем оценивать следующим образом.

Стоимость электроэнергии примем 1 рубль за 1 кВт*ч.

Стоимость оборудования,монтажа и наладки будем находить по формуле.

С=15000N(1-(N-600)/10000), руб. Здесь N- мощность турбогенератора в кВт

Изменение эксплуатационных затрат в расчетах

учитывать не будем.

Поскольку, как правило, летом система ГВС на определенный период отключается на

профилактику, в это же время предполагается проведение профилактики для турбин,

работающих круглогодично. Поэтому их время работы в году будет составлять 350 суток.

Первый вариант.

Рассчитаем стоимость проекта

С=15000*2500(1-(2500-600)/10000)+15000*600(1-(600-600)/10000)

С=39375000руб

Рассчитаем количество часов работы в году для каждого турбогенератора Z.

Если он работает круглый год, то Zг=350*24=8400 ч.

Если он работает только в отопительный период, то Zо=220*24=5280 ч.

За год будет выработано Y кВт*ч электроэнергии

Y=2500*Zo+600*Zг=18240000 кВт*ч

Ее стоимость составит Сэ=Y руб.

Тогда срок окупаемости проекта Т=С/Сэ=2,2 года

Второй вариант рассчитывается аналогично.

С=2*15000*600+15000*1250(1-(1250-600)/10000)

С=35531250руб

Y=600*Zг+(600+1250)*Zo=14808000 кВт*ч

Тогда срок окупаемости проекта Т=С/Сэ=2,4 года

Если основным критерием выбора проекта является срок окупаемости,

то следует выбрать первый проект.