Дисциплина «Энергоснабжение»

Тема проекта: Расчет годового расхода природного газа на ТЭС при раздельном и теплофикационном способе обеспечения электрической и тепловой энергии промышленного предприятия и жилого поселка.

Введение

1.Цели и задачи теплоэнергетических систем

Современные крупные заводы энергоёмких отраслей промышленности состоят из значительного числа различных технологических и энергетических установок, образующих совместно производственный комплекс.

СТЭС П П – единая взаимосвязанный технологический и экономический комплекс включающий:

1) Сооружения и установки обеспечивающие прием, трансформации и аккумуляцию энергоносителей от центральных и районных энергосистем (ЦТП – центральный тепловой пункт, ГРП – газораспределительный пункт, ТХ — топливохранилище)

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3467, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

2) Энергетические станции и установки для выработки остальной энергии необходимой предприятию, потребителей энергоресурсов и энергоносителей(ТЭЦ – тепло электроцентраль; котельные насосные, компрессорные станции ВРС – воздухораспределительные станции)

3) Утилизационные установки и станции производящие энергоносители за счет использования вторичных энергоресурсов (ВЭР вторичные энергоресурсы, УТЭЦ – утилизационная теплоэлектроцентраль, КУ – котлы утилизации); установки по очистке сточных и технологических вод.

4) Трубопроводные и другие под системы обеспечивающие транспортировку по предприятию и распределение энергоносителей и энергоресурсов.

Задачей рационального построения СТЭС П П является организация оптимального распределения и использования различных энергоресурсов. При этом необходимо учитывать реальные (вплоть до часовых) графики и режимы работы всех агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих энергоресурсы в любой отрезок времени для обеспечения надёжной и экономичной работы, как отдельных агрегатов, так и предприятия в целом, определение характера и мощности необходимых резервных источников энергоресурсов.

От совершенства построения СТЭС П П зависит народнохозяйственная эффективность использования энергоресурсов на заводе и размеры их потерь; и потребность предприятия во внешних энергоресурсах, в капиталовложениях; влияние предприятия на окружающую среду и другое.

К энергоресурсам, охватываемым СТЭС П П, относятся все их виды, имеющиеся на предприятиях, в том числе: водяной пар различных параметров от разных источников и горячая вода; горючие газы — доменный, коксовый, конвертерный, нефтеперерабатывающих агрегатов, ферросплавных электропечей; физическая теплота отходящих газов различных технологических агрегатов, и остывающей продукции; теплота охлаждения конструктивных элементов технологических агрегатов; теплота расплавленных шлаков; горючие нетранспортабельные отходы производства; избыточное давление различных газов и жидкостей; сжатый воздух для технологических циклов и производственных нужд; кислород технический (О2 99,5%) и технологический (О2 95%), газообразный и жидкий.

Абсолютный и относительный (аналитический) вывод из потребления перечисленных видов энергоресурсов могут сильно различаться на различных предприятиях, так же, как и реальные графики их выходов и потреблений. Поэтому, для правильного построения и организации эксплуатации СТЭС ПП необходимо знать энергетические характеристики технологических агрегатов, а так же основы соответствующих технологических циклов.

Есть ряд путей экономичности топлива на предприятиях: применение энергосберегающей технологии и энергетического совершенствования технологических агрегатов и циклов. Их внедрение при том же эффекте в 3-4 раза дешевле, чем разработка новых нефтяных и газовых месторождений: повышение КПД (снижение удельных расходов топлива) энергетических установок и агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих различные энергоресурсы, например, КПД котлов, турбин, компрессоров, кислородных установок, оборудования утилизационных установок; оптимальное, с народнохозяйственной точки зрения, построение СТЭС ПП.

Оптимизация построения СТЭС П П необходима для решения следующих задач:

1)обеспечение бесперебойного снабжения потребителей всеми видами энергоресурсов нужных параметров в любой отрезок времени;

2)максимальное и наиболее эффективное использование всех внутренних энергоресурсов, определение оптимального направления их использования;

3)обеспечение балансирования приходов и расходов энергоресурсов в любой отрезок времени с учётом реальных графиков работы производственных агрегатов с целью снижения, а в пределе и исключения потерь различных энергоресурсов из-за дебалансов. Есть заводы, на которых потери доменного газа из-за дебалансов достигают более 10%;

4)наиболее экономичное резервирование источников энергоресурсов по предприятию;

5)оптимальный выбор энергоносителей для тех или иных производств, в частности,

оптимальное распределение различных видов топлива по потребителям в зависимости от его пирометрических и других характеристик;

6)возможность комплексной оптимизации, как энергохозяйства предприятий в целом, так и отдельных установок по типам и параметрам;

7)выявление наиболее вероятных и длительных режимов работы тех или иных установок и агрегатов, что важно для правильного выбора их типоразмеров, режимных характеристик и др.

8)определение наиболее экономичных и эффективных связей CТЭС ПП с другими предприятиями и установками, и общими условиями энергоснабжения района.

Правильно построенная СТЭС ПП является, кроме того, базой для оптимального построения топливно-энергетического баланса региона. Сейчас общепризнано, что любую оптимизацию сложных комплексов необходимо вести на основе системного подхода.

По существу, пока нет полноценного критерия степени совершенства (рациональности) построения CТЭС ПП. Какая-либо СТЭС ПП может не иметь прямых потерь по всем энергоресурсам, но быть далеко не оптимальной с народнохозяйственной точки зрения, т.к., например, расходует высококачественное дефицитное горючее или высокотемпературную теплоту для покрытия потребностей в низкотемпературной теплоте.

Схема СТЭС П П

П Г – системы снабжения природным газом

ПРС – подсистема снабжениям продуктами разделения воздуха

ВТГ – система снабжения вторичными топливными газами

К – котельная

ЦВС – центральная водная станция

ВЗ – подсистема снабжения воздухом

2. Цели и задачи работы.

Целью курсовой работы является расчет годового расхода природного газа на ТЭС при раздельном и теплофикационном способе обеспечения электрической и тепловой энергией промышленного предприятия и жилого поселка, выявление недостатков того или иного способов обеспечения.

3.Основные определения

Энергетический ресурс – это запасы энергии, которые могут быть использованы для энергоснабжения: уголь, торф, древесина, ядерное топливо, вода.

Энергоноситель – это ресурс используемый на стадии потребления (переработан; преобразован)

Полезная энергия – часть подведенной к потребителю энергия, выполнившая полезную работу в процессе преобразования.

Преобразованная энергия – преобразование или производство энергии без изменения или с изменением физического состояния формы энергии(кокс из угля, газификация угля).

Энергетический баланс – система показателей, характеризующий процесс преобразования энергии или снабжения е потребителей.

Градусо-день – эмпирическая единица выражающая суточную разницу в градусах между базовой температурой и среднесуточной температурой наружного воздуха; показатель используется для оценки отопительной нагрузки здания.

Регенерация энергии – использование остаточной энергии после завершения цикла.

Получение топлива из отходов – разработка процессов по получению топлива из отходов сельского хозяйства, промышленного производства и т.д.

Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и неприменяемая в этом энергетическом процессе.

Высшая теплота сгорания топлива — называется количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 нормального газообразного топлива.

Энергия – способность тела или системы тел совершать работу. На практике в основном используют механическую, электрическую, электромагнитную, тепловую, химическую, атомную (внутриядерную) энергию. Закон сохранения энергии: энергия не может быть уничтожена или получена из ничего, она может лишь переходить из одного вида в другой.

Энергетика – область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей потребителям и использованием энергии.

Возобновляемые источники энергии – технические системы, установки и устройства для преобразования первичной возобновляемой энергии во вторичную или конечную энергию.

Альтернативные источники энергии топлива – источники энергии топлива, заменяющие традиционные органические топлива и ядерное топливо; в их числе: производство синтетических углеводородов на базе угля, спиртовых топлив, водород, производство топлива из отходов

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.Назначение и принципиальная схема ТЭС.

ТЭС – тепловая электростанция, в которой рабочим телом является пар.

1 – котел – парогенератор

2 – паровая турбина

3 – электрогенератор

4 – конденсатор

5 – водяной насос

6 – пароперегреватель

Существует несколько типов тепловых электростанций: конденсационные электростанции (КЭС), тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), государственные районные электрические станции (ГРЭС), газотурбинные электростанции (ГТЭС), тепловые электростанции с парогазотурбинной установкой (ПГЭС).

В качестве топлива ТЭС используется мазут или дизель, а также природный газ, уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива.

Главным недостатком всех тепловых электростанций является тип используемого топлива. Все виды топлива, которые применяют на ТЭС, являются невосполнимыми природными ресурсами, которые медленно, но неуклонно заканчиваются. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных электростанций, ведутся разработки механизма выработки электроэнергии при помощи восполняемых или других альтернативных источников энергии.

2.Пар как рабочее тело в системах энергоснабжения

Вода и водяной пар нашли широкое применение в качестве рабочих тел в паровых турбинах тепловых машин, атомных установках и в качестве теплоносителей в различного рада теплообменных аппаратах химико-технологических производств.

Газообразное тело, сосуществующее с кипящей жидкостью называется паром и значительно отличается по своим термодинамическим свойствам от свойств идеального газа.

Парообразованием – процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.

Кипением называется процесс превращения жидкости, кипящей во всем её объеме, в пар при подводе к ней теплоты, а при отводе от пара теплоты происходит обратный процесс – конденсация.

Процессы кипения и конденсации протекают при постоянной температуре и при неизменном давлении.

Пар, соприкасающейся с жидкостью, из которой он получается и находящейся с ней в термодинамическом равновесии называется насыщенным.

Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий в себе жидкость.

Влажным паром называется механическая смесь, состоящая из сухого пара и мельчайших капелек жидкости и характеризуется степенью сухости – Х или степенью влажности – (1 – Х).

Перегретым паром называется пар, полученный из сухого насыщенного пара при подводе к нему при P = Const некоторого количества теплоты и вызванного этим повышением его температуры. Разность между температурами перегретого пара и сухого насыщенного называется степенью перегрева.

До сих пор для реальных газов предложено много уравнений состояния. Однако все они относятся только к ограниченной области состояний. Для технически важных веществ, например, для водяного пара разработаны довольно точные уравнения, с помощью которых рассчитаны параметры и функции состояния в широкой области температур и давлений и сведены в таблицы и на их основе эти характеристики графически представлены в виде диаграмм в P–V, T–S и h–S координатах. Эти диаграммы дают возможность наглядно представить процессы и их энергетические особенности.

Фазовая P–V диаграмма системы, состоящей из жидкости и пара, представляет собой график зависимости удельных объемов кипящей воды – v’ и сухого насыщенного пара – v» от давления.

В критической точке исчезает различие между жидкостью и паром, выше её существование вещества в двухфазном состоянии невозможно.

Состояние воды и водяного пара аналогичным образом может быть представлено на T–S и h–S диаграммах

T–S диаграмма широко используется при исследовании термодинамических процессов и циклов, так как позволяет видеть изменения температуры рабочего тела и находить количество тепла в процессе. Недостатком данной диаграммы является то, что при определении количества теплоты приходится измерять соответствующие площади.

Достоинством h–S диаграммы является то, что техническая работа и количество тепла в процессах, изображаются отрезками линий.

Процессы движения газа, происходящие в различных теплосиловых установках, связаны с преобразованием энергии в газовом потоке.

Водяной пар чрезвычайно широко применяется в различных отраслях промышленности главным образом в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах и как рабочее тело в паросиловых установках. Это объясняется повсеместным распространением воды, ее дешевизной и безвредностью для здоровья человека.

В промышленности строительных материалов водяной пар широко применяют для тепловлажностной обработки силикатного кирпича, теплоизоляционных деталей, бетонных, железобетонных и других изделий в различных пропарочных камерах и автоклавах. Водяной пар используют также для распыления мазута с помощью форсунок при его сжигании, в паровых сушилках для различных теплоизоляционных материалов, в установках для получения древесноволокнистой массы и др.

3. Цикл Ренкина

Принципиальная схема паросиловой установки

Преобра¬зование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых уста¬новках (п. с. у.), которые являются базой современной крупной энер¬гетики. Принципиальная схема простейшей паросиловой установки показана на рис. 1

В паровом котле 1 вода превращается в перегретый пар с параметрами p1, t1, i1, который по паропроводу поступает в турбину 2, где происходит его адиабатное расширение до давления p2 с совершением технической работы, приводящей во вращательное движение ротор электрического генератора 3. Затем пар поступает в конденсатор 4, который представляет собой трубчатый теплообменник. Внутренняя поверхность трубок конденса¬тора охлаждается циркулирующей водой.

В конденсаторе при помощи охлаждающей воды от пара отнимается теплота парообразования и пар переходит при постоянных давлении р2 и температуре t2 в жидкость, которая с помощью насоса 5 подаётся в паровой котёл 1. В дальней¬шем цикл повторяется.

На рис. 2 приведена схема паровой турбины. Турбинные установки предназначены для преобразования энергии рабочего тела (пара, газа), имеющего высокое давление и температуру, в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбины используют в качестве двигателей электрогенераторов, турбокомпрессоров, воздуходувок, насосов.

В паровой турбине рабочий процесс осуществляется следующим образом (см. рисунок).

Водяной пар с высоким давлением и температурой поступает в сопло 1, при истечении из которого его давление снижается, а кинетическая энергия увеличивается. Струя пара направляется на закреплённые на диске 3 ротора турбины лопатки 2, отдавая им часть своей кинетической энергии, которая через лопатки передаётся вращающемуся ротору.

Обычно турбина имеет несколько сопел, составляющих сопловый аппарат. Рабочие лопатки расположены по всей окружности диска и образуют рабочую решётку. Сопловый аппарат и рабочая решётка составляют ступень турбины, а каналы для прохода газа — проточную часть турбины.

Турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые, активного и реактивного типов.

В активных турбинах процесс расширения пара происходит только в соплах, а в реактивных — в соплах и в каналах рабочих лопаток.

В паросиловых установках применяют цикл Ренкина. В цикле Ренкина охлаждение влажного пара в конденсаторе производится до превращения его в воду.

Различают цикл Ренкина с сухим насыщенным паром и с перегретым паром (рис. 3). В цикле Ренкина с сухим насыщенным паром сухой насыщенный пар с параметрами p1, T1, i1 поступает из парового котла в турбину (точка 1 на рис. 8.3), где адиабатно расширяется от давления p1 до давления p2 (точка 2). После турбины влажный насыщенный пар с параметрами p2, T2, i2 поступает в конденсатор, где полностью конденсируется при постоянных давлении и температуре (точка 3). Питательная вода с помощью насоса сжимается до давления p1, равного давлению в паровом котле, и подаётся в котёл (точка 4). Параметры воды на входе в котёл – p1, T2, i4. В паровом котле питательная вода смешивается с кипящей водой, нагревается до температуры кипения и испаряется.

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

• 4’-1 – процесс парообразования в котле при постоянном давлении;

• 1-2 – процесс адиабатного расширения пара в турбине;

• 2-3 – процесс конденсации влажного пара в конденсаторе с отводом теплоты с помощью охлаждающей воды;

• 3-4 – процесс адиабатного сжатия воды в насосе от давления p2 до давления p1;

• 4-4’ – процесс подвода теплоты к воде при давлении p1 в паровом котле до соответствующей этому давлению температуры кипения.

Термический КПД цикла

(1)

Теплота q1 в цикле подводится в процессах: 4-4’ – подогрев воды до температуры кипения в котле; 4’-1 –парообразование в котле. Для 1 кг пара q1 в изобарном процессе равно разности энтальпий конечной (точка 1) и начальной (точка 4) точек процесса подвода тепла:

(2)

Отвод теплоты q2 происходит в конденсаторе по изобаре 2-3, следовательно

(3)

Подставив (2) и (3) в (1), получим

(4)

Так как i3>>i4, можно записать

(5)

Термический КПД цикла Ренкина меньше термического КПД цикла Карно при одинаковых начальных и конечных параметрах пара, так как в цикле Карно теплота q1 затрачивается только на процесс парообразования (то есть q1>>r), а в цикле Ренкина она затрачивается как на парообразование, так и на подогрев питательной воды в процессе 3-4. Поэтому для паросиловых установок в заданном температурном интервале термодинамическим наиболее выгодным циклом мог бы быть цикл Карно. Однако его осуществление связано с большими трудностями. Цикл Карно относительно проще было бы осуществить в области влаж-ного пара. Это объясняется тем, что в области влажного пара изотермические процессы совпа¬дают с изобарными и могут быть реально осуществлены в котле и конденсаторе. Однако в цикле Карно конденсация пара в изотермическом процессе происходит не полностью, вследствие чего в последующем адиабатном процессе сжимается не вода, как в цикле Ренкина, а влажный пар, имеющий относительно большой объем.

В цикле Ренкина с перегретым паром добавляется ещё один процесс: 1-1’ – перегрев пара.

4. Способы повышения экономичности процессов преобразования теплоты в электроэнергию

Несмотря на то, что в настоящее время осуществляется массо¬вое освоение высоких и сверхвысоких параметров пара (p1=23,030,0 МПа; t1= 570600 0 С), термический к. п. д. цикла Ренкина не превышает 50%. В реальных установках доля полезной использованной теплоты еще меньше из-за потерь, связанных с внут¬ренней необратимостью процессов. В связи с этим были предложены другие способы повышения тепловой эффективности паросиловых уста¬новок.

Одним из таких способов является промежуточный перегрев пара (рис.4). Здесь пар перегревается в пароперегревателе 2 парогенератора 1 и подаётся в цилиндр высокого давления 3, в котором находятся ступени турбины, рассчитанные на пар с высоким давлением. В цилиндре высокого давления пар производит механическую работу, его давление и температура снижаются. Из цилиндра высокого давления пар направляют в промежуточный пароперегреватель 4, где его температуру повышают, передавая ему некоторое количество тепла q’1. Из промежуточного пароперегревателя пар направляют в цилиндр низкого давления 5, где он производит механическую работу, снижая своё давление и температуру до давления и температуры конденсатора 7. Из конденсатора насосом 8 конденсат подаётся в парогенератор. Цилиндры низкого и высокого давления находятся на одном валу с электрогенератором 6.

Количество тепла q2, отдаваемое паром в конденсаторе, остаётся постоянным, а количество тепла q1, сообщаемое пару в котлоагрегате увеличивается на q’1, подводимое к пару в промежуточном пароперегревателе. Поэтому в соответствии с формулой (1) термический КПД паросиловой установки с промежуточным пароперегревателем выше, чем у паросиловой установки без промежуточного пароперегревателя. Увеличение термического к. п. д. в этом случае не превышает 2-3%.

Более эффективным способом повышения термического КПД паросиловой установки является применение схем регенеративного подогрева питательной воды (рис. 5).

Для получения такой схемы устанавливают подогреватель питательной воды 9 и организуют дополнительный отбор пара. Например, из цилиндра низкого давления. В этом случае пар, отбираемый на подогрев питательной воды, не отдает тепло в конденсаторе, и количество теплоты, теряемой в конденсаторе, уменьшается на некоторую величину q’2. Поэтому в соответствии с формулой (1) термический КРД паросиловой установки повышается. Однако, в связи с тем, что часть пара, направляемого на подогрев питательной воды, не производит механическую работу на последующих ступенях турбины, мощность отдаваемая турбиной электрогенератору в этом случае снижается.

Регенеративный подогрев питательной воды позволяет увеличить термический КПД паросиловой установки процентов на 10-12.

Экономичность парового цикла характеризуется так же расходом пара d0 и расходом теплоты q0, приходящееся на единицу совершения работы(1 МДж) или выработанной электроэнергии (1 кВт/ч)

5. Тепловое потребление

Тепловое потребление — это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические теплоиспользующие установки и т.д.).

При проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо учитывать:

• вид теплоносителя (вода или пар);

• параметры теплоносителя (температура и давление);

• максимальный часовой расход тепла;

• изменение потребления тепла в течение суток (суточный график);

• годовой расход тепла;

• изменение потребления тепла в течение года (годовой график);

• характер использования теплоносителя у потребителей (непосредственный забор его из тепловой сети или только отбор тепла).

Потребители тепла предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надёжным, экономичным и качественно удовлетворять всех потребителей тепла.

Потребителей тепла можно разделить на две группы:

• сезонные потребители тепла;

• круглогодовые потребители тепла.

Сезонными потребителями тепла являются:

• отопление;

• вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах);

• кондиционирование воздуха (получ. воздуха определённого качества: чистота, температура и влажность).

Круглогодовые потребители используют тепло в течение всего года. К этой группе относятся:

• технологические потребители тепла;

• горячее водоснабжение коммунально-бытовых потребителей.

Классификация систем теплоснабжения:

1) Снабжение теплом потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические циклы и горячее водоснабжение зданий) состоит из трёх взаимосвязанных циклов:

• сообщение тепла теплоносителю;

• транспорт теплоносителя;

• использование теплового потенциала теплоносителя.

В соответствии с этим, каждая система теплоснабжения состоит из трёх звеньев:

• ист. тепла;

• трубопроводы;

• системы теплопотребления с нагревательными приборами.

Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам:

• по мощности;

• по виду источника тепла;

• по виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи тепла и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объединены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских, небольшого объёма, зданиях, или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удалённых от основных производственных корпусов(Например: печи, газовое или электрическое отопление). В этих случаях получение тепла и передача его воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отап-

-ливаемых помещениях.

Централизованными системами теплоснабжения называются в том случае, когда от одного источника тепла подаётся тепло для множественных

помещений или зданий.

По виду источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию.

При районном теплоснабжении источником тепла служит районная котельная, а при теплофикации — ТЭЦ.

Теплоносителем называется среда, которая передаёт тепло от источника тепла к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

По виду теплоносители системы теплоснабжения делятся на две группы:

• водяные системы теплоснабжения;

• паровые системы теплоснабжения.

Водяные системы теплоснабжения различают по числу теплопроводов, передающих воду в одном направлении:

• однотрубные;

• двухтрубные;

• многотрубные.

Водяные системы теплоснабжения по способу присоединения систем горячего водоснабжения разделяют на две группы:

• закрытые системы;

• открытые системы.

Схемы присоединений систем отопления и вентиляции к тепловым сетям могут быть зависимые и независимые. При зависимой схеме вода из тепловых сетей непосредственно поступает в нагревательные приборы систем отопления и вентиляции. При независимой схеме вода из тепловой сети доходит только до абонентских вво-дов местных систем, т.е. до места присоединения последних к тепловой сети, и не по-падает в нагревательные приборы, а в специально предусмотренных подогревателях нагревает воду, циркулирующую в системах отопления зданий, и возвращается по обратному

теплопроводу к источнику теплоснабжения.

Паровые системы теплоснабжения могут быть с возвратом и без возврата конденсата. Технологические потребители пара присоединяются непосредственно или с применением компрессора, если давление пара в сети ниже давления, требуемого технологическими потребителями.

Выбор систем теплоснабжения. Система теплоснабжения выбирается в

зависимости от характера теплового потребления и вида источника теплоснабжения.

Водяным системам теплоснабжения отдаётся предпочтение, когда тепловые потребители представляют собой системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. При наличии технологической тепловой нагрузки, требующей тепло повышенного потенциала, рационально также применять воду в качестве теплоносителя, но при этом предусматривать прокладку

третьего обособленного трубопровода.

На промышленных площадках при превалирующей технологической тепловой нагрузке повышенного потенциала и малых нагрузках отопления и вентиляции можно применять паровые системы теплоснабжения.

6.Основные расчетные формулы

Объем одной квартиры по внутреннему периметру:

— площадь квартиры

— высота стены квартиры

Объем стоквартирного дома по внутреннему периметру:

— количество квартир в доме

Наружный объем дома:

— коэффициент пересчета внутреннего объема на наружный;

Расходы теплоты на отопление:

— отопительная характеристика зданий;

— коэффициент, зависящий от типа кладки (в данном случае для железобетонных зданий);

— температурный коэффициент;

— наружный объем дома;

— перепад между температурой внутри помещения и снаружи;

— температура внутри помещения;

— температура снаружи.

Расход теплоты с учетом современных требований на энергосбережение:

— коэффициент современных требований на энергосбережение.

Количество домов в поселке:

— количество квартир в доме;

— количество человек, проживающих в одной квартире;

— численность населения жилого поселка.

Расход теплоты на отопление для жилого поселка:

Расход теплоты на вентиляцию зданий:

Расход теплоты на вентиляцию зданий для жилого поселка:

Расход теплоты на горячее водоснабжение:

— численность населения жилого поселка;

— норма расхода на горячее водоснабжение при на одного человека, проживающего в жилом здании;

— норма расхода на горячее водоснабжение при , потребляемая одним человеком в общественном здании;

— температура подаваемой холодной воды;

— температура подаваемой горячей воды;

— удельная теплоемкость воды.

Расход воды, которая безвозвратно уходит из системы:

Годовой расход теплоты на жилой поселок:

— продолжительность отопительного периода.

Годовой расход теплоты на социально-бытовые и культурные объекты жилого поселка:

— доля затрат теплоты на социально-бытовые и культурные объекты жилого поселка.

Годовой расход пара для промышленного предприятия:

— годовой выпуск условной продукции;

— расход пара на единицу продукции.

Годовой расход электроэнергии для промышленного предприятия:

— расход электроэнергии на единицу продукции.

Годовой расход электроэнергии для жилого поселка:

— суточный расход электроэнергии на одного человека для жилого поселка;

— численность населения жилого поселка.

Суммарный расход электроэнергии:

— отдается в единую энергосистему.

Расход электроэнергии на социально-бытовые и культурные объекты жилого поселка:

— давление пара;

— температура пара;

— энтальпия пара;

— энтропия пара;

— давление пара;

— температура пара;

— энтальпия жидкого состояния пара;

— энтальпия насыщенного сухого пара;

— энтропия жидкого состояния пара;

— энтропия насыщенного сухого пара;

— степень сухости пара;

— работа пара;

— удельный расход пара;

— КПД турбины;

— удельный расход теплоты;

— КПД котла;

— теплота сгорания топлива;

— удельный расход топлива;

— годовой расход топлива;

— суммарный расход электроэнергии.

Расчетная часть

Расходы теплоты на отопление

Qт = qов ∙ V ∙ ∆t, кВт

Nкв = 100 шт – количество квартир в доме;

Nэт = 5 эт – количество этажей;

Nком = 3 ком – количество комнат в квартире;

NжитКв = 4 чел;

K = 70000 чел – население поселка;

kэ = 0.5 – коэффициент сбережения;

h = 2.5 – высота от пола до потолка в квартире;

S = 70 м2 – площадь квартиры;

kp = 1.15 – коэффициент перерасчета внутреннего объема на наружный;

a = 1.85 – коэффициент типа кладки (кирпич);

φ = 1.1 – температурный коэффициент;

tвн = 200C – расчетная внутренняя температура здания

tнар = -150C – наружная температура;

Vкв = S ∙ h – объем квартиры;

Vкв = 70 ∙ 2.5 = 175 м3;

Vвн = Vкв ∙ Nкв – объем 100 квартир по внутреннему периметру (т.е. объем дома по внутреннему периметру);

Vвн = 175 ∙ 100 = 17500 м3;

Vнар = Vвн ∙ kp – наружный объем дома;

Vнар = 17500 ∙ 1.15 = 20125 м3;

∆t = tвн — tнар — разность температур;

∆t = 20 + 15 = 350C;

qов = — отопительная характеристика здания;

qов = = 0,39

Qт = qов ∙ V ∙ ∆t = 0.39 ∙ 20125 ∙35 = 274.71 кВт – расход теплоты на отопление без учета коэффициента энергосбережения;

Qт’ = Qт ∙ kэ — расход теплоты на отопление с учетом современных требований на энергосбережения;

Qт’ = 274.71 ∙ 0.5 = 137.3 кВт;

NжитД = Nкв ∙ NжитКв – количество человек, проживающих в одном доме;

NжитД = 100 ∙ 4 = 400 чел;

D = — количество домов в поселке;

D = = 175 домов;

Qт пос = Qт’ ∙ D – расход теплоты на отопление для жилого поселка;

Qт пос = 137.3 ∙ 175 = 24027.5 кВт;

Поселок – это населенный пункт, со средней плотностью заселения территории, поэтому потери теплоты увеличиваются примерно на 5%, т.е. Qт пос ≈ 25228.5 кВт.

Расход теплоты на вентиляцию зданий

Qв пос = (0.1… 0.15) Qт пос, кВт;

Qв пос = 0.1 • 25228.5 = 2522.8 кВт — расход теплоты на вентиляцию зданий для жилого поселка.

Расчет теплоты на горячее водоснабжение

QГВС пос = 1.2 • m (a + b) (tгв – tхв) Cp, кВт;

m = 70000 чел. – расчетное количество потребителей;

a = 100 — норма расхода на ГВС при t = 550C на одного человека, проживающего в жилом здании;

b = 25 — норма расхода на ГВС при t = 550C на одного человека,

в общественном здании;

tгв = +550C – температура горячей воды;

tхв = +50C – температура холодной воды;

Cp = 4.2 – удельная теплоемкость воды;

M = , кг/час;

Nг = 365 дней – число дней в году;

Nч = 24 часа – число часов в одном дне;

M = = =1.3 • 108 – расход воды, которая безвозвратно уходит из системы;

QГВС пос = 1.2 • 70000 (100 + 25) (55 – 5) 4.2 = 2.2 • 109 кВт – расход теплоты на горячее водоснабжение на жилой поселок;

Годовой расход теплоты и электроэнергии

для жилого поселка

Q∑ = (Qт пос + Qв пос) n • Nч • Nc + QГВС пос • Nч • Nг, кВт;

n = 232 – количество отапливаемых дней;

Nс = 3600 сек. – количество секунд в одном часе;

kсбк = 0.5 – доля затрат теплоты и электроэнергии на социально-бытовые и культурные объекты жилого поселка;

Q∑ = (25228.5 + 2522.8) 232 • 24 • 3600 + 2.2 • 109 • 24 • 3600 • 365 =

5.6 • 1011 + 6.9 • 1016 = 40396.2 • 20044800 + 3.15 • 109 • 3153600 =

6900056 • 1010, кВт – годовой расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для жилого поселка;

Q∑ сбк = Q∑ • kсбк , кВт — затраты на теплоту на социально-бытовые и культурные объекты жилого поселка;

Q∑ сбк = 6900056 • 1010• 0.5 = 3450028 • 1010, кВт

Эж = 3 кВ • час — суточный расход электроэнергии на одного человека;

Wпос = K •Эж • Nг, кВт • час — годовой расход электроэнергии;

Wпос = 70000 • 3 •365 = 7.6 • 107 кВт • час;

Wпос сбк = Wпос • kсбк, кВт • час — затраты на электроэнергию на социально-бытовые и культурные объекты жилого поселка;

Wпос сбк =7.6 • 107 • 0.5 = 3.8• 107, кВт

Годовой расход пара и электроэнергии для промышленного предприятия

dпп = N • вп, кг — годовой расход пара;

N = 7500 шт. — годовой выпуск условной продукции;

вп = 60 кг – расход пара на единицу продукции;

dпп = 7500 • 60 = 450000 кг – годовой расход пара;

Wпп = N • э, кВт • час – годовой расход электроэнергии;

э = 1200 кВт • час – расход электроэнергии на единицу продукции;

Wпп = 7500 • 1200 = 9000000 кВт • час;

Wст = 400 МВт – в единую энергосистему;

Суммарный годовой расход электроэнергии

W∑ = Wпос + Wпп + Wст = 76000000 + 9000000 + 400000 = 85400 МВт;

Удельные расходы пара, теплоты, топлива на единицу энергии и суммарно в течение года, кпд установок

ТЭЦ КЭС Водогрейный котел

Электроэнергия Отопление Электроэнергия Отопление

b’брутто = 0.45 b’КЭС = 0.36 b’отоп = 0.22

b∑ = 0.36 + 0.22 = 0.58

(природный газ) = 35000 кДж/кг;

p1 = 22 МПа, t1 = 5400C;

p2(КЭС) = 0.0035 МПа, p2(ТЭЦ) = 0.35 МПа, ηкот = 0.85, ηпот = 0.73;

По таблице 3 для P1 находим i – удельную энтальпию, кДж/кг

и s – энтропию, кДж/(кг • К): i1 = 3341 кДж/кг, s1 = 6.23 кДж/(кг • К).

T 1

K

4 5

3

2P

2T

s

Расчет для ТЭЦ

p2т = 0.35 МПа = 3.5 бара – давление отбора пара в ТЭЦ.

По таблице 2 находим все параметры для p2т:

= 584.3 кДж/кг; = 2632.5 кДж/кг;

= 1.73 кДж/(кг • К); ( — ) = 5.21 кДж/(кг • К);

— степень сухости пара, отбираемого в случае теплофикационного цикла;

= + x ( — ) = 584.3 + 0.86 • (2632.5 – 584.3) = 2346 кДж/кг – энтальпия пара в точке 2;

l = — = 3341 – 2346 = 995 кДж/кг – работа пара;

d0т = 3600/ l = 3600/995 = 3.6 — удельный расход пара;

q0т = d0т • ( — ) = 3.6 • (3341 – 584.3) = 9924 — удельный расход теплоты;

ηт = — КПД турбины ТЭЦ;

b’нетто = — удельный расход топлива;

b’брутто = ;

W∑ = 85400 МВт;

Bгод = b’брутто • W∑ • Nч • Nг = 0.45•103 • 85400• 106 • 24 • 365 = 3.3 • 1017 кг/год — годовой расход топлива.

Раздельный расчет

Расчет КЭС:

p2к = 0.0035 МПа — давление отбора пара в КЭС.

По таблице 2 находим все параметры для p2к:

= 112 кДж/кг; = 2550 кДж/кг;

= 0.39 кДж/(кг • К); ( — ) = 8.13 кДж/(кг • К);

— степень сухости пара;

= + x ( — ) = 112 + 0.72 (2550 – 112) = 1867 кДж/кг – энтальпия пара в точке 2;

l = — = 3341 – 1867 = 1474 кДж/кгпара;

d0к = 3600/ l = 3600/1474 = 2.4 кгпара/кВт • час — удельный расход пара;

q0к = d0к ( — ) = 2.4 (3341 – 112) = 7750 кДж/кВт • час — удельный расход теплоты;

ηт = = 1474 • 2.4/7750 = 0.45 (45%) — КПД турбины КЭС;

b’нетто = — удельный расход топлива;

b’брутто = ;

Расчет ВК:

= lт • d0т =995• 3.6= 3582 кДж/кВт • час – затраты теплоты на выработку электроэнергии;

= q0тэц — = 9924 – 3582 = 6342 кДж/кВт • час – количество теплоты, отдаваемое на отопление.

b’нетто = удельный расход топлива.

При расчете b’брутто отопительного КПД потерь берется 0.95:

b’брутто отоп = ;

= b’брутто отоп + b’брутто КЭС = 0.22 + 0.36 = 0.58 ;

W∑ = 85400 МВт;

Bгод = • W∑ • Nч • Nг = 0.58•103 • 85400• 106 • 24 • 365 = 4.3 • 1017 кг/год — годовой расход топлива.

Вывод

В данной работе были рассчитаны расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, расходы электроэнергии для жилого поселка и промышленного предприятия, а также были рассчитаны удельные расходы пара, теплоты и в таблице приведено их сравнение при раздельном и теплофикационном способе обеспечения тепловой энергией:

Параметр: ТЭЦ: Раздельное

КЭС: ВК:

l 995 1474

d0 3.6 2.4

q0 9924 7750 6342

ηт 0.35 0.45

b’нетто 0.33 0.26 0.21

b’брутто 0.45 0.36 0.22

Bгод 3.3 • 1017 4.3 • 1017

По данным таблицы можно сравнить параметры теплофикационного и раздельного способа обеспечения электрической и тепловой энергией: при раздельном способе работа пара больше с на 479 кДж/кг, а расход пара меньше на 1.2 кг/кВт • час и также меньше расход теплоты на 2174 кДж/кВт • час; термический КПД теплофикационного цикла меньше термического КПД при раздельном способе на 10%, но годовая экономия топлива составляет

1 • 1017 кг/год.

Теперь можно подвести черту и сказать, что при комбинированной выработке энергии и теплоты достигается значительная экономия топлива, по сравнению с раздельным энергоснабжением. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах с большим потреблением теплоты и электроэнергии.

Литература

1. В. В. Бахмутская, В. Д. Елкин, «Основы Энергосбережения», Гомель : ГГТУ им. П. О. Сухого, 2006 г

2. А.Д.Трухний А.А.Макаров В.В.Клименко «Основы современной энергетики. Часть 1», Изд: МЭИ, Москва 2006 г

3. А.Г. Жутов, А.П. Сергеев, «Водяной пар. Теплопередача и теплопроводность: Методические рекомендации к практическим занятиям», ФГОУ ВПО Волгогр.гос.с/х.акад, Волгоград, 2006 г

4. А.И. Ольшанский, В. И. Ольшанский, Н. В. Беляков, «Основы энергосбережения. Курс лекций», УО «ВГТУ», Витебск, 2007 г

5. С.Л. Ривкин, «Термодинамические свойства воды и водяного пара», Изд: Энергоатомиздат, Москва, 1983 г

6. Теоретические Основы Теплотехники