Курсовая работа (т): Разработка схемы электроснабжения промышленного предприятия
Разработка схемы электроснабжения промышленного предприятия
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра "Промышленная теплоэнергетика"
Курсовая работа
по курсу
"Проектирование, монтаж и
эксплуатация"
Выполнил: Вергелес С.В.
студент Vl курса
заочного факультета
гр. ТПзс-14а,
Проверил: Попов А.Л.
Донецк 2014
Содержание
Введение
1. Расчёт нагрузок
1.1 Расчёт величины годовых электрических нагрузок
1.2 Расчёт величины годовых тепловых нагрузок
1.3 Расчёт годового потребления электроэнергии
1.4 Расчёт годового потребления тепловой энергии
1.5 Расчёт коэффициента структуры энергопотребления
1.6 Построение графика коэффициента структуры энергопотребления
1.7 Определение предельного значения коэффициента структуры
2. Выбор схемы электроснабжения
3. Определение начальных параметров
4. Выбор основного оборудования
4.1 Выбор паровой турбины
4.2 Определение теплофикационного коэффициента для номинальных характеристик турбины
4.3 Выбор парогенератора
5.Определение режимов работы ТЭЦ и их анализ
5.1 Построение совместных графиков электрических нагрузок
5.2 Построение совместных графиков тепловых нагрузок
5.3 Анализ совместных графиков электрических и тепловых нагрузок
6. Технико-экономические показатели
6.1 Определение характеристик тепловой электроцентрали
6.2 Определение экономии топлива при энергоснабжении от ТЭЦ
6.3 Распределение топлива на ТЭЦ
6.4 Показатели работы ТЭЦ на теплофикационном режиме
6.5 Определение себестоимости энергии, отпускаемой ТЭЦ
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Крупные промышленные предприятия являются значительными потребителями различных видов энергии, в первую очередь электрической и тепловой. Например, металлургические заводы - в очень больших количествах сжатого воздуха. Такие предприятия могут получать каждый из потребляемых видов энергии раздельно от самостоятельных источников.
В месте с тем возможно получение электрической и тепловой энергии, а в отдельных случаях и сжатого воздуха от единого источника - собственной теплоэлектроцентрали предприятия.
Какой схеме энергоснабжения отдать предпочтение в отдельном конкретном случае можно решить лишь на основе тщательного технико-экономического расчёта.
схема электроснабжение себестоимость энергия
1. Расчёт нагрузок
1.1 Расчёт величины годовых электрических нагрузок
Величины годовых электрических нагрузок рассчитываем согласно заданному уравнению;
N=No+Acos (
) +Bsin (
π),
где No-фиксированное значение электрической нагрузки, МВт;
А, В - постоянные коэффициенты;- текущая координата времени, ч.
Результаты расчётов предоставлены в таблице 1.1
Таблица 1.1 Годовые электрические нагрузки.
t
No
A
t/2190
cos ( 0
116
68
0
1
68
115
0
0
0
184
365
0.17
0.87
59.16
0.04
0.13
14.95
190.11
730
0.33
0.50
34
0.08
0.26
29.92
179.99
1095
0.50
0.00
0
0.13
0.38
43.70
159.70
1460
0.67
-0.50
-34
0.17
0.50
57.50
139.50
1825
0.83
-0.87
-59.16
0.21
0.61
70.15
126.90
2190
1.0
-1.0
-68
0.25
0.71
81.65
129.60
2555
1.17
-0.87
-59.16
0.29
0.79
90.85
147.60
2920
1.33
-050
-34
0.33
0.87
100.05
182.05
3285
1.50
0.00
0
0.38
0.92
105.80
221.80
3650
1.67
0.50
34
0.42
0.97
111.55
261.55
t
No
A
t/2190
cos ( 4015
1.83
0.87
59.16
0.46
0.99
113.85
281.01
4380
2.0
1.0
68
0.50
1.00
115.00
229.00
4745
2.17
0.87
59.16
0.54
0.99
113.85
289.01
5110
2.33
0.50
34
0.58
0.97
111.85
261.55
5475
2.50
0.00
0
0.63
0.92
105.80
221.80
5840
2.67
-0.50
-34
0.67
0.87
100.05
182.05
6205
2.83
-0.87
-59.16
0.71
0.79
90.85
147.69
6570
3.0
-1.0
-68
075
071
81.65
129.65
6935
3.17
-0.87
-59.16
0.79
0.61
70.15
126.90
7300
3.33
-0.50
-34
083
050
57.50
139.50
7665
3.50
0.00
0
0.88
0.38
43.70
159.70
8030
3.67
0.50
34
0.92
0.26
29.90
179.90
8395
3.83
0.87
59.16
096
0.13
14.90
190.06
8760
4.0
1.0
68
1.0
0.0
0.0
184
По данным таблицы 1.1 построим график.
График предоставлен на рисунке 1.1
Значения годовых тепловых нагрузок рассчитываем по заданному
уравнению:
Q = Q0 + Ccos ( где Q0 - фиксированное значение тепловой нагрузки, МВт
С,D - постоянные коэффициенты.
Результат расчётов приведён в таблице 1.2
Таблица 1.2 Годовые тепловые нагрузки.
t
Q0
C
t/4380
cos
Ccos
D
t/2190
cos
Dcos
Q
0
502
257
0.00
1.00
257
164
0.00
100
164
923
365
0.08
0.97
249.29
0.17
0.87
142.68
893.97
730
0.17
0.87
223.59
0.33
0.50
82
807.59
1095
0.25
0.71
182.47
0.50
0.00
0
684.47
1460
0.33
0.50
128.5
0.67
-0.50
-82
548.5
1825
0.42
0.26
66.82
0.83
-0.87
-142.68
426.14
2190
0.50
0.00
0.00
10
-1.00
-164
338.0
2555
0.58
-0.26
-66.82
1.17
-0.87
-142.68 2920
0.67
-0.50
-128.50
133
-0.50
-82
291.50
3285
0.75
-0.71
-182.47
1.50
0.00
0
319.53
3650
0.83
-0.87
-223.59
1.67
0.50
82
360.41
4015
0.92
-0.97
-249.29
1.83
0.87
142.68
395.39
4380
1.0
-1.00
-257
2.0
1.0
164
409.00
4745
1.08
-0.97
-249.29
2.17
0.87
142.68
395.39
5110
1.17
-0.87
-223.59
233
0.05
82
360.41
5475
1.25
-071
-182.47
2.50
0.00
0
319.53
5840
1.33
-0.50
-128.5
2.67
-0.50
-82
291.50
6205
1.42
-0.26
-66.82
2.83
-0.87
-142.68
292.50
6570
150
-0.002
-0.51
3.00
-1.00
164
338.0
6935
1.58
0
66.82
3.17
-0.87
-142.68
426.14
7300
1.67
0.50
128.5
3.33
-0.50
-82
548.50
7665
175
0.71
182.47
3.50
0
0
684.47
8030
1.83
0.87
223.59
3.67
0.50
82
807.59
8395
1.92
0.97
249.29
3.83
0.87
142.68
893.97
8760
2.0
10
257
4.0
1.0
164
923
По данным таблицы 1.2 построим график. График представлен на
рис. 1.2
Вычислим значение средней в течении года электрической
нагрузки, МВт:
Ncp= Вычисляем годовую выработку (потребление) электроэнергии, МВт/ч:
Эг = Nср*8760
Эг = 189.2 * 8760 = 1657513.48 МВт/ч
Вычисляем значение средней в течении года тепловой нагрузки,
МВт:
Qcp = = =509.31 МВт.
Вычисляем годовую выработку (потребность) в тепловой энергии по
следующей формуле:
Г = Qср * 8760 МВт/чГ = 509.31 * 8760 =
4461555.6 МВт/ч
Коэффициент структуры энергопотребления рассчитан для всех
значений Nи Qпо следующей формуле:
Результаты расчёта представлены в таблице 1.3.
Таблица 1.3 - Результаты расчёта коэффициента структуры
энергопотребления.
t
N
Q
0
184
923
0.19
365
190.11
893.97
0.21
730
179.99
807.59
0.22
1095
159.70
684.47
0.23
1460
139.50
548.50
0.25
1825
126.90
426.14
0.29
2190
129.60
338.00
038
3555
147.60
292.50
0.50
2920
182.05
291.50
0.62
3285
221.80
319.53
0.69
3650
261.55
360.41
0.72
4015
289.01
395.39
0.73
4380
299.00
409.00
0.73
4745
289.01
395.39
0.73
5110
161.55
360.41
0.72
5475
221.8
319.53
0.69
5840
182.05
291.50
0.62
6205
147.69
292.50
0.50
65.70
129.65
338.00
0.38
6935
126.90
426.14
0.29
7300
139.50
548.50
0.25
7665
159.7
684.47
0.23
8030
179.99
807.59
022
8395
190.11
893.97
0.21
8760
184
923
0.19
В координатах мощность - время был построен график коэффициента
структуры энергопотребления Ψср = где ψi -
среднее значение коэффициента для і-го интервала времени, число
разбиений временного интервала от 0 до 8760ч.
Для анализа работы электростанции необходимо знать величину
предельного коэффициента структуры энергопотребления, которую можно определить:
Ψпр = Ψпр = где τ - теплофикационный коэффициент;
Существуют две схемы энергоснабжения: раздельная и
комбинированная. В данном случае схема - комбинированная, т.к. ψср<ψпр (0.449<0.930)
Рисунок 2.1 - Принципиальная схема ТЭЦ.
Электрическая энергия вырабатывается в трёхфазном электрогенераторе,
приводимом во вращение паровой турбиной, Q тепловая энергия из отборов турбины
и РОУ.
Выполним для заданного значения параметры пара (давления) в отборе
турбины, используемого для теплоснабжения. Предварительно считаем, что в отбор
идёт сухой насыщенный пар, а от теплового потребителя в схему поступает кипящий
конденсат. По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара
определяем энтальпии сухого пара Из управления:
Находим энтальпию свежего пара на входе в турбину h1:
h1 = 0.449 * (2708.1 - 508) + 2708.1 = 3695.94 КДж/кг
Вычисляем значение энтальпии пара в конце адиабатного расширения где По значениям Ротб и h2на HS - диаграмме
водяного пара находим значение энтальпии
2 = 300 КДж (кг. град).
Так как S2 = S1 = 6.50 КДж (кг. град) и h1известна,
определяем значение начальных параметров
1 = 300 бар = 30 МПа, T1 = 670 Паровая турбина должна работать в номинальном режиме. Поэтому
при выборе мощности турбины поступим так, чтобы турбин было несколько, а их
суммарная мощность "ступеньками" покрывала график электрических
нагрузок и суммарная мощность паровых турбин обеспечивая максимальную
электрическую нагрузку.
Устанавливаем в 6 турбин Т - 50/130 со следующими значениями:
N = 50 МВт1 = 12.75 МПа1 =
565 0Ск = 5.0 кПаmax = 260 т/ч
Для начальных параметров пара выбранной турбины Р1
= 12.75 Мпа и t1= 5650С по HS - диаграмме воды и водяного
пара находим значение h1,h1 = 3520 КДж/кг. Зная h1и
заданное значение Ротб, по HS - диаграмме воды и водяного пара
определяем энтальпию теоретического процесса расширения отборнго пара h2T=2515
КДж/кг.
Из выражения
отб= h1 - (h1-h2T)
ηoi
определяем истинное значение энтальпии пара в отборе:
hотб = 3520 - (3520 - 2515) 0.78 =
2736.1 КДж/кг
Теплофикационный коэффициент вычисляем по формуле:
τ = На основе параметров турбины (Р1 = 12.75 Мпа, t1
= 5650С), с углом вида топлива (природный газ) выбираем 4 котла Е -
480 - 140 ГМ со следующими параметрами:
заводская марка ТГМ - 96;
температура t= 570 0С;
КПД парогенератора ηпг = 93.45%
Совместные графики состоят из графика N = f (t) -
электрическая нагрузка, Т.е. заказ потребителя и Nт = f (t) -
возможная выработка электроэнергии на тепловой станции в теплофикационном
режиме.
Построение графика Nт = f (t) начинаем с
нахождения значений Nт для всех тех же точек, что и при построении
графика Nт = f (t).
Значения Nт определяются из уравнения Nт~Qгде
τ - теплофикационный коэффициент. Расчёты сведены в таблицу 5.1
Таблица 5.1 - Результаты расчёта совместных электрических
нагрузок.
№
t, ч
Q, МВт
τ
Nт, МВт
1
2
3
4
5
1
0
923
0.4
369.2
2
365
893.9
357.5
3
730
807.5
323
4
1095
684.4
273.7
5
1460
548.5
219.4
6
1825
624.1
170.44
7
2190
338.0
135.2
8 292.5
117
9
2920
291.5
116.6
10
3285
319.5
127.8
11
3650
360.4
144.16
12
4015
395.4
158.16
13
4380
409
163.6
14
4745
395.4
158.16
15
5110
360.4
144.16
16
5475
319.5
127.8
17
5840
291.4
0.4
116.6
18
6205
292.5
117
19
6570
338.0
135.2
20
6935
426.1
170.4
21
7300
548.5
219.4
1
2
3
4
5
22
7605
684.4
873.7
23
8030
807.5
323
24
8395
893.5
357.2
25
8760
923
369.2
Совместные графики построены в одной сетке координат.
График совместных электрических нагрузок предоставлен на
рисунке 5.1
Следует различать нагрузку как заказ предприятия - это
потребление требуемое и определяемое технологией производства, и нагрузки как
возможность, отпуск. В первом случае это Q, во втором - Qт, т.е.
мощность которую можно отобрать из турбины при выполнении заказа на выработку
электрической представлен в таблице 5.2
Таблица 5.2 - Результаты расчёта совместных тепловых
нагрузок.
№
τ, МВт
N, МВт
τ
Qт, МВт
1
2
3
4
5
1
0
184
0.4
460
2
365
190.11
475.2
3
730
179.99
449.9
4
1095
159.70
339.25
5
1460
139.50
348.75
6
1825
126.90
317.25
7
2190
129.60
324
8
2555
147.60
369
9
2920
182.05
455.1
10
3285
221.8
554.5
11
3650
261.55
653.8
12
4015
289.01
722.5
13
4380
299
747.5
14
4745
289.01
722.5
15
5110
261.55
653.8
16
5475
221.80
554.5
17
5840
182.05
455.1
18
6205
147.60
369
19
6505
129.6
324
20
6935
126.9
317.25
21
7300
139.5
348.75
22
7665
159.7
399.25
23
8030
179.9
449.9
24
8395
190.1
475.2
25
8760
184
460
График совместных тепловых нагрузок расположен на рисунке 5.2
При сопоставлении графиков видим, что точки пересечения
графиков Nт = f (t) с N = f (t) и Qт = f (t) cQ = f (t)
совпадают. Это не случайно, т.к. выработка электрической и тепловой энергии
осуществляется в одном и том же энергоблоке и эти графики характеризуют работу
этого агрегата. В точках пересечения графиков величины потребления энергии и
выработки совпадают. Из графиков видно, что режимы работы ТЭЦ различны в
течении года:
) Выработка электроэнергии на теплофикационном режиме
N ≤ Nт;
2) Выработка электроэнергии на конденсационном и
теплофикационном режимах N>Nт;
) Теплоснабжение из отборов турбин Q ≤ Qт;
) Режим теплоснабжение из отборов турбин и через РОУ
Q>Qт.
Среднегодовые характеристики ТЭЦ определяются по графикам
тепловых и электрических нагрузок. Годовая выработка электроэнергии:
Эг = Nср * tг
Годовая выработка электроэнергии на теплофикационном и
конденсационном режимах:
= 1235191.6 МВт/ч
Годовая выработка электроэнергии на конденсационном режиме, МВт:
Годовой выпуск тепла:
Qг = Qсрt2 = 4461555.6
МВт/ч
Годовой отпуск тепла из отборов (на теплофикационном режиме
определяется аналогично годовой выработке электроэнергии)
Годовой отпуск тепла через РОУ:
Доля выработки электрической энергии на теплофикационном и
конденсационном режимах составит:
Доля теплоснабжения при этих же режимах:
Теплофикационный коэффициент по выработке электрической и тепловой
энергии:
Расход топлива при раздельной выработке электрической и
тепловой энергий, т/год
где Расход топлива на ТЭЦ, кг/год
Годовая экономия топлива, кг
Относительная экономия топлива, %
Расход топлива на теплоснабжение, кг/год
Расход топлива на выработку электроэнергии кг/год
Удельный расход топлива на теплоснабжении, кг/ (МВт*ч)
Удельный расход топлива на выработку электроэнергии, кг/
(МВт*ч)
Число часов использования установленной электрической
мощности, час
Nуст =Nнемi = 50 * 6 = 300
МВт
Число часов использования установленной тепловой мощности:
Где Qуст = Qmaх максимальная тепловая
нагрузка.
Удельный расход топлива на отпуск тепла, кг/ (МВт*ч)
Удельный расход топлива на отпуск электроэнергии, кг/ (МВт*ч)
Топливная составляющая себестоимости по электрической
энергии, грн/ (МВт*ч)
Топливная составляющая по теплу, грн/ (МВт*ч)
Амортизационная составляющая себестоимости, грн/ (МВт*ч),
а) по электроэнергии:
где Рк - коэффициент амортизационных отчислений на
капитальный ремонт и восстановление, затраты на оборудование;
Кэ - стоимость 1 КВт установленной мощности для ТЭЦ
б) по тепловой энергии:
где Составляющая себестоимости, учитывающая затраты:
на текущий ремонт и материалы:
на заработную плату:
где Аn - годовые затраты на заработную плату
где - основная заработная плата с эксплуатационного персонала с
начислением на социальное страхование
А = Ф * П, А = 8400 * 948 = 7963200 грн
затраты по заработной плате составят, грн/ (МВт*ч):
на выработку электрической энергии:
на выработку тепловой энергии:
Общестанционные затраты определяются по формуле:
Общестанционные затраты распределяются между производством
электрической и тепловой энергии пропорционально прямым затратам:
где
Пэ - прямые затраты, связанные м выработкой
электроэнергии:
ПЭ = 1667513.4 * (67.6 + 6.5 + 0.65 + 3.75) =
130 * 106
Таким образом,
Составляющая себестоимости тепла учитывает:
общестанционные расходы
себестоимость тепловой энергии:
Данные расчётов обобщаются в сводных таблицах
технико-экономических показателей.
Таблица 6 - составляющие себестоимости производства
электроэнергии
составляющие
себестоимость обознач.
грн/ (МВт*ч)
%
топливо
55,5
70
91991
амортизация
5.5
7
9116
текущий ремонт
3.9
5
6464
зарплата
3.9
5
6464
общие расходы
10.3
13
17072
ИТОГО
79.36
100
131540
Таблица 7 - составляющие себестоимостей производства тепловой
энергии
составляющие
себестоимость
годовые затраты, тыс. грн
обозначение
грн/ГДж
Топливо
8.4
37477
Амортизация
0.78
3480
Текущий ремонт
0.84
3747
Зарплата
0.48
2141
Общие расходы
1.5
6692
ИТОГО
12
53538
Таблица 8 - технико-экономические показатели.
Показатели
Условное обозначение
Единица величины
Значение
Годовая выработка электроэнергии
Эг
МВт*ч
1657513,48
На теплофикац. режиме
- // -
1235191.6
На конденсац. режиме
- // -
422321.88
Годовой отпуск тепла
МДж
4461555.6
В том числе из отборов турбины через РОУ
МДж
2617173.13 1844382.47
Доля теплоснабжения на теплофик. режиме
МДж
0.587
Доля электроснаб. натепл. режиме
МДж
0.750
Теплофикац. коэффициент
МВт*ч/МДж
0.472
Годовая экономия топлива
т/год
267*106
Относительная экономия
%
20
Удельный расход усл. топл. на выработку эл.
энергии
кг/ (МВт*ч)
389
Условный расходусл. Топл. на выработку тепл.
Энергии
Кг/МДж
93.6
Себестоимость электроэнергии
Грн/ (МВт*ч)
79.36
Себестоимость тепловой энергии
Грн/МДж
56.22
В ходе данной курсовой работы был проведён расчёт величин
годовых электрических и тепловых нагрузок, построены соответствующие графики.
Был проведён расчёт энергопотребления, расчёт коэффициента структуры
энергопотребления и построен его график. Выбрана схема энергоснабжения - комбинированная.
Определены начальные параметры пара. Было выбрано основное оборудование
электростанции: 6 турбин Т-50-130 и 4 котла Е-480-140 ГМ.
Были построены совместные графики электрических и тепловых
нагрузок, сравнены и проанализированы.
Были определены технико-экономические показатели:
характеристики ТЭЦ, экономия топлива, показатели работы ТЭЦ при
теплофикационном режиме а также определена себестоимость энергии.
1. Ривкин
С.А., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. - М.:
Энергия, 1980 г. - 402 с.
2. Рыжко
В.Я. Тепловые электрические станции. - М.: Энергия, 1987 г. - 328 с.
. Методические
указания к выполнению курсовой работы по дисциплине
. "Энергетические
установки" Сост.: В.Л. Кондроизкий, Г.Г. Пятышкин, С.М. Сафьянц. - Донецк:
ДПИ, 1992 г. - 30 с.
) Acos () Bt/8760sin (
π) Bsin (π) N
) Acos () Bt/8760sin (π) Bsin (π) N
.2 Расчёт
величины годовых тепловых нагрузок
) + Dcos (),
1.3 Расчёт
годового потребления электроэнергии
=
1.4 Расчёт
годового потребления тепловой энергии
=
.5 Расчёт
коэффициента структуры энергопотребления
.6 Построение
графика коэффициента структуры энергопотребления
. Этот график представлен на рисунке 1.3. Величину среднего
значения коэффициента структуры энергопотребления вычисляем на основе данных
таблицы как среднеарифметическую:
= 0.449;
.7
Определение предельного значения коэффициента структуры
;
= 0.93,
- коэффициент использования тепла в парогенераторах котельных;
- КПД ТЭЦ на конденсационном режиме;
- КПД ТЭЦ на теплофикационном режиме;
- КПД станции;
- доля теплофикационного теплоснабжения.
2. Выбор
схемы электроснабжения
3.
Определение начальных параметров
и кипящей воды 
. Так как Ротб = 0.2 Мпа 
= 2708.1 КДж/кг, 
= 508 КДж/кг.
:
,
= 0.78 - относительный внутренний КПД турбины
= 3695.94 - (3695.94 - 2708.1) 
= 2429.47 КДж/кг
4. Выбор
основного оборудования
4.1 Выбор
паровой турбины
.2
Определение теплофикационного коэффициента для номинальных характеристик
турбины
;
.
4.3 Выбор
парогенератора
5.Определение
режимов работы ТЭЦ и их анализ
5.1
Построение совместных графиков электрических нагрузок
.2 Построение
совместных графиков тепловых нагрузок
.3 Анализ
совместных графиков электрических и тепловых нагрузок
6.
Технико-экономические показатели
6.1
Определение характеристик тепловой электроцентрали
,
=
= 1657513,4 - 1235191,6 = 422321,88 МВт/ч
= 4461555.6 - 2617173.13 = 1844382.47 МВт
6.2
Определение экономии топлива при энергоснабжении от ТЭЦ
- низшая теплота сгорания топлива.
6.3
Распределение топлива на ТЭЦ
, 
6.4
Показатели работы ТЭЦ на теплофикационном режиме
, 
6.5
Определение себестоимости энергии, отпускаемой ТЭЦ
- стоимость
оборудования ТЭЦ по производству электроэнергии;
, 
- стоимость
оборудования ТЭЦ по производства тепла,
- прямые затраты, связанные в отпуском тепла:
Заключение
Список
использованной литературы