Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описание объекта энергоснабжения и расчет тепловых нагрузок

1.1 Общая характеристика предприятия

Открытое акционерное общество «Борисовдрев» структурно входит в концерн «Беллесбумпром», расположено в г. Борисове на одной производственной площадке и имеет следующие производства:

– цех древесноволокнистых плит (ДВП);

– спичечную фабрику;

– фанерный цех с участком гнутоклеенных деталей;

– цех деревообработки;

– цех пенополиуретана.

Имеется также: водонасосная станция, компрессорная, ремонтно-механический цех, ремонтно-строительный участок, электроцех, автотранспортный цех, склады, клуб, административный корпус.

На предприятии имеется собственная котельная, снабжающая тепловой энергией в виде пара и горячей воды собственное производство, а также другие предприятия города, объекты социальной сферы и жилищно-коммунальное хозяйство.

Тепловая энергия в цехах расходуется на технологические нужды, на отопление и вентиляцию.

В качестве теплоносителя на технологические нужды используется насыщенный пар двух давлений. На отопительно-вентиляционные нужды используется горячая вода и, частично, пар.

Электроснабжение площадки предприятия осуществляется от двух подстанций 110 кВ: «Борисов-северная» и «Борисов-южная» по четырем линиям, питающим ТП-354 предприятия. Объемы выпускаемой продукции, фактический расход ТЭР за период 1999-2001 гг., удельные расходы энергоресурсов на единицу выпускаемой продукции за указанный период приведены в табл. 1.1.

Планируемые объемы выпуска продукции на 2002 г. приведены в табл. 1.2. Доля энергозатрат в себестоимости продукции по видам продукции в 2001 г. представлена в табл. 1.3. Организационная структура службы главного энергетика представлена на рис. 1.1.

Таблица 1.1. Объемы выпускаемой продукции и расход ТЭР

Вид продукции	Объем произведенной продукции	Удельный расход на ед. продукции	Фактический расход ТЭР
	Годы	Годы	Годы
	Ед. изм.	1999	2000	2001	Ед. изм.	1999	2000	2001	Ед. изм.	1999	2000	2001
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Древесноволокнистые плиты	тыс. м2	7670	7717	7296		1,91	1,84	1,8	тыс. кВтч	15632	14739	13140
Подъем и перекачка воды	тыс. м3	860	1510	2100		1,09	1,07	0,971	тыс. кВтч	903	1641	2040
Пенополиуретан	т	140	127	17		505,5	505,5	505,5	тыс. кВтч	71	64	8
Фанера ГКД	м3	9803	11289	14989		74,94	74,8	74,12	тыс. кВтч	743	846	1111
Деревообработка	м3	2133	1872	2085		25	25	25	тыс. кВтч	53	47	52
Спички	тыс. усл. ящ.	1194	1227	1154	кВтч/ тыс. усл. ящ.	1580	1498,3	1511,3	тыс. кВтч	1902	1939	1744

Таблица 1.2. Планируемые объемы выпуска продукции на 2002 г.

№ п/п	Наименование	Ед. изм.	Кол-во
1	Древесноволокнистые плиты	Тыс. м2	7600
2	Пенополиуретан	т	300
3	Фанера и гнутоклееные детали	м3	10900
4	Деревообработка	м3	2100
5	Спички	Тыс. усл. ящ.	1250
6	Подъем и перекачка воды	м3	2300

Таблица 1.3. Доля энергозатрат в себестоимости продукции по видам продукции в 2001 г.

№ п/п	Вид продукции	Вид энергии, топлива
		Теплоэнергия, %	Электроэнергия, %	Газ, %
1	Древесноволокнистые плиты	29	18,9	-
2	Фанера и гнутоклееные детали	13	1,5	-
3	Спички	5,7	1,1	-
4	Производство теплоэнергии	-	6	66

Система учета энергоресурсов предусматривает два вида учета: коммерческий (расчетный) и внутрипроизводственный. Коммерческий учет осуществляется в соответствии с Правилами пользования электрической и тепловой энергией, Правилами устройства электроустановок и другими нормативными материалами. На предприятии осуществляется общецеховой учет тепловой и электрической энергии с составлением ежесуточных отчетов (балансов). По отдельным группам энергоемких потребителей также организован учет потребляемой энергии. Сведения об установленных приборах учета расхода электроэнергии, газа, пара, горячей, холодной и технической воды приведены в табл. 6.

Однако учет тепловой и электрической энергии по отдельным процессам, видам продукции, наиболее энергоемким агрегатам дифференцирован недостаточно и требует дальнейшего развития.

На предприятии имеются утвержденные в установленном порядке нормы расхода тепловой и электрической энергии.

Основные технологические процессы предприятия предусматривают непрерывный (3-х сменный) режим работы. Однако в условиях недостаточной загруженности предприятия заказами на продукцию возможна работа отдельных цехов в 1 - 2-х сменном режиме. При этом руководство предприятия выбирает наиболее оптимальные графики работы с учетом максимальной экономии энергоресурсов и финансовых средств.

Рис. 1.1. Организационная структура службы главного энергетика

1.2 Анализ производственного потребления ТЭР ОАО «Борисовдрев»

Анализ производственного потребления ТЭР показывает, что тепловая энергия является основным видом потребляемой энергии. На ее долю приходится 88,5% от производственного потребления. Доля электроэнергии в структуре энергопотребления соответственно составляет 11,5%. Структура производственного потребления ТЭР за 2001 г. представлена на круговой диаграмме рис. 1.2.

Из общего потребления теплоэнергии в 2001 г. в количестве 658984 ГДж на технологические нужды затрачено 79,7%, остальное па отопление цехов, административных зданий и горячее водоснабжение. Круговая диаграмма производственного потребления тепловой энергии представлена на рис. 1.3.

Анализ структуры потребления тепловой энергии по отдельным производствам показывает, что наиболее энергоемким потребителем является производство древесноволокнистых плит - 44,0% от общепроизводственного потребления.

Структура потребления теплоэнергии по отдельным производствам представлена на рис. 1.4.

Структура производственного потребления электроэнергии, в том числе отдельными производствами, представлена на круговых диаграммах рис. 1.5 и рис. 1.6.

Так как тепловая энергия является основным видом потребляемой энергии, проведем далее углубленный анализ использования тепловой энергии.

Рис. 1.2. Структура производственного потребления ТЭР за 2001 г.



Рис. 1.3. Структура производственного потребления тепловой энергии

Рис. 1.4. Структура потребления теплоэнергии отдельными производствами

Таблица. 1.4. Потребления теплоэнергии отдельными производствами

№ п/п	Потребитель	ГДж	%
1	ДВП	269224	51,05
2	Спички	120875	22,9
3	Фанера и ГКД	120426	22,8
4	Пенополиуретан	272	0,05
5	Деревообработка	16874	3,2
	Итого	527671	100

Рис. 1.5. Структура потребления электроэнергии отдельными производствами

Общее потребление электрической энергии составляет 24140 тыс. кВтч, включая отопление и вентиляцию.

Таблица 1.5. Потребления электроэнергии отдельными производствами

№ п/п	Потребитель	кВтч	%
1	Котельная	4666	19,32
2	Спички	1939	8,03
3	Фанера и ГКД	866	3,59
4	ДВП	14768	61,18
5	Деревообработка и пенополиуретан	111	0,46
6	Подъем и перекачка воды	1641	6,80
7	Прочие	149	0,62
	Итого	24140	100



Рис. 1.5. Структура производственного потребления электроэнергии

1.2.1 Производство древесноволокнистых плит

В технологии производства ДВП тепловая энергия на технологических установках используется в виде пара 2-х параметров:

– давлением P₁ = 2 МПа с температурой t = 370°С

– давлением Р₂ = 1,3 МПа с температурой t = 250°С

В цехе ДВП пар давлением 2 МПа поступает на аккумулятор тепла, где идет приготовление перегретой воды, которая в качестве теплоносителя подается на пресс ДВП типа ПР-10М и в закалочные камеры. Расход тепловой энергии на технологические нужды в производстве ДВП складывается из расходов по отдельным технологическим процессам и состоит из расходов тепловой энергии на прессовую установку, дефибраторы, закалочные камеры, установки приготовления эмульсии, маслопропитки, мойки листов и сеток.

1.2.2 Производство спичек

В технологии производства спичек тепловая энергия используется в виде пара давлением Р = 0,6 - 0,7 МПа и температурой t=250°С, поступающего по паропроводу из котельной и используется в пропарочных камерах (только в отопительный период), сушильных камерах, автоматах сушки соломки, сушильных аппаратах, красильных машинах.

1.2.3 Производство фанеры

В технологии производства фанеры и гнутоклеенных деталей тепловая энергия используется в виде пара 2-х параметров:

– давлением Р₁ = 0,7 МПа с температурой t = 250-210°С

– давлением Р₂ = 0,7 - 1,1 МПа с температурой t = 350-380°С

Пар давлением 1,1 МПа из КВД1, (рис. 1.1), поступает на роликовые сушилки. После сушилок отработанный пар поступает па цеховой коллектор смешения, где смешивается с паром давлением 0,6-0,7 МПа, поступающим по компенсационному паропроводу из РОУ-80 котельной и направляется следующим потребителям: на клеевые пресса, отделения товаров народного потребления, варочные бассейны.

1.3 Определение теплопотребления района теплофикации

Теплоснабжение промышленного района осуществляется от котельной. В системе теплоснабжения абонентов, обеспечивающей тепловую нагрузку на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, в качестве теплоносителя применяется вода. Система теплоснабжения закрытая, двухтрубная. Регулирование отпуска тепла принято центральное, качественное по отопительной нагрузке.

1.3.1 Климатологические данные района теплофикации

Для города Борисов имеем следующие данные:

1. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления t_но = -25^оС.

2. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции t_нв = -10^оС.

3. Продолжительность отопительного периода n_о= 203 суток.

4. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период =-1 ^оС.

5. Продолжение стояния наружных температур за отопительный период указано в табл. 1.6.

Таблица 1.6. Продолжение стояния наружных температур за отопительный период

Температура, оС	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	8
Время стояния, ч.	4	19	71	132	235	644	1745	2022

1.3.2 Определение расчетных расходов тепла на отопление по укрупненным показателям

Расчетный расход тепла на отопление определяется по формуле:

, кВт, (1.1)

где - коэффициент инфильтрации;

V - строительный объем здания по наружному обмеру, м³;

t_в - внутренняя температура воздуха в здании,°С;

t_но - расчетная температура наружного воздуха для отопления,°С;

q₀ - отопительная характеристика здания, Вт/м³ К.

, (1.2)

где b - постоянная инфильтрации, с/м,

b = 3710^-3 дли промышленных зданий;

b = 910^-3 для общественных;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

L - высота здания или этажа административного здания, м (14 м);

_в - скорость ветра, м/с (4 м/с);

T_но,T_в - температура наружного и внутреннего воздуха, К.

Для промышленных зданий:

.

Для общественных зданий:

Для склада:

В горячих цехах часть теплопотерь здания компенсируется внутренними тепловыделениями. В этом случае расход тепла на отопление должен быть уменьшен на величину тепловыделения, а расход остального подводимого тепла определится из выражения:

, кВт (1.3)

где - внутренне тепловыделения здания, кВт.

Проведём расчёт расхода тепла на отопление заводских помещений, складов, жилых и общественных помещений.

Административный корпус

кВт.

Цех ДВП

кВт.

Склад готовой продукции

кВт.

Для остальных зданий и помещений результаты расчёта приведены в табл. 1.7.

1.3.3 Расчетный расход тепла на вентиляцию промышленных зданий

Для промышленных помещений расход тепла на вентиляцию определяется по следующей формуле:

, кВт. (1.4)

где q_в - вентиляционная характеристика здания, Вт/(м³К)

t_нв - расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, ⁰С.

Административный корпус

кВт.

Цех ДВП

кВт.

Склад готовой продукции

кВт.

Для остальных зданий и помещений результаты расчёта приведены в табл. 1.7.

1.3.4 Расход тепла на горячее водоснабжение промышленных зданий

Для промышленных помещений расход тепла на вентиляцию определяется по следующей формуле:

, кВт, (1.5)

где m - число работающих в цехе (приближенно принимается для производственных цехов m = 4V10^-3 чел., для административных зданий m = 30V10^-3 чел.);

a - норма расхода воды на 1 работающего в смену, кг;

с = 4,19 кДж/(кг•°С) - теплоемкость воды;

t_гв = 65 ^оС; t_хв = 5 ^оС - температура горячей и холодной воды;

n - продолжительность работы предприятия в 1 или 2 смены (8 ч; 16 ч).

Административный корпус

чел.

кВт.

Цех ДВП

чел.

кВт.

Склад готовой продукции

чел.

кВт.

Для остальных производственных помещений данные расчёта потребления горячей воды приведены в таблице 1.7.

1.3.5 Расчетный расход тепла на отопление жилых и общественных зданий

Из общего расхода тепла на 1 жителя на отопление принимается 100%, т.е.

, кВт. (1.6)

где q^max - укрупненная норма расхода тепла на 1 жителя, кВт;

m - число жителей объекта.

Жилые здания

кВт.

Расчеты остальных объектов аналогичны, поэтому сведем их в общую таблицу 1.8.

1.3.6 Расчетный расход тепла на горячее водоснабжение жилого района

Расход тепла на горячее водоснабжение жилых районов определяется по формуле:

, кВт, (1.7)

где k - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды;

а - среднесуточный расход воды на 1 жителя;

m - число жителей района.

Жилые здания

кВт.

Школа №22

кВт.

Расчеты остальных объектов аналогичны, поэтому сведем их в общую таблицу 1.8.

Таблица 1.7. Расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение промышленных зданий

Помещение	q0, Вт/(м3•К)	qв, Вт/(м3•К)	Объём здания, 10-3 м3	, кВт	, кВт	, кВт
Административный корпус	0,33	0,13	5	75,3	18,2	6,5
Цех ДВП	0,44	0,14	61	1,4•103	239	17
Фанерный цех	0,44	0,14	64	1,47•103	251	17,9
Спичечная фабрика	0,44	0,14	58	1,33•103	227	16,2
Цех ППУ	0,44	0,14	23	0,53•103	90,2	19,3
Ремонтно-механический цех	0,44	0,14	17	0,39•103	66,6	14,2
Склад готовой продукции	0,22	0,14	50	0,46•103	140	41,9
Гаражи	0,44	0,14	17	0,39•103	66,6	14,2
Клуб	0,33	0,13	3,7	55,8	13,5	4,84
Всего	-	-	298,7	6,1•103	1,1•103	152,2

Таблица 1.8. Расход тепла на отопление и горячее водоснабжение жилого района

Помещение	qmax, кВт/чел.	m, чел.	а, кг/чел.	, кВт	, кВт
1	2	3	4	5	7
Жилые здания	1,24	3500	105	4,34•103	510
Больница	1,24	130	80	161	14,4
Школа №22	1,24	850	80	1,05•103	94,4
Детский сад №29	1,24	200	80	248	22,2
Всего	-	-	-	5,8•103	642

1.4 Построение годового графика тепловой нагрузки

Минимальные расходы тепла на отопление определяются пересчетом по формуле:

, кВт. (1.8)

Минимальные расходы тепла на вентиляцию определяются пересчетом по формуле:

, кВт, (1.9)

где t_о - температура наружного воздуха в конце отопительного периода.

При t_о = -25⁰С кВт.

При t_о = -15⁰С кВт.

При t_о = -10⁰С кВт,

кВт.

При t_о = -5⁰С кВт,

кВт.

При t_о = 0⁰С кВт,

кВт.

При t_о = 5⁰С кВт,

кВт.

При t_о = 8⁰С кВт,

кВт.

Полученные данные сводим в табл. 1.9 и строим годовой график тепловой нагрузки (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Годовой график тепловой нагрузки

Таблица 1.9. Распределение тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в течение года

Кол. часов	19	71	132	235	644	1745	2022
Qв, МВт	1,11	1,11	1,11	0,91	0,71	0,52	0,4
Qгв, МВт	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Qот, МВт	11,9	10,5	9,1	7,8	6,4	5	2,8
Q, МВт	12,9	11,5	10,1	8,7	7,3	5,9	3,36

2. Назначение и общая характеристика котельной

Котельная ОАО «Борисовдрев» является производственно-отопительной - снабжает теплом собственное предприятие, промышленные предприятия города (хрустальный завод, макаронная фабрика, банно-прачечный комплекс) и жилищно-коммунальный сектор. Номинальная тепловая мощность котельной 410 ГДж/ч, общая производительность пара 145 т/ч.

В котельной установлено 5 паровых котлов:

– 1 котел ДКВР-20/23 - производительность 20 т/ч, рабочее давление 2,4 МПа, температура пара 180°С, эксплуатируется с 1974 г.;

– 1 котел ДКВР-10/23 - производительность 10 т/ч, рабочее давление 2,4 МПа, температура пара 180°С, эксплуатируется с 1976 г.;

– 1 котел БМ-45 «Р» - производительность 45 т/ч, рабочее давление 2,4 МПа, температура пара 370°С, эксплуатируется с 1966 г.;

– 1 котел ДЕ-2514 ГМ - производительность 25 т/ч, рабочее давление 1,4 МПа, температура пара 180°С, эксплуатируется с 1987 г.;

– 1 котел ТП-45 «У» - производительность 45 т/ч, рабочее давление 2,4 МПа, температура пара 400°С, эксплуатируется с 1960 г.

Топливом для котла ДКВР-10/23 служат древесные отходы, для остальных котлов - природный газ, резервное - мазут М100.

Для восполнения потерь рабочего тела используется техническая вода, которая походит предварительную химическую и термическую обработку по схеме: осветление - 2-х ступенчатое умягчение - деаэрация.

В котельной имеются две бойлерные установки:

– первая используется для подогрева воды для хозяйственно-бытовых нужд производственных цехов и жилого района;

– вторая - для отопительных нужд цехов и жилого района.

Подогрев воды на хозяйственно-бытовые нужды осуществляется до температуры 70°С, на отопление - по графику 95/70°С.

В мазутном хозяйстве котельной имеется две подземные железобетонные емкости объемом по 1000 м³ каждая, два подогревателя мазута типа ПВН-60, три мазутных насоса типа МВН-6. Давление мазута 1,92,6 МПа.

Возврат конденсата от потребителя пара - 36% (сторонние потребители пара полностью освобождены от возврата конденсата и некоторые производства ОАО по технологии работают без возврата конденсата).

Котлы вырабатывают пар давлением 1,92,1 МПа, температурой 350375°С, который используется на технологические нужды предприятия, собственные нужды котельной и для нагрева воды в системе горячего водоснабжения (см. рис. 2.1)

В технологии используется пар высокого давления - 1,9 МПа и среднего давления - 0,6 МПа. Баланс пара по котельной представлен в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Баланс пара по котельной ОАО «Борисовдрев»

	Приход, т/ч	Расход, т/ч (давление)
Отопительный период - будние дни	Котлы - 6080	Отопление и горячее водоснабжение - 1525 (0,7 МПа). Технологический пар - 57 (1,9 МПа) - 3744 (0,7 МПа). Собственные нужды котельной - 34 (0,7 МПа). Итого: 6080.
Неотопительный период - будние дни	Котлы - 4555	Горячее водоснабжение - 12 (0,7 МПа). Технологический пар - 57 (1,9 МПа) - 3743 (0,7 МПа). Собственные нужды котельной - 23 (0,7 МПа). Итого: 4555
Отопительный период - выходные и праздничные дни	Котлы - 2339	Отопление и горячее водоснабжение - 2035 (0,7 МПа). Собственные нужды котельной - 34 (0,7 МПа). Итого: 2339

2.1 Тепловая схема котельной

Тепловая схема - чертеж, на котором изображено основное и вспомогательное оборудование котельной и показана связь между этим оборудованием.

Пар от котлов ДКВР-20/23, ДКВР-10/23, БМ-35 и ТП-35 поступает на общий коллектор высокого давления, а от котла ДЕ-25/14 - на коллектор никого давления.

Далее с коллектора высокого давления часть пара идет на технологические нужды, а часть поступает на редукционно-охладительные установки РОУ-23/6, РОУ-14/6 (все производительностью 30 т/ч).

Редуцированный пар давлением 0,6ч0,7 МПа отпускается сторонним потребителям, поступает на производство ОАО «Борисовдрев» и на нужды котельной: на мазутное хозяйство, водоподогреватели и деаэратор атмосферного типа ДСА-150 (производительность 100 т/ч, емкость бака 75 м³).

Горячая вода для теплофикационных нужд приготавливается в трех бойлерных установках ПСВ-63-7-15 и четырех пароводяных подогревателях 01ОСТ 34-531.68.

В котельной установлено следующее насосное оборудование:

1) сетевые насосы:

– 2 насоса Д-320/50, производительностью 320 м³/ч с электродвигателями 55 кВт;

– 1 насос Д-320/70, производительностью 320 м³/ч с электродвигателями 75 кВт;

2) питательные насосы:

– 3 насоса ПЭ-100 с электродвигателем 320 кВт;

– насос питательный с электродвигателем 315 кВт;

– насос питательный с электродвигателем 125 кВт;

3) насосы сырой воды - 2 шт.;

4) 2 насоса горячего водоснабжения К-50/30 с электродвигателем 7,5 кВт.

Принципиальная тепловая схема котельной ОАО «Борисовдрев» изображена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Принципиальная тепловая схема котельной ОАО «Борисовдрев»

3. Расчет и анализ балансов энергии и энергии

Для расчета энергетического, а в последствии и энергетического баланса примем следующую структурную схему (рис. 3.1), построенную на базе тепловой схемы котельной, которая и будет являться исходными данными. На схеме отметим все входящие и выходящие потоки и нанесём основные параметры этих потоков.

Рис. 3.1. Структурная схема

Полный баланс энергии записывается на основе закона сохранения энергии и в общем виде представляет собой равенство входных и выходных энергетических потоков:

, (3.1)

где ,,- входные потоки энергии, вносимые в систему с материей, теплотой и работой соответственно;

,,- выходящие из системы потоки энергии с материей, теплотой и работой соответственно;

- поток теплоты между системой и окружающей средой;

- изменение энергии в нестационарной системе.

В балансе энергии, записанном в форме (3.1), не учитывается кинетическая и потенциальная энергия потоков. В нашей системе изменение потенциальной и кинетической энергии потоков пренебрежительно мало за исключением расширения потока пара на лопатках турбины. Для котельной как стационарной системы (= 0) уравнение баланса энергии (3.1) можно переписать в виде:

(3.2)

Член отсутствует, так как нигде в системе работа не вырабатывается.

Энергетическая эффективность системы на основе энергетического баланса количественно выражается энергетическим коэффициентом полезного действия, который определяется, как отношение значения полезных выходных потоков энергии к значению затраченной энергии (все входные потоки):

(3.3)

При составлении энергетического баланса проще сначала составить энергетические балансы элементов системы, рассмотренных на структурной схеме (рис. 3.1). В данной системе уравнение теплового баланса (3.2) и выражение для энергетического КПД (3.3) будут справедливы для каждого блока системы.

3.1 Энергетический баланс производства тепловой энергии

3.1.1 Энергетический баланс блока «Котлоагрегаты»

энергоснабжение теплопотребление котельная производство

Рис. 3.2. Распределение потоков энергии в блоке «Котлоагрегаты»

Здесь рассматриваются энергетические потоки котлоагрегатов.

Входные потоки (потоки материи):

- топливо - природный газ;

- воздух первичный на окисление и подсасываемый за счет разряжения в газовом тракте;

- питательная вода;

- работа в виде электроэнергии расходуемая на привод тягодутьевой системы котлов.

Выходные потоки (потоки материи):

- пар;

- уходящие дымовые газы.

Энергия топлива делится на химическую и термическую составляющую, причем последняя в технических расчетах не учитывается:

, (3.4)

где В-расход топлива, т/ч;

- низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг.

Таким образом для природного газа имеем:

Энергия нетопливных материальных потоков рассчитывается через удельную энтальпию. Таким образом, для j-го входного или выходного потока нетопливного материала можем записать:

, (3.5)

где I - энтальпия потока;

G_j - массовый расход теплоносителя, кг/с;

i_j - удельная энтальпия потока, кДж/кг.

Для воздуха, поступающего на окисление топлива, имеем:

, (3.6)

где = 293,3 кДж/кг - энтальпия воздуха [2];

Расход воздуха на окисление топлива:

, (3.7)

кг/с;

Энергия питательной воды на входе в котлы определится по формуле (3.5). На входе, имеем:

кВт,

где = 18 кг/с - расход питательной воды, берём из исходных данных;

= 544,3 кДж/кг - энтальпия питательной воды [1].

На выходе имеем пар с параметрами Р= 2,1 МПа, t= 370°C:

, кВт,

где = 18 кг/с - общий расход пара;

= 3177 кДж/кг - энтальпия пара на выходе из котлов [1].

Энтальпия уходящих дымовых газов находится по формуле:

. (3.8)

Дымовые газы из котельной выходят с температурой 130°C. Энтальпя продуктов сгорания на 1 кг топлива определяется по формуле:

. (3.9)

где: - энтальпия газов при б=1 [3].

- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха [3].

кДж/кг;

кВт.

Электрическая работа на входе в котлоагрегаты - это энергия дутьевых вентиляторов и дымососов. Для данного блока она составляет 158 кВт.

Энергия потоков тепла от ограждающих поверхностей определяется по формуле:

. (3.10)

где a = 15 Вт/(м²·°С) - коэффициент теплоотдачи со стороны стенки котла в окружающую среду [4],

Dt = t_пов - t_ос = 65 - 20 = 45 ^оС - средний температурный напор теплового потока Q_oc;

F - поверхность ограждающих конструкций, м².

О правильности составленного баланса нам скажет невязка баланса энергии - разность входных и выходных потоков энергии, которая в соответствии с законом сохранения энергии должна стремиться к нулю. Получаем ?Q = 0,94%, что удовлетворяет точности технических расчетов.

Теперь определим общий энергетический КПД котлоагрегатов по формуле (3.3), принимая за полезный выход энтальпию потока пара:

. (3.11)

Расчет энергетических балансов для блока «Котлоагрегаты» и для остальных блоков по схеме, а также общий энергобаланс производства записаны в сводных таблицах энергетических балансов (табл. 3.1 - 3.6).

Таблица 3.1. Расчет блока «Котлоагрегаты»

№	Наименование потока	Исходные данные	Расчетная зависимость	Результаты расчета
		Расход, кг/с	Энтальпия, кДж/кг		кВт	%
Входящие потоки
1	Топливо	0,96	4,8104		4,6•104	76
2	Воздух на окисление	15,2	293,3		4,5•103	7,4
3	Питательная вода	18	544,3		9,8•103	16
4	Электроэнергия	-	-	-	158	0,3
	Итого:				6,05•104	100
Выходящие потоки
1	Пар (Р=2,1МПа)	18	3,18•103		5,72•104	95
2	Уходящие газы	16,2	2•103		1,91•103	3,2
3	Потери тепла в ОС	-	-		800	1,3
	Итого:	-	-	-	6•104	100
	Невязка баланса	-	-		-	0,94

3.1.2 Энергетический баланс блока «РОУ»

Рис. 3.3. Распределение потоков в блоке «РОУ»

Таблица 3.2. Расчет блока «РОУ»

№	Наименование потока	Исходные данные	Расчетная зависимость	Результаты расчета
		Расход, кг/с	Энтальпия, кДж/кг		кВт	%
Входящие потоки
1	Пар (Р=2,1МПа)	16,3	3,18•103		5,18•104	99,7
3	Вода	1,2	125,6		151	0,3
	Итого:	-	-	-	5,19•104	100
Выходящие потоки
1	Пар (Р=0,6МПа)	17,5	2,95•103		5,17•104	98,6
3	Потери тепла в ОС	-	-		0	0
	Итого:	-	-	-	5,17•104	100
	Невязка баланса	-	-		-	0,46
	Полезный выход /к.п.д.	-	-		-	99,54

3.1.3 Энергетический баланс блока «ПСВ»

Рис. 3.4. Распределение потоков в блоке «ПСВ»

Таблица 3.3. Расчет блока «ПСВ»

№	Наименование потока	Исходные данные	Расчетная зависимость	Результаты расчета
		Расход, кг/с	Энтальпия, кДж/кг		кВт	%
Входящие потоки
1	Пар (Р=0,6МПа)	5,3	2,95•103		1,57•104	60
2	Обратная сетевая вода	36	293		1,06•104	40
	Итого:	-	-	-	2,6•104	100
Выходящие потоки
1	Прямая сетевая вода	36	628		2,26•104	86,7
2	Конденсат	5,3	632		3,35•103	12,8
3	Потери тепла в ОС	-	-		130	0,5
	Итого:	-	-	-	2,61•104	100
	Невязка баланса	-	-		-	0,5
	Полезный выход /к.п.д.	-	-		-	86

3.1.4 Энергетический баланс блока «Деаэратор»

Рис. 3.5. Распределение потоков в блоке «Деаэратор»

Таблица 3.4. Энергетический баланс блока «Деаэратор»

№	Наименование потока	Исходные данные	Расчетная зависимость	Результаты расчета
		Расход, кг/с	Энтальпия, кДж/кг		кВт	%
Входящие потоки
1	Пар (Р=0,6МПа)	1,2	2,9•103		3,54•103	42
2	Конденсат	5,3	632		3,35•103	40
3	Вода с ХВО	11,5	134		1,54•103	18
	Итого:	-	-	-	8,44•103	100
Выходящие потоки
1	Вода в котлы	18	461		8,3•103	98,6
2	Выпар	0,02	2,81		67,5	0,8
3	Потери тепла в ОС	-	-		50	0,6
	Итого:	-	-	-	8,4•103	100
	Невязка баланса	-	-		-	0,37
	Полезный выход /к.п.д.	-	-		-	98

3.1.6 Общий энергетический баланс производства тепловой энергии

Таблица 3.5. Общий энергобаланс котельной

№	Наименование входящего блока	Энергия, кВт	Итого
		Qт	Iв-х	Iд.г	Iв	Iпар	Lэл	Iк	Q	кВт	%
Входящие потоки
1	Котлоагрегаты	4,6•104	4,5•103	-	9,8•103	-	158	-	-	6•104	41
2	РОУ	-	-	-	151	5,18•104	-	-	-	5,2•104	35
3	ПСВ	-	-	-	1,06•104	1,57•104	-	-	-	2,62•104	18
4	Деаэратор	-	-	-	1,54•103	3,54•103	-	3,35•103	-	8,44•103	6
Итого	14,7•104	100
Выходящие потоки
1	Котлоагрегаты	-	-	1,91•103	-	5,72•104	-	-	800	6•104	41
2	РОУ	-	-	-	-	5,17•104	-	-	-	5,17•104	35
3	ПСВ	-	-	-	2,26•104	-	-	3,35•103	130	2,61•104	18
4	Деаэратор	-	-	-	8,3•103	67,5	-	-	50	8,5•103	6
Итого	14,6•104	100
Невязка баланса		0,6
Полезный выход /к.п.д.		98

3.2 Энергетический баланс производства тепловой энергии

Энергетический баланс системы имеет вид:

(3.12)

где ,, - входные значения энергии вещества, энергии потока и работы соответственно;

,, - выходные значения энергии вещества, энергии потока и работы соответственно;

- приращение энергии в нестационарных системах.

Неравенство (4.1) представляет собой интерпретацию 2-го закона термодинамики, и оно может быть превращено в равенство, если в его правую часть ввести значение потерь энергии внешних и внутренних:

(3.13)

Энергетическая эффективность системы на основе энергетического баланса количественно выражается энергетическим коэффициентом полезного действия, который определяется, как отношение значения полезных выходных потоков энергии к значению затраченной энергии (все входные потоки):

. (3.14)

3.2.1. Энергетический баланс блока «Котлоагрегаты»

Энергия топлива делится на химическую и термомеханическую составляющую, причем последняя в технических расчетах не учитывается, а химическая энергия природного газа определяется по той же самой формуле, что и его химическая энергия:

. (3.15)

где - высшая теплота сгорания органического топлива, определяемая по формуле:

. (3.16)

где - доля водяных паров в топливе.

Таким образом, для природного газа получаем:

, кДж/кг;

, кВт.

Энергия нетопливных материальных потоков рассчитывается через термомеханическую составляющую, если в процессах, протекающих в рассматриваемой системе, внутренняя структура материи не изменяется. Таким образом, для j-го входного или выходного потока нетопливного материала можем записать:

. (3.17)

где с_р - удельная массовая изобарная теплоемкость материала, кДж/(кгК);

G - массовый расход материала, кг/ч;

T - температура потока, К;

T₀ - температура окружающей среды (T₀=293 К).

Входная энергия воздуха, равна нулю, так как воздух находится при температуре окружающей среды.

Если параметры материального потока отличаются от его параметров в окружающей среде, то энергию рассчитываем по формуле:

. (3.18)

где - энтальпия потока при заданных параметрах, кДж/(кгК);

- энтальпия потока при нормальных условиях, кДж/(кгК);

- энтропия потока при заданных параметрах, кДж/(кгК);

- энтропия потока при нормальных условиях, кДж/(кгК);

- газовая постоянная 1 кг газа, кДж/(кгК).

- давление потока при заданных параметрах, кДж/(кгК);

- давление потока при нормальных условиях, кДж/(кгК);

Исходя из этого, энергия питательной воды, поступающей в котлоагрегаты, определяется по формуле (3.17).

Так как параметры водяного пара на выходе из котлоагрегатов отличны от его параметров при нормальных условиях, то его энергию определяем по формуле (3.18)

кВт.

Энергия дымовых газов также определяется по формуле (3.18)

, кВт.

Энергия электрической работы на входе в котельную равна её энергии.

Энергия тепловых потоков определяется по формуле

, (3.19)

где Q_о.с - тепловой поток в окружающую среду;

Т₀ = 293 К - абсолютная температура окружающей среды;

Т - абсолютная температура поверхности оборудования;

Итак: кВт.

Составив уравнение энергетического баланса определяем внутренние потери обратным балансом:

, (3.20)

Внешние потери D_e входят в выходные потоки энергии в виде суммы потоков, не используемых в дальнейшем. Так, для котла внешние потери энергии - это потери с уходящими газами и потери с поверхности футеровки. Полезным выходным потоком энергии является энергия сетевой воды. Энергетический КПД определится по формуле (3.14) и составит:

.

3.3 Анализ полученных балансов энергии и энергии

Анализируя полученные выше результаты, следует отметить, что тепловые потоки от поверхностей оборудования идут на обогрев помещения котельной. При рассмотрении путей модернизации, наибольший интерес представляет процесс дросселирования пара в РОУ от давления 1,9ч2,1 МПа до 0,6 МПа. Для уменьшения потерь нужно получать какую-либо высокопотенциальную энергию, значение энергии которой приближалось по значению к энергии дросселируемого пара. Такой энергией может быть электрическая энергия. Следовательно, необходимо установка вместо РОУ какого-либо агрегата, с помощью которого мы, расширяя пар, можем получать электроэнергию. Таким агрегатом является паровая турбина, на одном валу с которой будет находиться вырабатывающий электроэнергию генератор.

Библиография

Вукалович М.П. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара, М-Л., «Энергия», 1965, 400 с.

Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию /Под ред. Громова Н.К., Шубина Е.П., - М.: Энергоиздат, 1988. - 376 с.

Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 1982. -360 с.

Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник /Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б. и др. - М.: Стойиздат, 1988. -432 с.

Соловьёв Ю.П., Михельсон А.И. Вспомогательное оборудование ТЭЦ, центральных котельных и его автоматизация. - М., «Энергия», 1972. - 256 с. с ил.

Леонков А.М., Яковлев Б.В. Тепловые электрические станции. Дипломное проектирование. Под общ. ред. Леонкова. - Мн., «Вышейшая школа», 1978. - 232 с. с ил.

Старыкович М.А. Котельные агрегаты. - М., Госэнергоиздат, 1959. - 487 с. с ил.

Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. Учебник для студентов технических вузов. Изд. 2-е, перераб. - М., «Энергия», 1972. - 320 с. с ил.

Р.И. Эстеркин «Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование». Ленинград «Энергоатомиздат».

А.М. Леонков, А.Д. Качан Дипломное проектирование. Тепловые и атомные электрические станции. Мн.: Вышэйшая школа, 1991.

А.Д. Качан, И.В. Муковозчик Технико-экономические основы проектирования ТЭС. Мн.: Вышэйшая школа, 1983.

В.Я. Рыжкин Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1989.

Под общей ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина Тепловые и атомные электростанции: Справочник. М.: «Энергия», 1989.

Тепловой расчёт котельных агрегатов. М.: «Энергия», 1973.

А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова Электрическая часть станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1990.

Рожкова Л.Д., Козулин И.П. Электрическая часть станций и подстанций. М.: «Энергия», 1980.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1989.

Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (ПУБЭ М 0.00.1.08-96). Мн.: Проматомэнергонадзор МУС РБ БОИМ, 1997.

Правила техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей. М.: Энергоатомиздат, 1984.

Правила устройства электроустановок. М.: «Энергия», 1984.

Правила пожаробезопасности для энергетических предприятий. РД 34.03.30 - М.: Энергоатомиздат, 1988.

Щицман М.Е. Нейтрально-кислородный режим на энергоблоках СКД - М.: Энергоатомиздат, 1983.

А.П. Вукалович «Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара». Москва «Энергия».

М.А. Михеев, И.М. Михеева «Основы теплопередачи». Москва «Энергия».

Н.Б. Либерман, М.Т. Нянковская «Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения». Москва «Энергия».

Р.И. Эстеркин «Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование». Ленинград «Энергоатомиздат».

О.П. Королёв, В.Н. Радкевич, В.Н. Сацукевич «Электроснабжение промышленных предприятий». Минск БГПА.

«Электрическая часть станций и подстанций» под. ред. Н.А. Васильева Москва «Энергоатомиздат».

Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я. Берзиныш «Производственные и отопительные котельные». Москва «Энергоатомиздат».

Размещено на Allbest.ru