тэп контрольная. Институт механики и энергетики
 Скачать 0.53 Mb.
|
 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.П. ОГАРЁВА» (ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва») Институт механики и энергетики Кафедра теплоэнергетических систем ОТЧЁТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2 по дисциплине: Автономные источники энергии Автор отчёта о лабораторной работе ______________________А. О. Жданкина подпись, дата Обозначение лаборатоной работы ЛР–02069964–13.03.01–72–22 Направление подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника Руководитель работы ст. преп. _______________________А. В. Ениватов подпись, дата Саранск 2022 Содержание Определение среднесуточных и среднегодовых энергетических нагрузок иэнергопотребления ....................................................................................................... 3 1.1 Определение среднесуточных и среднегодовых электрических нагрузок и энергопотребления ............................................................................................................................. 3 1.2 Определение среднесуточных и среднегодовых тепловых нагрузок и теплопотребления ................................................................................................................................... 5 Выбор основного оборудования теплоэлектростанции.................................... 8Определение удельного и валового расхода топлива .................................... 14ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................... 18 1 Определение среднесуточных и среднегодовых энергетических нагрузок и энергопотребления1.1 Определение среднесуточных и среднегодовых электрических нагрузок и энергопотребления Энергетическая нагрузка в смену  , кВт, определяется по формуле:  , (1) где  – полная максимальная электрическая мощность потребителей, кВт; 𝑘𝑖𝑛 – коэффициент загрузки максимальной мощности в i-тую смену. Электрическая мощность в первую смену: 𝑁эл𝑖𝑛 = 1200 ∙ 0,5 = 600 кВт. Электропотребление в первую смену,  , определяется по формуле:  , (2) где  – продолжительность смены, ч (принимается 8).  . Аналогичным образом производится расчёт электрической мощности и электропотребления для 2-ой и 3-ей смены. Полученные данные сводятся в таблицу 1.1. Годовое электропотребление в i-тую смену определяется как:  , (3) где  – продолжительность года, сут (принимается 351).  . Таблица 1.1 - Электрическая мощность и электропотребление по сменам
На рисунке 1.1 изображен построенный по полученным результатам суточный график электрической мощности.
Рисунок 1.1 – Суточный график электрической мощности Определение среднесуточных и среднегодовых тепловых нагрузок и теплопотребленияСреднесуточная тепловая нагрузка на отопительные цели наиболее холодного месяца,  определяется по формуле:  , (4) где  – максимальная тепловая нагрузка на отопление, Гкал/ч;  – расчетная тепловая нагрузка наружного воздуха,  ; 𝑡вн – температура внутреннего воздуха,  (принимается 16-25);  – температура наиболее холодного воздуха,  .  . Средняя отопительная тепловая нагрузка,  определяется по формуле:  , (5) где  – средняя температура за отопительный период,  .  Теплопотребление на цели отопления за год,  определяется по формуле:  , (6) где 𝑧от – продолжительность отопительного периода (209 суток).  Тепловая нагрузка ГВС в i-тую смену, QinГВС, Гкал/ч определяется по формуле:  , (7) где QinГВС – средняя за i-тую смену тепловая нагрузка, Гкал/ч; QмГВС – максимальная тепловая нагрузка на ГВС, Гкал/ч; kin – коэффициент загрузки за i-тую смену. Q1ГВС = 2 ∙ 0,8 = 1,6 Гкал/ч; Q2ГВС = 2 ∙ 1 = 2 Гкал/ч; Q3ГВС = 2 ∙ 0,8 = 1,6 Гкал/ч. Среднесуточная тепловая нагрузка ГВС за i-тую смену, QсутГВС, Гкал определяется по формуле:  , (8)    . Теплопотребление на цели ГВС за год  по формуле:  , (9) QгодГВС = (12,8 + 16 + 12,8) ∙ 351 = 14601,6 Гкал/год. По полученным результатам строится график суммарной тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение, представленный на рисунке 1.2.
4 3.5 3 2.5 2 Q 1.5 1 0.5 0 0 4 8 12 16 20 24 Время смены, t Q ГВС ∑Q Q(o) Рисунок 1.2 – График суммарной тепловой нагрузки на отопление и ГВС Выбор основного оборудования теплоэлектростанцииМини-ТЭЦ конструируются на базе двигателей внутреннего сгорания работающих по циклу Отто. В них, по ходу движения выхлопных газов после ДВС, смазочного масла и охлаждающей воды из «рубашки» корпуса ДВС, устанавливаются теплообменники-утилизаторы. В этих аппаратах, для теплоснабжения потребителей предусматривается использование: 1. Теплоты выхлопных газов после ДВС; Теплоты охлаждающей воды из «рубашки» корпуса ДВС; Теплоты охлаждения смазочного масла. Для мини-ТЭЦ с турбонаддувом также может использоваться теплота сжатого воздуха. Электроэнергия для потребителей вырабатывается генераторами ДВС. Электрическая энергия от генераторов ДВС может производится с напряжением 0,4 кВ или 6-10 кВ. Как правило, тепловая энергия от мини-ТЭЦ отпускается в виде нагретой сетевой воды с температурным потенциалом 90 - 105 °C и применяется для отопления и горячего водоснабжения потребителей. Расчеты показывают, что с 1 МВт электрической мощности мини-ТЭЦ получается до 1,5 МВт (1,29 Гкал/ч) тепловой мощности. Из них: 1. 45 - 50 % от утилизации теплоты выхлопных газов; 2.44 - 34 % от использования теплоты охлаждающей воды из «рубашки» корпуса ДВС; 6 - 8 % от утилизации теплоты наддувного (сжатого) воздуха; 5 - 8 % от использования теплоты смазочного масла. Электрический КПД мини-ТЭЦ на базе ДВС составляет, в среднем, 33 - 40%. Общий коэффициент полезного действия (электрический и тепловой) для этих мини-ТЭЦ достигает 82- 89%. На российском рынке представлены мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания электрической мощностью от 9 кВт до 3,9 МВт и тепловой мощностью от 0,02 до 3,6 Гкал/ч. Энергоблоки на базе ДВС поставляются в блочно-модульном исполнении для стационарной установки или в транспортабельных контейнерах. Кроме того, часто применяются специальные кожухи, поглощающие шум. Условия, обеспечивающие максимизацию эффекта от использования технологии мини- ТЭЦ на базе ДВС: Мини-ТЭЦ на базе ДВС перспективны в качестве основного источника выработки электроэнергии и теплоты на объектах жилищно- коммунального хозяйства (с электрическими и тепловыми нагрузками 0,3... 15 МВт): в жилых и общественных зданиях, торговых и спортивных комплексах, гостиницах, санаториях, пансионатах. Мини-ТЭЦ на базе ДВС целесообразно использовать в качестве пикового или резервного источника энергоснабжения на промышленных предприятиях с резко переменными электрическими нагрузками. Кроме дизельных двигателей внутреннего сгорания, в качестве основы для мини-ТЭЦ часто используются газовые (газопоршневые) и газодизельные ДВС. Газопоршневые мини-ТЭЦ работают только на одном газовом топливе. Газодизельные мини-ТЭЦ, как правило, эксплуатируются на смеси газа и небольшого количества (3...10%) дизельного топлива. По капитальным затратам наиболее дешевыми являются дизельные миниТЭЦ. Однако, из-за дороговизны дизельного топлива, большего расхода масла и высоких эксплуатационных затрат себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии оказывается в несколько раз выше, чем у газовых установок. Таким образом, дизельные мини-ТЭЦ лучше использовать в негазифицированных районах. Электрическая энергия, вырабатываемая газодизельными мини-ТЭЦ, также дороже той, что производят установки на чистом газе. В сравнении с ГТУ-ТЭЦ, мини-ТЭЦ на базе ДВС имеют следующие преимущества: Более высокий электрический и общий КПД и меньшая его зависимость от изменения нагрузок и температуры наружного воздуха; Меньший удельный расход топлива на выработку 1 кВт-ч электрической энергии; Больший полный ресурс установок; Для мини-ТЭЦ на базе ДВС требуется значительно меньшее давление топлива. Однако, у мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания, меньше количество и более низкий потенциал производимой теплоты. Также больше вредные выбросы в окружающую среду по сравнению с газотурбинными установками. На рисунке 2.1 представлен полученный в первом разделе суточный график электрической мощности.
Рисунок 2.1 – Суточный график электрической мощности По максимальной загруженности оборудования 2-й смены в период с 8 до 16 часов выбираем единичный типоразмер агрегата с соответствующей электрической мощностью. Согласно рынку представленного оборудования, выбираем агрегат 2G-AVUS-500 B, производства Германия с электрической мощностью 637 кВт, в количестве 2 штук. Основные технические характеристики Мини- ТЭЦ на базе ДВС 2G-AVUS-500 B представлены в таблице 2.1 Таблица 2.1 – Основные технические характеристики Мини-ТЭЦ на базе ДВС 2G-AVUS-500 B
515,25 Согласно выбранному оборудованию и полученным данным строим совмещенный график изменения суммарной тепловой нагрузки предприятия и тепловой нагрузки выбранного агрегата, который представлен на рисунке 2.2. Из рисунка 2.2 видно, что 3 смены выбранный агрегат имеет недостаточную тепловую мощность для покрытия суммарной тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения. В связи с этим, целесообразно использовать дополнительные пиковые котлы, которые могут покрыть часть недостающей тепловой мощности. Недостающие мощности по сменам сведены в таблицу 2.2. Таблица 2.2 – Недостающие мощности по сменам
 Рисунок 2.2 – Совмещенный график суммарной тепловой нагрузки предприятия и выбранного агрегата Из графика видно, что для покрытия недостающей тепловой мощности, с учетом расхода тепла в наиболее холодный месяц, необходимо дополнительно вырабатывать около 2,7 Гкал/ч, то есть необходимы водогрейные котлы с тепловой суммарной мощностью не менее 3137,9 кВт. Согласно проработанному рынку выбираем стальной водогрейный котел Ferroli TP3 LN 3200 0REU00XA с тепловой мощностью 3200 кВт в количестве 1 штука. Основные технические характеристики котла приведены в таблице 2.3. Таблица 2.3 – Основные технические характеристики водогрейного котла Ecomax N 150
Водогрейный двух топливный жаротрубный стальной котел с реверсивной тупиковой топкой. Котел имеет отбортованную трубную решету и топку с выпуклым днищем. Для интенсификации теплообмена все трубы конвективной поверхности оснащаются турбулизаторами из жаропрочной стали. Изоляция фронтальной двери выполнена из фиброкерамики. Конструкция котла позволяет не устанавливать взрывной предохранительный клапан. Рабочее давление 6 бар. Максимальная температура на выходе из котла - 110°С. Температура воды на входе в котел должна быть не менее 55°С. Расчетный КПД котла составляет 92%. Определение удельного и валового расхода топливаСкорость расхода топлива за i-тую смену в газопоршневой установке  , м3/ч, рассчитывается по формуле:  , (10) где  – электрическая мощность потребитель в i-тую смену, кВт;  – удельный расход топлива в газопоршневой установке, м3/кВт ∙ ч.  ,  ,  . Скорость расхода топлива за в i-тую смену в котельной  , м3/ч, рассчитывается по формуле:  ,(11) где  – суммарная тепловая нагрузка на отопление и горячее водоснабжение в i-тую смену, Гкал/ч;  – удельный расход топлива в котельной, м3/Гкал. Удельный расход топлива в котельной  , рассчитывается по формуле:  ,(12) где η – расчетный КПД котла (принимается равным 0,92).     Расход топлива в газопоршневой установке за i-тую смену  , м3, рассчитывается по формуле:  , (13) где 𝑛𝑖 – продолжительность i-той смены, ч (принимается 8).  ,  ,  . Расход топлива в котельной за i-тую смену  , м3, рассчитывается по формуле:  , (14)  ,  ,  . Расход топлива по предприятию за i-тую смену  , рассчитывается по формуле: 𝐵пр𝑖 = 𝐵гпу𝑖 + 𝐵см𝑖 , (15)  ,  ,  . Расход топлива в целом по предприятию 𝐵𝑐 , м3, рассчитывается по формуле:  , (16) 𝐵𝑐 = 11374,32 + 19026,96 + 10177,36 = 40578,64 м3. Расход топлива 𝐵𝑧, м3/год, в целом по предприятию за год определяется по формуле: 𝐵𝑧 = 𝐵𝑐 ∙ 𝑧, (17) где z – продолжительность года ( принимается равным 351 сутки). 𝐵𝑧 = 40578,64 ∙ 351 = 14243102,64 м3/год. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной контрольной работе мы выбрали и рассчитали мини-ТЭЦ на базе двигателя внутреннего сгорания. Определили среднесуточные и среднегодовые энергетические нагрузки, и электропотребление. Выбрали основное оборудование теплоэлектростанции, как агрегат 2G Avus 500b с электрической мощностью 637 кВт в количестве 2 штук и стальной двухтопливный водогрейный котёл Ferroli TP3 LN 3200 0REU00XA с тепловой мощностью 3200 кВт. Определили удельный и валовый расход топлива. Построили графики суточной электрической мощности, суммарной тепловой нагрузки на отопление и ГВС и совмещенный график суммарной нагрузки предприятия и выбранного агрегата. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кВт 
N