ЭБТ Курсач. Курсовая_работа_РусяевВН(ТФ-05-19) (2). Курсовая работа по дисциплине экологически безопасные технологии на тэс

Название	Курсовая работа по дисциплине экологически безопасные технологии на тэс
Анкор	ЭБТ Курсач
Дата	13.10.2022
Размер	174.67 Kb.
Формат файла
Имя файла	Курсовая_работа_РусяевВН(ТФ-05-19) (2).docx
Тип	Курсовая #730992

ФГБОУ ВО

«НИУ «МЭИ»

Кафедра Тепловых электрических станций
КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ТЭС

РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ПГУ-КЭС С ОДНОКОНТУРНЫМ КОТЛОМ-УТИЛИЗАТОРОМ. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ГАЗОВОЗДУХОПРОВОДОВ ПГУ

Выполнил (а):
Студент :	Русяев Вячеслав Николаевич
Группа :	ТФ- 05-19

Раздел	1.1	1.2	1.3	2.1	2.2	2.3
Преподаватель	Олейникова Е.Н.
Принято на проверку
Зачтено
Допущено к защите (дата/подпись)

Москва 2022

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. Расчёт принципиальной тепловой схемы ПГУ-КЭС……..……...3

Описание и схема установки…………………………..……………..5
Расчёт теплофизических свойств газов………………………………7
Учет влияния аэродинамического сопротивления КУ на параметры выхлопных газов ГТУ …………………………………..….………...8
Расчет тепловых балансов элементов КУ ….………….……...……..8
Расчет паротурбинной установки в составе ПГУ-ТЭС…..…….….15
Расчет основных энергетических показателей……………….………...18
Выводы по разделу 1…………………………………………………20

Расчет принципиальной тепловой схемы ПГУ-КЭС с одноконтурным котлом-утилизатором
Исходные данные:

№	Наименование	Обозн.	Величина
1	Вид сжигаемого топлива	-	Н.Новгород-Иваново-Череповец
2	Тип КУ	-	Вертикальный
3	Компоновка схемы	-	Дубль
Характеристики энергетической ГТУ
4	Электрическая мощность ГТУ(авт. режим), МВт		57
5	КПД производства электроэнергии (авт. режим), %		38
6	Массовый расход выходных газов ГТУ, кг/с		126.11
7	Температура выходных газов ГТУ, °С		602
8	Избыток воздуха в выходных газах ГТУ		2.38
Характеристика ПГУ-ТЭС
9	Давление перегретого пара, Мпа		4.5
10	Недогрев на горячем конце пароперегревателя, °С		20
11	Температурный напор на холодном конце испарителя, °С		15
12	Запас от вскипания жидкости в экономайзере, °С		9
13	Температура уходящих газов КУ, °С		80
14	Температура конденсата (воды) на входе в КУ, °С		55
15	Рабочее давление в деаэраторе, МПа		0.12
16	Температура обратной сетевой воды, °С		45
17	Температура прямой сетевой воды, °С		78
18	Давление пара в конденсаторе ПТУ, кПа		5.5
19	Установка ГПК/ПНД	-	ГПК
Характеристики ПГУ
20	Доля расхода электроэнергии на собственные нужды в схеме ПГУ, %		2

Расчетные характеристики данного газотурбинного топлива:

Состав газа по объему, %								Низшая теплота сгорания		Плотность при норм. усл.
							,		,
98.99	0.25	0.04	0.02	0.0	0.1	0.6	35.75		8539	0.725

1.1. Тепловая схема и тепловой расчет ПГУ-ТЭС.

1.1.1Описание принципиальной тепловой схемы парогазовой ТЭС с одноконтурным котлом-утилизатором (КУ) с газовым подогревателем конденсата (ГПК) и газоводяным теплообменником (ГВТО).

Газотурбинные установки используются в различных вариантах тепловых схем ГТУ. Наиболее распространенной является парогазовая установка, в которой теплота выхлопных газов ГТУ используется в котле-утилизаторе для генерации пара, последний направляется в паротурбинную установку для выработки дополнительного числа электроэнергии.

Рабочим телом в ГТУ является воздух, забалластированный продуктами сгорания топлива. Воздух, пройдя через комплексный воздухоочиститель (КВОУ) для очистки от примесей и лишней влаги, проходит через компрессор, приобретая нужные параметры, и попадает в камеру сгорания, где смешивается с продуктами сгорания топлива, и затем эта газовая смесь подается на газовую турбину, где совершает работу.

Выходные газы после газовой турбины попадают в котел-утилизатор. В нем происходит использование значительной части выхлопных газов ГТУ. Проходя через поверхности котла-утилизатора, в числе которых пароперегреватель (Пе), испаритель (И), экономайзер (ЭК), газовый подогреватель конденсата (ГПК) и газоводяной теплообменник (ГВТО), образуется пар, который направляется на паровую турбину ПТ для выработки дополнительной электроэнергии. Отработавший в ПТ пар конденсируется и с помощью насоса подается в КУ.

Рисунок 1.1 – Принципиальная тепловая схема парогазовой ТЭС

КВОУ-комплексный воздухоочиститель, ЭГ-электрогенератор, ПЕ-пароперегреватель, И-испаритель, ЭК-экономайзер, ГПК-газовый подогреватель конденсата, ГВТО-газоводяной теплообменник, НР-насос рециркуляции, Д-деаэратор, ПН-питательный насос, ПТ-паровая турбина, К-конденсатор, КН-конденсатный насос, СП-сетевой подогреватель, Б-барабан

1.1.2 Расчет теплофизических свойств газов

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 нм³ сухого газообразного топлива:

м³/м³

Объемный состав продуктов сгорания газообразного топлива (м³/м³) определяется по формулам:

Полный относительный объем продуктов сгорания газового топлива:

Расчет объемных долей продуктов сгорания:

%

Параметр

для газовой смеси известного состава:

Молекулярная масса продуктов сгорания:

1.1.3Учет влияния аэродинамического сопротивления КУ на параметры выхлопных газов ГТУ

Примем дополнительное аэродинамическое сопротивление на выхлопе ГТУ за счёт установки КУ:

.

Относительная величина потери давления на выхлопе турбины:

Коэффициент повышения температуры:

Температура продуктов сгорания на выходе из турбины, работающей с КУ:

Коэффициент снижения мощности и КПД:

Мощность ГТУ с котлом утилизатором:

КПД ГТУ с котлом-утилизатором:

1.1.4 Расчет тепловых балансов элементов КУ

Температура перегретого пара:

.
Пусть гидравлическое сопротивление пароперегревателя:

.

Давление в барабане КУ:

.

Температура насыщения в барабане (WSP):

.

Температура на выходе из экономайзера:

.

Пусть давление воды на выходе из экономайзера:

.

Температура газов на выходе испарителя:

.

Уравнения теплового баланса для перегревателя и испарителя:

(1)
(2)

где

– энтальпия газов на входе в КУ,

– энтальпия газов за перегревателем,

– энтальпия газов за испарителем,

– энтальпия перегретого пара,

– энтальпия насыщенного пара в барабане,

– энтальпия воды на выходе из экономайзера,

– расход перегретого пара,

– коэффициент рассеивания теплоты в КУ.
Cложим (1) и (2):

Энтальпия газов на входе в КУ (

;

.

Энтальпия газов за испарителем:

;

.
Энтальпия перегретого пара:

.

Энтальпия на выходе из экономайзера:

.

Расход перегретого пара:

.
Энтальпия насыщенного пара в барабане:

.

Энтальпию газов за перегревателем (из уравнения (1) ):

.

Температура газов за перегревателем :

;

.

Уравнение теплового баланса для экономайзера:

где

– энтальпия газов за экономайзером,

– энтальпия воды за питательным насосом.

Температура насыщения в деаэраторе:

Примем нагрев воды в питательном насосе, равным 5 ℃. Тогда температура воды за питательным насосом:

Примем давление воды за питательным насосом:

Энтальпия воды за питательным насосом (WSP):

Энтальпия газов за экономайзером:

Температура газов за экономайзером:

;

Запишем уравнение теплового баланса деаэратора:

где

– энтальпия отбора пара на деаэратор,

– энтальпия приходящей в деаэратор воды,

– энтальпия насыщения на линии воды в деаэраторе,

– расход среды в деаэраторе.

Пусть давление пара отбора на деаэратор :

.

Пусть предварительный КПД ступени низкого давления проточной части паровой турбины:

.

Энтропия перегретого пара:

.

Энтропия пара отбора на деаэратор при идеальном процессе в ПТ:

.

Энтальпия пара отбора на деаэратор при идеальном процессе в ПТ:

.

Определим энтальпию пара отбора на деаэратор в реальном процессе :

Энтропия пара отбора на деаэратор в реальном процессе:

.

Пусть температура воды, приходящая в деаэратор:

.

Пусть теплоемкость воды, приходящая в деаэратор:

.

Энтальпия воды, приходящей в деаэратор:

.

Энтальпия насыщения на линии воды в деаэраторе:

.
Выразим расход среды в деаэраторе:

.

Расход конденсата:

Уравнение теплового баланса ГПК:

Поскольку минимальная температура конденсата на входе в ГПК

, то необходимо применить рециркуляцию.

Давление за конденсатным насосом:

Подогрев конденсата в конденсатном насосе:

Уравнение теплового баланса для точки смешения:

Расход конденсата на рециркуляцию:

По h₄ =

кДж/кг, μ_г=

и β_г = 1.23 находим:

Уравнение теплового баланса для ГВТО:

где

– энтальпия уходящих газов,

– энтальпия прямой сетевой воды,

– энтальпия на входе в ГВТО,

– расход воды в ГВТО.

Энтальпия уходящих газов :

;

.

Теплоемкость сетевой воды по средней температуре прямой и обратной сетевой воды :

.

Энтальпия прямой сетевой воды:

.

Энтальпия на входе в ГВТО:

.

Расход воды в ГВТО:

.

Найдем тепловые потоки в поверхностях нагрева КУ.

Тепловой поток в перегревателе:

.

Тепловой поток в испарителе:

.

Тепловой поток в экономайзере:

.

Тепловой поток в ГПК

.

Тепловой поток в ГВТО

.

Суммарный тепловой поток:

Таблица 1.1 – Результаты теплового расчета КУ

Поверхность нагрева	Температура дымовых газов,		Температура воды/пара,		Тепловой поток,
Поверхность нагрева	вход	выход	вход	выход	Тепловой поток,
Перегреватель	606.849	499.93	260.1		18871
Испаритель	499.93	275.1	260.1	260.1	32133
Экономайзер	275.1	187.9	104.8	251.1	12187
ГПК	187.9		55	95.8	4174
ГВТО		80	55	78	10426

Рисунок 1.2 Q-T диаграмма ПГУ-ТЭС с основными результатами теплового расчета
1.5 Расчет паротурбинной установки в составе ПГУ-ТЭС

Уточним принципиальную тепловую схему ПТУ. Конденсационная паровая турбина – одноцилиндровая, разделена на часть высокого давления (ЧВД) и часть низкого давления (ЧНД). Имеет два отбора из ЧНД: на деаэратор и на ГПК.

Примем разделительное давление ЧВД и ЧНД:

.

Рассчитаем процесс расширения в ЧВД.

Примем потери давления после БК:

.

Давление и температура пара на входе в ЧВД:

.

Энтальпия и энтропия пара на входе в ЧВД:

.

Найдем теоретические энтальпию и температуру расширения пара в ЧВД:

.

Изоэнтропийный теплоперепад ЧВД:

.

Удельный объем пара в начале ЧВД:

.

Удельный объем пара в конце ЧВД:

.

Средний удельный объем пара ЧВД:

.

Внутренний относительный КПД ЧВД турбины:

Теплоперепад ЧВД в первом приближении:

.

Энтальпия расширения пара в ЧВД:

.

Температура и энтропия расширения пара в ЧВД:

Рассчитаем процесс расширения в ЧНД.

Определим теоретические энтальпию, температуру и удельный объем пара расширения в ЧНД:

.

Объёмный расход пара в турбине:

Изоэнтропийный теплоперепад ЧНД:

.

Изоэнтропийный теплоперепад ЧНД в области влажного пара по построенной диаграмме:

.

Примем коэффициент учета влияния средней влажности на величину внутреннего относительного КПД ЧНД турбины:

Влажность пара в начале расширения в ЧНД:

Примем влажность пара в конце расширения в ЧНД:

.

Поправочный коэффициент влажности пара:

.
Внутренний относительный КПД ЧНД турбины:

Теплоперепад ЧНД:

Энтальпия расширения пара в ЧНД:

.

Температура и энтропия расширения пара в ЧНД:

.

Построим процесс расширения в ЧНД в h,s-диаграмме (рисунок 1.4).

Определим электрическую мощность паротурбинной установки:

, где произведение механического КПД и КПД электрогенератора, соответственно, принимаем

Рисунок 1.3 «h-s диаграмма расширения пара в турбине»

1.6 Расчет основных энергетических показателей

Электрическая мощность ПГУ-ТЭС:

.

Расход топлива в камеру сгорания ГТУ:

.

Параметры газов при температуре наружного воздуха:

температура:

;

𝜇h_н= 592,7;

энтальпия:

КПД котла-утилизатора:

КПД по производству электроэнергии (брутто):

КПД по производству электроэнергии (нетто):

Коэффициент использования теплоты топлива:

Удельный расход условного топлива (брутто) на единицу вырабатываемой электроэнергии:

.

Удельный расход условного топлива (нетто) на единицу вырабатываемой электроэнергии:

.

Удельный расход условного топлива на единицу вырабатываемой тепловой энергии:

.
Таблица 1.2 – Основные энергетические показатели ПГУ-ТЭС

Наименование	Размерность	Значение
Электрическая мощность ПГУ-ТЭС Мощность ГТУ Мощность ПТУ	МВт МВт МВт	160.154 56.072 48.010
Тепловая мощность ГВТО	МВт
Расход топлива на ГТУ	кг/с
Коэффициент использования теплоты топлива	%	56.88
КПД по производству электрической энергии (брутто)	%	55.38
КПД по производству электрической энергии (нетто)	%	54.27
КПД по производству тепловой энергии	%
Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии (брутто)	г/кВт∙ч
Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии (нетто)	г/кВт∙ч
Удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии	кг/Гкал

1.7 Выводы по разделу 1

В первом подразделе составили и дали описание принципиальной тепловой схемы парогазовой ТЭС с одноконтурным котлом-утилизатором. Выполнили расчет теплофизических свойств газов ГТУ, оценили влияние аэродинамического сопротивления котла-утилизатора на параметры выхлопных газов ГТУ и получили мощность ГТУ с котлом-утилизатором. Выполнили расчет тепловых балансов элементов котла-утилизатора и составили Q-t диаграмму. Определили величину тепловой нагрузки для каждого из элементов одноконтурного котла-утилизатора и заполнили таблицу 1.1, получили общую тепловую нагрузку.

Во втором подразделе составили принципиальную тепловую схему паротурбинной установки, рассчитали величины внутреннего относительного КПД ЧВД и ЧНД паровой турбины и построили процесс расширения пара в ПТ в h,s-диаграмме, уточнив энтальпию отбора пара. Составили энергетическое уравнение паротурбинной установки и определили ее электрическую мощность. Определили энергетические показатели ПГУ ТЭС и получили общую электрическую мощность ПГУ-ТЭС.