Расчет котла утилизатора КУ-40

Содержание

Введение

Глава 1. Технические основы применения котлов-утилизаторов в составе ПГУ на российских ТЭС

1.1. Концепция утилизации теплоты отходящих газов в современной энергетической стратегии России

1.2. Конструктивное устройство и классификация котлов-утилизаторов серии КУ

1.3. Нормативно-техническое регулирование эксплуатации утилизационного оборудования согласно стандартам Ростехнадзора

Глава 2. Проектный тепловой расчет и верификация параметров КУ-40

2.1. Определение параметров газового потока и теплового баланса агрегата

2.2. Расчет теплопередающих поверхностей и температурного графика процесса

2.3. Анализ эффективности работы котла при различных режимах нагрузки газотурбинной установки

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Расчет котла-утилизатора КУ-40

ВВЕДЕНИЕ

Современная энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года акцентирует внимание на необходимости повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и снижения удельных выбросов загрязняющих веществ при производстве электрической и тепловой энергии. В этом контексте приоритетное значение приобретает развитие парогазовых установок (ПГУ), где ключевым элементом является котел-утилизатор, обеспечивающий использование теплоты уходящих газов газотурбинной установки для генерации пара и повышения общего КПД энергоблока до 58-60%. Котлы-утилизаторы серии КУ, разработанные российскими машиностроительными предприятиями совместно с научно-исследовательскими институтами, представляют собой высокотехнологичное оборудование, соответствующее требованиям экологической безопасности и энергоэффективности [3, c. 45].

Актуальность темы обусловлена интенсификацией процессов модернизации российских тепловых электрических станций путем перевода конденсационных блоков в парогазовый цикл, что требует детального проектирования и адаптации котлов-утилизаторов к конкретным характеристикам газотурбинных установок и параметрам сетевого пара. Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе достаточно высока: фундаментальные исследования представлены в трудах НИУ «МЭИ», АО «НПО ЦКТИ», ПАО «Интер РАО», однако практические аспекты проектного теплового расчета котлов-утилизаторов малой и средней мощности остаются востребованными для инженерной практики [7, c. 112].

Цель курсовой работы – выполнить проектный тепловой расчет котла-утилизатора КУ-40 для обоснования его технических параметров и эффективности работы в составе парогазовой установки.

Задачи исследования:

• изучить концептуальные основы утилизации теплоты отходящих газов в современной энергетической практике России;
• систематизировать конструктивные особенности и классификацию котлов-утилизаторов серии КУ;
• определить параметры газового потока и составить тепловой баланс агрегата КУ-40;
• рассчитать теплопередающие поверхности испарительного, пароперегревательного и экономайзерного контуров котла;
• проанализировать эффективность работы котла-утилизатора при переменных режимах нагрузки газотурбинной установки.

Объект исследования – котел-утилизатор КУ-40 в составе парогазовой установки тепловой электрической станции.

Предмет исследования – тепловые и конструктивные характеристики котла-утилизатора, определяющие его энергетическую эффективность.

Методологическая база: теоретическую основу составляют положения технической термодинамики, теории теплообмена и аэродинамики; расчетные методы базируются на нормативном методе теплового расчета котельных агрегатов (СП 89.13330.2016, ГОСТ Р 55173-2012); нормативно-техническая база включает Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ (Приказ Минэнерго России № 229).

Научная новизна заключается в детализации расчета температурного графика процесса утилизации теплоты для конкретного типоразмера котла КУ-40 с учетом фактических характеристик уходящих газов отечественных газотурбинных установок.

Теоретическая значимость состоит в систематизации современных методов расчета котлов-утилизаторов применительно к российской нормативной базе. Практическая значимость определяется возможностью использования результатов расчета при проектировании и модернизации ПГУ на российских ТЭС.

Структура работы: введение, две главы основной части, заключение, список использованной литературы.

ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОТЛОВ-УТИЛИЗАТОРОВ В СОСТАВЕ ПГУ НА РОССИЙСКИХ ТЭС

1.1. Концепция утилизации теплоты отходящих газов в современной энергетической стратегии России

Энергетическая стратегия Российской Федерации, утвержденная распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 года № 1523-р, определяет стратегические ориентиры развития электроэнергетики до 2035 года, среди которых приоритетное место занимает повышение эффективности использования органического топлива и снижение удельных выбросов парниковых газов на единицу производимой энергии. В этом контексте парогазовые технологии рассматриваются как магистральный путь модернизации тепловых электрических станций, обеспечивающий достижение КПД энергоблоков на уровне 58-60% при работе на природном газе, что на 15-20 процентных пунктов выше показателей традиционных паротурбинных установок [1, c. 23]. Котлы-утилизаторы выполняют ключевую функцию в структуре ПГУ, осуществляя утилизацию теплоты уходящих газов газотурбинных установок с температурой 500-600 °C и обеспечивая генерацию перегретого пара для паровой турбины.

Концепция утилизации теплоты базируется на принципе последовательного преобразования энергии: первичное преобразование химической энергии топлива в механическую работу происходит в газотурбинной установке (ГТУ) по циклу Брайтона с выработкой электрической энергии в электрогенераторе; вторичное преобразование остаточной теплоты отходящих газов реализуется в котле-утилизаторе, где организуется парогенерация по циклу Ренкина для привода паровой турбины. Такая комбинированная схема позволяет существенно повысить термодинамическую эффективность станции, поскольку потери теплоты с уходящими газами минимизируются до уровня 80-120 °C на выходе из котла-утилизатора [4, c. 67]. Исторически первые парогазовые установки в СССР были введены в эксплуатацию на Невинномысской ГРЭС в 1960-х годах, однако широкое распространение технология получила лишь в конце 1990-х – начале 2000-х годов в связи с возрастанием требований к экономичности и экологичности производства электроэнергии.

Нормативно-техническое регулирование проектирования и эксплуатации котлов-утилизаторов осуществляется на основе комплекса документов, среди которых базовыми являются СП 89.13330.2016 «Котельные установки» (актуализированная редакция СНиП II-35-76), ГОСТ Р 55173-2012 «Котлы-утилизаторы. Общие техни

…