Проектирование и расчёт котла-утилизатора (КУ) для газотурбинной установки (ГТУ) средней мощности (10–25 МВт) с выбором схемы теплоснабжения

Содержание

Введение

Глава 1. Технико-технологическое обоснование применения котлов-утилизаторов в российской теплоэнергетике

1.1. Роль распределенной когенерации в структуре ЕЭС России и требования ГОСТ Р 55173-2012 к котельным установкам

1.2. Обзор технических решений отечественных заводов-изготовителей (ЗиО-Подольск, Силовые машины) в сегменте ГТУ средней мощности

Глава 2. Расчетно-аналитическая часть проектирования теплогенерирующего узла

2.1. Тепловой баланс и определение конструктивных параметров газоходов и трубных пучков котла-утилизатора

2.2. Расчет параметров сетевой воды и выбор схемы подключения потребителей согласно СП 41-101-95

Глава 3. Эксплуатационная надежность и оптимизация режимов теплоснабжения

3.1. Разработка регламента технического обслуживания и системы автоматизации теплового пункта на базе КУ

3.2. Анализ технико-экономических преимуществ выбранной схемы теплоснабжения в условиях сезонного колебания нагрузок

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Проектирование и расчёт котла-утилизатора для газотурбинной установки средней мощности с выбором схемы теплоснабжения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы обусловлена стратегическими приоритетами развития отечественной теплоэнергетики, закрепленными в Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года, предусматривающей переход к высокоэффективным технологиям комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Распределенная когенерация на базе газотурбинных установок средней мощности с котлами-утилизаторами обеспечивает коэффициент использования топлива до 85–90%, что существенно превышает показатели раздельной генерации энергии. В условиях возрастающих требований к энергоэффективности и экологической безопасности объектов коммунального хозяйства применение парогазовых и газотурбинных технологий становится приоритетным направлением модернизации систем теплоснабжения российских городов.

Степень разработанности проблемы характеризуется наличием обширной нормативно-технической базы, включающей ГОСТ Р 55173-2012, СП 89.13330.2016, СП 124.13330.2012, а также научными трудами ведущих специалистов НИУ «МЭИ», АО «НПО ЦКТИ», ФГУП «ВНИПИэнергопром». Теоретические основы проектирования котлов-утилизаторов разработаны в исследованиях отечественных ученых, технические решения реализованы заводами-изготовителями ЗиО-Подольск и ПАО «Силовые машины». Вместе с тем требуется адаптация типовых методик к конкретным условиям эксплуатации и интеграции когенерационных установок в существующие системы централизованного теплоснабжения.

Цель курсовой работы – разработка технического решения по применению котла-утилизатора для газотурбинной установки средней мощности с обоснованием оптимальной схемы теплоснабжения потребителей.

Задачи курсовой работы:

• проанализировать роль распределенной когенерации в структуре ЕЭС России и требования действующих нормативных документов;
• изучить технические решения отечественных производителей котельного оборудования для ГТУ средней мощности;
• выполнить тепловой расчет котла-утилизатора и определить конструктивные параметры его элементов;
• рассчитать параметры сетевой воды и обосновать выбор схемы подключения потребителей;
• разработать регламент технического обслуживания и оценить технико-экономические преимущества выбранной схемы.

Объект исследования – котел-утилизатор газотурбинной установки средней мощности.

Предмет исследования – тепловые и гидравлические параметры котла-утилизатора и схемы теплоснабжения.

Методологическая база включает теоретические основы технической термодинамики и теплопередачи, методики теплового и гидравлического расчета котельных агрегатов и тепловых сетей, нормативно-техническую базу (ГОСТ Р 55173-2012, СП 89.13330.2016, СП 124.13330.2012, СП 41-101-95, Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок).

Научная новизна заключается в комплексном подходе к проектированию теплогенерирующего узла на базе ГТУ с адаптацией расчетных методик к конкретным условиям теплоснабжения.

Теоретическая значимость состоит в систематизации нормативно-технических требований к котлам-утилизаторам и схемам теплоснабжения. Практическая значимость определяется разработкой готовых технических решений, пригодных для использования при проектировании когенерационных установок.

Структура работы включает введение, три главы, заключение и список использованной литературы, соответствующие утвержденному плану курсовой работы.

ГЛАВА 1. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОТЛОВ-УТИЛИЗАТОРОВ В РОССИЙСКОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

1.1. Роль распределенной когенерации в структуре ЕЭС России и требования ГОСТ Р 55173-2012 к котельным установкам

Единая энергетическая система России функционирует на принципах централизованного электро- и теплоснабжения, при этом значительная доля генерирующих мощностей приходится на теплоэлектроцентрали, обеспечивающие комбинированную выработку энергии. Распределенная когенерация представляет собой размещение генерирующих источников малой и средней мощности в непосредственной близости от потребителей тепловой энергии, что позволяет минимизировать потери в тепловых сетях и повысить надежность энергоснабжения удаленных районов. Согласно данным АО «СО ЕЭС», установленная мощность когенерационных установок на базе газотурбинных технологий в России составляет около 6,5 ГВт, при этом сегмент ГТУ средней мощности (10–25 МВт) демонстрирует устойчивый рост в связи с реализацией программ модернизации жилищно-коммунального хозяйства [1, c. 24].

Котел-утилизатор является ключевым элементом парогазовой или газотурбинной установки, обеспечивающим использование теплоты уходящих газов ГТУ для генерации пара или нагрева сетевой воды. Температура газов на выходе из газовой турбины составляет 450–550 °С, что создает значительный потенциал для вторичного использования энергии. Коэффициент использования топлива в таких установках достигает 85–90%, тогда как в конденсационных электростанциях этот показатель не превышает 40–42%. Применение котлов-утилизаторов позволяет снизить удельный расход условного топлива на производство электрической и тепловой энергии, что соответствует целевым показателям государственной программы «Энергоэффективность и развитие энергетики» [3, c. 112].

ГОСТ Р 55173-2012 «Котлы-утилизаторы. Общие технические требования» устанавливает основные параметры, методы испытаний и требования безопасности для котельных агрегатов, использующих теплоту уходящих газов технологических установок и энергетического оборудования. Стандарт распространяется на водогрейные и паровые котлы-утилизаторы с естественной и принудительной циркуляцией, определяя номинальную теплопроизводительность, рабочее давление, температуру питательной и сетевой воды, допустимые скорости газов в газоходах. В соответствии с требованиями стандарта, конструкция котла-утилизатора должна обеспечивать возможность очистки и ремонта поверхностей нагрева, контроль параметров теплоносителя, автоматическое регулировани

…