Помощь студентам в учебе
Повышение энергетической эффективности питательных насосов тепловой электрической станции
|
Введение 5
1 Описание типового питательного электронасоса для котельных ТЭЦ.
Способы повышения тепловой экономичности питательного электронасоса. Описание участка эксплуатации Кемеровской ТЭЦ 8
1.1 Описание типового питательного электронасоса для котельных ТЭЦ ... 8
1.2 Способы повышения тепловой экономичности питательного
электронасоса для котельных ТЭЦ 11
1.2.1 Снижение гидравлического сопротивления тракта питательных
насосов 11
1.2.2 Применение турбопривода 12
1.2.3 Применение многоступенчатого электронасоса 15
1.2.4 Применение частотно-регулируемого электропривода 21
1.3 Краткое описание Кемеровской ТЭЦ и схемы подключения
турбоагрегатов 25
1.4 Выбор способа повышения тепловой экономичности питательного
электронасоса 29
2 Построение и исследование модели частотно -регулируемого
электропривода питательного насоса 32
2.1 Выбор структурной схемы частотного электропривода питательного
насоса 32
2.2 Описание схемы замещения асинхронного электродвигателя и расчёт
параметров её элементов 35
2.3 Построение механических характеристик асинхронного
электродвигателя 41
2.5 Построение математической модели частотного электропривода
питательного насоса при управляющем воздействии по частотному каналу в среде MathCad 50
3 Выбор и описание преобразователя частоты для электродвигателя
питательного насоса 52
3.1 Выбор, описание и основные технические характеристики
преобразователя частоты 52
3.2 Описание функциональной схемы 59
4 Расчёт экономической эффективности от внедрения частотного
преобразователя питательного электронасоса на Кемеровской ТЭЦ 62
4.1 Расчёт эксплуатационных показателей насоса при использовании
преобразователя частоты 62
4.2 Расчёт капитальных вложений 64
4.3 Расчёт годовых эксплуатационных издержек на приобретение нового
оборудования 65
4.3.1 Расчёт годовых затрат на электроэнергию 65
4.3.2 Расчёт годовых затрат на амортизационные отчисления 67
4.3.3 Расчёт годовых затрат на текущий ремонт 67
4.3.4 Расчёт годовых затрат на материалы 67
4.3.5 Расчёт годовых затрат на оплату обслуживающего персонала 68
4.3.6 Расчёт годовых социальных отчислений 68
4.3.7 Расчёт годовых эксплуатационных издержек на новое оборудование 68
4.4 Расчёт годового экономического эффекта за счёт экономии
электроэнергии 69
4.5 Расчёт общего годового экономического эффекта 69
4.6 Расчёт срока окупаемости 70
5 Техника безопасности и экология 72
5.1 Электробезопасность при эксплуатации преобразователя частоты
электродвигателя питательного насоса 72
5.2 Экологические вопросы при эксплуатации преобразователя частоты
электродвигателя питательного насоса 78
Заключение 82
Список используемых источников
1 Описание типового питательного электронасоса для котельных ТЭЦ.
Способы повышения тепловой экономичности питательного электронасоса. Описание участка эксплуатации Кемеровской ТЭЦ 8
1.1 Описание типового питательного электронасоса для котельных ТЭЦ ... 8
1.2 Способы повышения тепловой экономичности питательного
электронасоса для котельных ТЭЦ 11
1.2.1 Снижение гидравлического сопротивления тракта питательных
насосов 11
1.2.2 Применение турбопривода 12
1.2.3 Применение многоступенчатого электронасоса 15
1.2.4 Применение частотно-регулируемого электропривода 21
1.3 Краткое описание Кемеровской ТЭЦ и схемы подключения
турбоагрегатов 25
1.4 Выбор способа повышения тепловой экономичности питательного
электронасоса 29
2 Построение и исследование модели частотно -регулируемого
электропривода питательного насоса 32
2.1 Выбор структурной схемы частотного электропривода питательного
насоса 32
2.2 Описание схемы замещения асинхронного электродвигателя и расчёт
параметров её элементов 35
2.3 Построение механических характеристик асинхронного
электродвигателя 41
2.5 Построение математической модели частотного электропривода
питательного насоса при управляющем воздействии по частотному каналу в среде MathCad 50
3 Выбор и описание преобразователя частоты для электродвигателя
питательного насоса 52
3.1 Выбор, описание и основные технические характеристики
преобразователя частоты 52
3.2 Описание функциональной схемы 59
4 Расчёт экономической эффективности от внедрения частотного
преобразователя питательного электронасоса на Кемеровской ТЭЦ 62
4.1 Расчёт эксплуатационных показателей насоса при использовании
преобразователя частоты 62
4.2 Расчёт капитальных вложений 64
4.3 Расчёт годовых эксплуатационных издержек на приобретение нового
оборудования 65
4.3.1 Расчёт годовых затрат на электроэнергию 65
4.3.2 Расчёт годовых затрат на амортизационные отчисления 67
4.3.3 Расчёт годовых затрат на текущий ремонт 67
4.3.4 Расчёт годовых затрат на материалы 67
4.3.5 Расчёт годовых затрат на оплату обслуживающего персонала 68
4.3.6 Расчёт годовых социальных отчислений 68
4.3.7 Расчёт годовых эксплуатационных издержек на новое оборудование 68
4.4 Расчёт годового экономического эффекта за счёт экономии
электроэнергии 69
4.5 Расчёт общего годового экономического эффекта 69
4.6 Расчёт срока окупаемости 70
5 Техника безопасности и экология 72
5.1 Электробезопасность при эксплуатации преобразователя частоты
электродвигателя питательного насоса 72
5.2 Экологические вопросы при эксплуатации преобразователя частоты
электродвигателя питательного насоса 78
Заключение 82
Список используемых источников
В связи с повышением стоимости используемого на промышленных предприятиях и генерирующих компаниях топлива, - природного газа, мазута, угля, - вопросы энергосбережения приобрели актуальное значение, в связи с чем должны разрабатываться и реализовываться мероприятия по сокращению расхода топлива и теплоты на действующем и проектируемом энергетическом и технологическом оборудовании [6].
Отечественная практика в области энергетики ранее основывалась на рекомендациях, разработанных в условиях низкой стоимости топлива. Однако в настоящее время эти рекомендации пересматриваются и адаптируются к современным условиям [15]. Поддержка данной тенденции прослеживается и на законодательном уровне. Принимаются как международные стандарты, такие как ISO 50001-2018 «Система энергетического менеджмента» [43], так и федеральные законы, например, № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [34].
Обеспечение надежной эксплуатации насосного оборудования является крайне актуальной задачей для эксплуатирующих и проектирующих организаций, поскольку данное оборудование представляет важную составляющую теплотехнического оборудования теплоэнергетических объектов [9].
В состав оборудования любой ТЭЦ входит питательный насос, предназначенный для перемещения воды в теплообменном контуре и приводимый в движение потребляющим электрическую энергию электрическим двигателем [42]. Питательный насос, наряду с котлом, паровой турбиной и конденсационной установкой, относится к основному технологическому оборудованию ТЭЦ. Для обеспечения успешной эксплуатации ТЭЦ имеют важное значение эффективность работы и надежность питательных насосов [42],[40].
нерегулируемым электроприводом. Регулирование напора продолжает осуществляется использованием задвижек или регулирующих клапанов [40]. Применение регулируемого электропривода в насосных установках обеспечивает энергосбережение и позволяет поддерживать давление или регулировать производительность.
Электродвигатель питательного насоса работает в постоянном режиме, поэтому основные энергетические характеристики потока воды, - давление и напор, - в процессе функционирования ТЭЦ круглогодично остаются неизменными. Изменение режима работы такого электродвигателя путем внедрения регулируемого электропривода приводит к изменению режима работы самой ТЭЦ, что может дать существенный экономический эффект.
Объект исследования. Система питательных насосов тепловой электрической станции.
Предмет исследования. Режим работы питательных насосов тепловых электрических станций.
Цель исследования. Повышение энергетической эффективности режима работы системы питательных насосов тепловой электрической станции.
Степень разработанности темы диссертации. Значимые результаты в области анализа и повышения эффективности работы питательных насосов отражены в работах: Богуна В.С., Демьянова В.А., Шиль Ю.; в области анализа и применения регулируемого электропривода на теплоэнергетических объектах и промышленных комплексах отражены в работах: Усик О.О., Иванова В.Р., Ледуховский Г В., В.Н. Медведев.
В выпускной квалификационной работе исследуются режимы работы питательных насосов Кемеровской ТЭЦ.
Для успешной реализации регулируемых электроприводов на основных механизмах тепловой электростанции требуется проведение технико¬экономического обоснования, которое должно учитывать особенности технологического процесса и состав оборудования объекта, подлежащего модернизации [20].....
Отечественная практика в области энергетики ранее основывалась на рекомендациях, разработанных в условиях низкой стоимости топлива. Однако в настоящее время эти рекомендации пересматриваются и адаптируются к современным условиям [15]. Поддержка данной тенденции прослеживается и на законодательном уровне. Принимаются как международные стандарты, такие как ISO 50001-2018 «Система энергетического менеджмента» [43], так и федеральные законы, например, № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [34].
Обеспечение надежной эксплуатации насосного оборудования является крайне актуальной задачей для эксплуатирующих и проектирующих организаций, поскольку данное оборудование представляет важную составляющую теплотехнического оборудования теплоэнергетических объектов [9].
В состав оборудования любой ТЭЦ входит питательный насос, предназначенный для перемещения воды в теплообменном контуре и приводимый в движение потребляющим электрическую энергию электрическим двигателем [42]. Питательный насос, наряду с котлом, паровой турбиной и конденсационной установкой, относится к основному технологическому оборудованию ТЭЦ. Для обеспечения успешной эксплуатации ТЭЦ имеют важное значение эффективность работы и надежность питательных насосов [42],[40].
нерегулируемым электроприводом. Регулирование напора продолжает осуществляется использованием задвижек или регулирующих клапанов [40]. Применение регулируемого электропривода в насосных установках обеспечивает энергосбережение и позволяет поддерживать давление или регулировать производительность.
Электродвигатель питательного насоса работает в постоянном режиме, поэтому основные энергетические характеристики потока воды, - давление и напор, - в процессе функционирования ТЭЦ круглогодично остаются неизменными. Изменение режима работы такого электродвигателя путем внедрения регулируемого электропривода приводит к изменению режима работы самой ТЭЦ, что может дать существенный экономический эффект.
Объект исследования. Система питательных насосов тепловой электрической станции.
Предмет исследования. Режим работы питательных насосов тепловых электрических станций.
Цель исследования. Повышение энергетической эффективности режима работы системы питательных насосов тепловой электрической станции.
Степень разработанности темы диссертации. Значимые результаты в области анализа и повышения эффективности работы питательных насосов отражены в работах: Богуна В.С., Демьянова В.А., Шиль Ю.; в области анализа и применения регулируемого электропривода на теплоэнергетических объектах и промышленных комплексах отражены в работах: Усик О.О., Иванова В.Р., Ледуховский Г В., В.Н. Медведев.
В выпускной квалификационной работе исследуются режимы работы питательных насосов Кемеровской ТЭЦ.
Для успешной реализации регулируемых электроприводов на основных механизмах тепловой электростанции требуется проведение технико¬экономического обоснования, которое должно учитывать особенности технологического процесса и состав оборудования объекта, подлежащего модернизации [20].....
В первом разделе диссертации выполнен обзор способов повышения тепловой экономичности использования питательного насоса Кемеровской ТЭЦ и выбран способ, основанный на регулировании частоты вращения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором за счёт применения частотного преобразователя.
Во втором разделе диссертации выполнен расчёт механических характеристик электродвигателя, который показал численные значения моментов при изменении напряжения питания и частоты возбуждения электродвигателя, а также выполнен расчёт переходных характеристик. Последние исследования показали зависимость времен переходных процессов от частоты возбуждения электродвигателя. Исследования также показали, что при изменении частоты напряжения питания электродвигателя при вентиляторной характеристике нагрузки изменяются как частота вращения электродвигателя, так и диапазон электромагнитного момента на валу двигателя. Показано, что переходный процесс электропривода питательного насоса описывается в основном переходными характеристиками асинхронного электродвигателя.
В третьем разделе по данным электродвигателя серии АТД-4 типа 4А3МО-315-6000-2У2, применяемого в питательном электронасосе на
Кемеровской ТЭЦ, значениям частот его возбуждения и соотношений выбран ПЧ типа ПЧВМ-ТТПТ-35,7-6000-50-УХЛ4. Описаны его основные технические характеристики, функциональная схема и конструктив. Области
допустимых значений характеристик ПЧ отвечают рассчитанным в
J1
разделе 2 значениям соответствующих характеристик. Мощность, выходные напряжения и токи выбранного ПЧ отвечают требуемым характеристикам электродвигателя.
Экономические расчёты, выполненные в четвёртом разделе, показали, что годовой экономический эффект от использования ПЧ составил - Э = 52091616.867 р---, а срок окупаемости затрат на его приобретение, установку год
и обслуживания - Тп = 0.161 года.
В пятом разделе рассмотрены вопросы техники безопасности и экологии. Для исключения опасных для жизни человека ситуаций, связанных с поражением электрическим током, необходимо использовать защитное заземление, состоящее из последовательно соединенных заземляющего проводника и электрода заземлителя. В качестве заземляющего проводника выбран профиль из оцинкованной стали с поперечной площадью 75мм2 и толщиной стенки 3мм, а в качестве электродов заземлителя - арматура железобетона с сечением 30,3 -—, что достаточно для обеспечения надежного кА
заземления ПЧ. Отмечено, что для защиты человека от электромагнитных полей, возбуждаемых ПЧ, необходимо следить за тем, чтобы все дверцы шкафов ПЧ во время работы были закрыты, а его заземление находилось в рабочем состоянии.
Во втором разделе диссертации выполнен расчёт механических характеристик электродвигателя, который показал численные значения моментов при изменении напряжения питания и частоты возбуждения электродвигателя, а также выполнен расчёт переходных характеристик. Последние исследования показали зависимость времен переходных процессов от частоты возбуждения электродвигателя. Исследования также показали, что при изменении частоты напряжения питания электродвигателя при вентиляторной характеристике нагрузки изменяются как частота вращения электродвигателя, так и диапазон электромагнитного момента на валу двигателя. Показано, что переходный процесс электропривода питательного насоса описывается в основном переходными характеристиками асинхронного электродвигателя.
В третьем разделе по данным электродвигателя серии АТД-4 типа 4А3МО-315-6000-2У2, применяемого в питательном электронасосе на
Кемеровской ТЭЦ, значениям частот его возбуждения и соотношений выбран ПЧ типа ПЧВМ-ТТПТ-35,7-6000-50-УХЛ4. Описаны его основные технические характеристики, функциональная схема и конструктив. Области
допустимых значений характеристик ПЧ отвечают рассчитанным в
J1
разделе 2 значениям соответствующих характеристик. Мощность, выходные напряжения и токи выбранного ПЧ отвечают требуемым характеристикам электродвигателя.
Экономические расчёты, выполненные в четвёртом разделе, показали, что годовой экономический эффект от использования ПЧ составил - Э = 52091616.867 р---, а срок окупаемости затрат на его приобретение, установку год
и обслуживания - Тп = 0.161 года.
В пятом разделе рассмотрены вопросы техники безопасности и экологии. Для исключения опасных для жизни человека ситуаций, связанных с поражением электрическим током, необходимо использовать защитное заземление, состоящее из последовательно соединенных заземляющего проводника и электрода заземлителя. В качестве заземляющего проводника выбран профиль из оцинкованной стали с поперечной площадью 75мм2 и толщиной стенки 3мм, а в качестве электродов заземлителя - арматура железобетона с сечением 30,3 -—, что достаточно для обеспечения надежного кА
заземления ПЧ. Отмечено, что для защиты человека от электромагнитных полей, возбуждаемых ПЧ, необходимо следить за тем, чтобы все дверцы шкафов ПЧ во время работы были закрыты, а его заземление находилось в рабочем состоянии.
