Уфа 2013

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших отраслей промышленного производства является энергетика. Развитие энергетики должно происходить с опережением темпов развития и роста других отраслей промышленности.

Производство электроэнергии является одним из главных показателей экономического уровня развития страны и отражает общее состояние производящих сил.

В программах индустриального развития регионов нашей страны предусматривается строительство мощных тепловых электростанций. Основным типом ТЭС являются паротурбинные электростанции, которые могут работать на любом топливе, иметь весьма большую мощность и сооружаться там, где есть потребность в тепловой и электрической энергии. При блочной схеме ТЭС, каждый блок в значительной мере является независимым элементом ТЭС, и так как строительство электростанции длится несколько лет, часто блоки второй очереди имеют более совершенную конструкцию.

С ростом населения Сибири и Дальнего Востока развивается промышленность и сельское хозяйство. Соответственно растет энергопотребление в качестве тепла и электроэнергии. Для этого требуется строительство новых и расширение существующих ТЭС.

С ростом численности населения в городе Чите возрастает потребность в тепловой и электрической энергии. Существующие ТЭС с трудом покрывают их. С этой целью предлагается проект ТЭЦ.

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологического процесса

При описании технологической установки используются некоторые термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:

Насос - гидравлическая машина, создающая напорное перемещение жидкости при сообщении ей энергии.

Насосный агрегат (НА) - совокупность насоса, электропривода и передаточного механизма (муфта, редуктор, шкив).

Насосная установка (НУ) - комплекс оборудования, обеспечивающий требуемый режим работы насосов одного или нескольких насосных агрегатов. НУ состоит из одного или нескольких насосных агрегатов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры, контрольно-измерительной аппаратуры, а также аппаратуры управления и защиты.

Насосная станция (НС) - сооружение, включающее в себя одну или несколько насосных установок, а также вспомогательные системы и оборудование.

Тепловая электростанция (ТЭС) - энергопредприятие, предназначенное для преобразования химической энергии органического топлива (каменного угля, мазута, природного газа, сланцев и др.) в электрическую энергию.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - является энергетическим предприятием, предназначенным для выработки и отпуска производственным и коммунально-бытовым потребителям двух видов энергии:

1) тепловой - в виде горячей воды или водяного пара;

2) электрической.

Теплоэлектростанция (ТЭС, ТЭЦ) - это энергетическая установка (собственный энергоблок), работающая на базе газотурбинных или газопоршневых двигателей, которая одновременно вырабатывает несколько видов энергии (как правило, тепло и электричество).

Этот вид электростанций предназначен для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. В ТЭЦ электроэнергия вырабатывается генераторами электрического тока. Генераторы используют механическую работу двигателей. Системы охлаждения двигателей и выхлопные газы отдают тепловую энергию в виде горячей воды или технического пара.

преобразователь диод электромагнитный транзистор

Рис.1. Технологическая схема паротурбинной электростанции, работающей на твердом топливе; 1 - электрический генератор; 2 - паровая турбина; 3 - пульт управления; 4 - деаэратор; 5 и 6 - бункеры; 7 - сепаратор; 8 - циклон; 9 - котел; 10 - поверхность нагрева (теплообменник); 11 - дымовая труба; 12 - дробильное помещение; 13 - склад резервного топлива; 14 - вагон; 15 - разгрузочное устройство; 16 - конвейер; 17 - дымосос; 18 - канал; 19 - золоуловитель; 20 - вентилятор; 21 - топка; 22 - мельница; 23 - насосная станция; 24 - источник воды; 25 - циркуляционный насос; 26 - регенеративный подогреватель высокого давления; 27 - питательный насос; 28 - конденсатор; 29 - установка химической очистки воды; 30 - повышающий трансформатор; 31 - регенеративный подогреватель низкого давления; 32 - конденсатный насос

Кроме основного оборудования, в комплекс электростанции, как видно из рассмотренной технологической схемы, входит многочисленное вспомогательное оборудование, а именно: механизированные склады твердого топлива, мазутное и газовое хозяйство, оборудование шлакозолоудаления, устройства для подготовки добавочной воды и технического водоснабжения, маслохозяйство и др.

Под технологической схемой понимают последовательный путь топлива, воды, пара и электрического тока на паротурбинной электростанции, выдающей внешним потребителям электрическую и тепловую электроэнергию. На рисунке представлена примерная технологическая схема паротурбинной электростанции, работающей на твердом топливе.

С места добычи твердое топливо доставляется на электростанцию по железной дороге в специальных саморазгружающихся вагонах «2». Вагон поступает в закрытое разгрузочное устройство «1» с вагоноопрокидывателей, где топливо высыпается в находящийся под вагоноопрокидывателем приемный бункер, из которого попадает на ленточный транс­портер «6».

В зимнее время вагоны со смерзшимся углем предварительно подают для размораживания в размораживающее устройство. Транспортером уголь подается на склад угля «3» (обслуживаемый мостовым грейферным краном «4») или через дробильную установку «5» в бункера сырого угля «7», установленные перед фронтом котельных агрегатов. В эти бункера уголь может быть подан также со склада «3». Для учета расхода топлива, поступающего в котельное отделение электростанции, на трак­те топлива до бункеров котельной устанавливают весы для взвешивания этого топлива.

Из бункеров сырого угля «7» топливо поступает в систему пылеприготовления: питатели сырого угля «8», а затем углеразмольные мельницы «9», из которых угольная пыль пневматически транспортируется через мельничный сепаратор «10», пылевой циклон «11» и пылевые шнеки «13» в пылеугольный бункер «12». Из, бункера «12» пыль питателями «14» подается к горелкам «17» топочной камеры.

Весь пневматический транспорт пыли от мельницы до топки осуществляется мельничным вентилятором «15». Воздух, необходимый для горения топлива, забирается дутьевым вентилятором «22» из верхней зоны котельной или снаружи, затем подается в воздухоподогреватель «21», откуда после подогрева нагнетается; частично в мельницу «9» для подсушки и транспортировки топлива в топку котельного агрегата (первичный воздух) и непосредственно к пылеугольным горелкам «17» (вторичный воздух).

Растопка пылеугольных котельных агрегатов производится на газе или мазуте. Природный газ поступает из магистрального пункта в газорегулировочный пункт, а оттуда в котельную. Мазут доставляется на электростанцию в железнодорожных цистернах, в которых он перед сливом разогревается острым паром. После разогрева мазут сливается по межрельсовому (также обогреваемому) лотку в приемный резервуар малой емкости, оттуда перекачивающим насосом подаётся в основной расходный резервуар. При растопке котельного агрегата мазут прокачивается насосом «первого подъема» через паровые подогреватели, после которых уже насосами «второго подъема» подается к мазутным форсункам,

В топке «18» и газоходах котельного агрегата «16» тепло газов, образующихся от сгорания топлива, передается последовательно воде (подаваемой в котельный агрегат питательными насосами «38») в водяном экономайзере «20», насыщенному и перегретому пару в топочных экранах и пароперегревателе «19» и воздуху, необходимому для горения топлива, в воздухоподогревателе «21». После воздухоподогревателя газы поступают в золоуловители «23» (механические, гидравлические или электрофильтры) для очистки от содержащейся в них летучей золы и затем дымососом «24» подаются в дымовую трубу «25».

При сгорании топлива образуется значительное количество шлака в топке и летучей золы, выносимой газами из котельного агрегата. Шлак (сухой раскаленный или жидкий) из шлаковых шахт топки котельного агрегата и летучая зола, осажденная в золоуловителях, смывными устройствами направляются в смывные каналы системы гидрошлакозолоудаления «26» и «27», после чего проходят металлоуловитель, шлакодробилку и поступают в багерный насос, которым перекачиваются в виде золошлаковой пульпы по золопроводам на золоотвал.

На паротурбинных электростанциях, сжигающих жидкое (мазут) и газообразное (природный газ) топливо, топливное хозяйство значительно проще, чем на пылеугольных электростанциях, и, кроме того, отсутствует необходимость в золоулавливании и шлакозолоудалении. Свежий перегретый пар после пароперегревателя «19» по паропроводу «28» направляется в ЦВД паровой турбины «31». После ЦВД пар со сниженным давлением и температурой по трубопроводу «29» поступает в промежуточный перегреватель котельного агрегата; расположенный между перегревателем свежего пара «19» и водяным экономайзером «20» и перегревается в нем снова до начальной температуры свежего пара. По трубопроводу «30» nap промежуточного перегрева поступает в ЦСД, а оттуда по верхним перепускным трубам в ЦНД и из них в конденсаторы турбины «33».

Из конденсаторов конденсат насосами «34» направляется на фильтры установки очистки конденсата, а затем в группу вертикальных ре­генеративных подогревателей низкого давления «35» и оттуда в деаэратор «36». Из питательного блока деаэратора «37» вода, освобожденная от растворенных в ней газов - кислорода и углекислоты питательными насосами «55» прокачивается через регенеративные подогреватели высокого давления «39» и по трубопроводам «40» и подается в водяной экономайзер котельного агрегата «20». Здесь замыкается пароводяной тракт паротурбинной электростанции. При работе электростанции в пароводяном тракте происходят потери питательной воды, которые восполняются установкой приготовления и подачи добавочной воды. Химическая очистка сырой воды производится в ионообменных фильтрах химводоочистки «46», откуда вода поступает в бак обессоленной воды, забирается насосом и подается в конденсатор турбины. Для подачи охлаждающей воды в конденсатор турбины служит система технического водоснабжения.

Охлаждающая вода подается через очистные сетки циркуляционными насосами «43» по напорным трубопроводам «44», из источника водоснабжения (в данном примере - береговой насосной станции) «41» и возвращается по сливным трубопроводам «45». Электрический генератор «32» приводится во вращение паровой турбиной и вырабатывает переменный электрический ток, который поступает на повышающие электротрансформаторы, а оттуда на сборные шины открытого распределительного устройства электростанции. К выводам генератора через трансформатор собственных нужд присоединено также распределительное устройство собственных нужд.

На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования теплоэлектроцентраль станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭЦ.

Рис 2. Схема состава основного оборудования ТЭЦ и взаимосвязь ее систем Обозначения на схеме ТЭЦ: 1 - Топливное хозяйство; 2 - Подготовка топлива; 3 - котел; 4 - промежуточный пароперегреватель; 5 - часть высокого давления паровой турбины (ЧВД или ЦВД); 6 - часть низкого давления паровой турбины (ЧНД или ЦНД); 7 - электрический генератор; 9 - трансформатор собственных нужд; 10 - трансформатор связи; 11 - главное распределительное устройство; 12 - конденсатор; 13 - конденсатный насос;14 циркуляционный насос; 15 - источник водоснабжения (например, река); 16 - подогреватель низкого давления (ПНД); 17 - водоподготовительная установка (ВПУ); 18 - потребитель тепловой энергии; 19 - насос обратного конденсата; 20 - деаэратор; 21 - питательный насос; 22 - подогреватель высокого давления (ПВД); 23 - шлакозолоудаление; 24 - золоотвал; 25 - дымосос; 26 - дымовая труба; 27 - дутьевой вентилятор (ДВ); 28 - золоуловитель

1.2 Особенности работы ТЭЦ

Основной особенностью работы любой электростанции (конденсационной или теплоэлектроцентрали с комбинированной выработкой электроэнергии и теплоэнергии) является то, что ее промышленная продукция (электрическая и тепловая энергия) потребляется в момент производства и не может вырабатываться «на склад» или в резерв. Это значит, что электростанция в каждый данный момент времени должна вырабатывать энергии ровно столько, сколько потребляют ее промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, бытовые и другие потребители.

Потребление электроэнергии у разных потребителей меняется во время суток в течение года. Оно, как правило, снижается летом и возрастает в зимнее время, неравномерно изменяется в течение недели (снижается в выходные и праздничные дни) и даже в течение одних суток, зависят от многих факторов.

Изменение мощности электростанции в зависимости от потребления энергии выражают диаграммами, называемыми графиками нагрузки. В зависимости от периода времени, который они охватывают, графики могут быть суточными, месячными, сезонными и годовыми.

Если электрическая нагрузка меняется ежесуточно в течение года в большей или меньшей степени единообразно, то отпуск тепловой нагрузки ТЭЦ в значительной степени зависит от потребителя. При использовании теплоты на технологические нужды промышленного предприятия ее расход определяется графиком работы этого предприятия. Коммунальные нужды требуют теплоту на отопление жилых, общественных и производственных зданий, на вентиляцию, горячее водоснабжение и др.

Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: сезонную и круглогодичную.

2. Техническая часть

2.1 Выбор частотного преобразователя

В данном курсовом проекте приводом насосного агрегата типа СДБ-14-46-8 был выбран синхронный двигатель серии СТД-8000 2УХЛ с замкнутым циклом вентиляции.

Технические данные насоса СДБ-14-46-8 и двигателя СТД-8000 2УХЛ приведены в таблице 2.1 и 2.2 соответственно:

Таблица 2.1 - Технические данные насоса СДБ-14-46-8

Таблица 2.2 - Технические данные двигателя СТД 8000 2УХЛ

Преобразователь частоты - устройство для изменения частоты электрического напряжения (тока). Он состоит из выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный, и инвертора (обычно с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный.

Основное назначение преобразователя частоты - это регулирование скорости трехфазного асинхронного или синхронного электродвигателя.

При выборе преобразователя следует учитывать то, что:

- паспортная мощность частотного преобразователя (кВт) должна быть больше или равна паспортной мощности двигателя;

- номинальный рабочий ток частотного преобразователя всегда должен быть больше номинального тока, потребляемого электродвигателем.

Данным требованиям удовлетворяет преобразователь частоты ВЧРП-ТМ на напряжение 10 кВт с многоуровневым IGBT инвертором.

ВЧРП-ТМ - универсальный частотно-регулируемый электропривод переменного тока для промышленных нагрузок мощностью до 17 500 кВа с номинальным выходным напряжением 3 кВ, 6 кВ и 10 кВ. Благодаря высокому качеству разработки и производства, ВЧРП-ТМ работает как с ранее установленными, так и с новыми асинхронными или синхронными двигателями.

Рисунок 3. Силовая схема ВЧРП

Силовая схема ВЧРП-ТМ состоит из входного трансформатора и однофазных ячеек ШИМ-инверторов.

Ячейки инвертора

Каждая ячейка инвертора содержит трехфазный диодный выпрямитель и однофазный IGBT инвертор, объединенные шиной постоянного тока. Ячейка модуля может быть выдвинута из направляющих для обеспечения возможности сервисного обслуживания. Все модули одинаковые. Среднее время восстановления ВЧРП-ТМ не более 30 минут.

В соответствии с требованиями эксплуатации электропривода предусмотрена система принудительного воздушного охлаждения:

- забор воздуха через дверцы шкафа

- восходящий поток через ячейки-инверторы и трансформатор

- вытяжное устройство наверху шкафа.

Основные технические характеристики:

- Мощность от 250 кВт до 8 МВт;

- Работа с отклонением питающей сети 25% от номинала 3, 6, 10 кВт;

- Работоспособность при полном пропадании сети в течение 0, 3 сек.;

- Сейсмостойкость 9 баллов;

- При изготовлении в блочно-модульном здании возможна эксплуатация при температуре от -60 до +60°С;

- Высокая степень надежности (средняя наработка на отказ 100 000 часов).

Внедрение ВЧРП-ТМ дает возможность реализовать энергосберегающие программы на всех промышленных предприятиях, где используются мощные высоковольтные двигатели

- Экономия электроэнергии до 25-40 %

- Экономия ресурсов обслуживаемых двигателей

- Снижение эксплуатационных и производственных затрат

2.2 Выбор диодов и транзисторов

2.2.1 Выбор диода

Основным параметрам преобразователя частоты ВЧРП-ТМ соответствует супервысоковольтный выпрямительный диод таблеточного исполнения Д453-630 (рисунок 4). Его основные параметры представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Основные параметры диода Д453-630

Диод Д453-630 - прибор, предназначенный для высоковольтных схем преобразовательных устройств различного назначения.

Представленный диод имеет высокую стабильность прямых падений напряжений, что гарантирует им точный подбор для параллельной работы и высокую симметрию токов в силовых ветвях преобразователей на весь период эксплуатации.

Рисунок 4. Диод Д453-630

Супервысоковольтные диоды Д453-630 в преобразовательных устройствах позволяют уменьшить количество последовательно соединенных приборов, существенно упростить конструкцию силовой схемы, снизить издержки монтажа и обслуживания преобразовательного устройства, что позволяет уменьшить вес преобразователя и повысить надежность системы.

2.2.2 Выбор транзистора

Для преобразователя частоты ВЧРП-ТМ выбран высоковольтный IGBT транзистор серии BiMOSFETs IXBX75N170 фирмы IXYS. Его основные параметры представлены в таблице 2.4.