Проект комбинированной ГТУ для комплексного энергоснабжения предприятия строительной отрасли промышленности

Литературные источники [1,2,4,9,12] свидетельствуют о перспективности использования ГТУ с глубокой утилизацией теплоты выхлопных газов турбины. Так в [1] рассматривались пять вариантов энергосбережения завода по производству минеральных удобрений:

1) при собственной выработке электроэнергии с использованием “К”-турбин;

2) при собственной выработке электроэнергии с использованием “Т”-турбины;

3) при использование ГТУ простого цикла;

4) при собственной выработке электроэнергии с производством пара в КУ за счет использования теплоты выхлопных газов турбины;

5)при закупке электроэнергии. Наибольшую экономию топлива обеспечивает четвертый вариант.

Подогрев газов перед КУ за счет сжигания в их среде дополнительного топлива позволяет существенно повысить тепловую нагрузку ГТУ и делает ее не зависящей от электрической нагрузки [4].

В [2] рассматривается влияние атмосферных условий на характеристики газотурбинной установки. В результате произведенных вычислений построены зависимости мощности и КПД ГТУ от температуры окружающей среды. Эти зависимости свидетельствуют о том, что при снижении температуры воздух засасываемого компрессором при неизменной температуре перед турбиной, мощность и КПД ГТУ возрастает, оптимальная температура при этом равна 15 єС.

Для снижения выхода окислов азота из ГТУ применяются различные технологические решения, среди которых большое влияние уделяется впрыску отбираемого из КУ пара в тракт высокого давления ГТУ, микрофакельное сжигание топлива в камере сгорания ГТУ и в камере дожигания [12].

2.2 Обоснование и описание теплотехнологической схемы

Для снижения денежных затрат на энергообеспечение на ОАО «Тулапромстрой» предлагается энерготехнологическая схема, которая представляет собой установку для комбинированного производства электрической и тепловой энергии на базе ГТУ.

В комбинированной ГТУ газотурбинный агрегат служит для выработки электрической энергии, а выхлопные газы турбины, как обладающие высоким запасом тепловой энергии, используются для выработки насыщенного пара требуемых параметров в котле - утилизаторе (КУ) и для сушки песка в барабанной сушилке.

автономный энергоснабжение тригенерационный

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1- Теплотехническая схема.

Воздух поступает и сжимается в компрессоре 1. Топливо (природный газ) подается в камеру сгорания 2, куда поступает и сжатый воздух после компрессора. Здесь происходит смешение и горение топлива. Продукты сгорания поступают в турбину 3, в которой происходит их расширение. Так как средняя температура газов при расширении существенно выше, чем воздуха при сжатии, то мощность развиваемая турбиной оказывается, даже с учетом потерь, больше мощности необходимой для вращения вала компрессора. Их разница представляет собой полезную мощность ГТУ. На валу турбины расположен генератор переменного тока 11 для преобразования механической энергии в электрическую. Газы после турбины направляются в камеру дожигания 4, куда подводится и сжигается дополнительное газообразное топливо необходимое для повышения температуры отходящих газов перед котлом-утилизатором. Далее газы попадают в котёл-утилизатор 5 для выработки насыщенного пара. Вода в него подаётся с помощью питательного насоса 9. Другой поток дымовых газов направляется в барабанную сушилку 8, где происходит высушивание песка с помощью теплоты этих газов. Отработанные газы с помощью дымососа 6 подаются в дымовую трубу.

2.3 Технико-экономическое обоснование проекта

В данном проекте разрабатывается установка, состоящая из ГТУ, КУ и барабанной сушильной установки для комплексного автономного энергоснабжения и сушки сырого песка на ОАО «Тулапромстрой».

Для обоснования проекта комбинированной ГТУ в качестве альтернативного варианта принимаем снабжение предприятия электрической энергией и паром от стороннего источника (ТЭЦ).

Варианты сравниваются по следующим стоимостным показателям:

-экономия издержек за счет эксплуатационных расходов;

-срок окупаемости капитальных вложений.

В качестве критерия эффективности используется расчетный срок окупаемости капиталовложений, лет:

, (2.1)

где - капиталовложения в установку, тыс.руб.;

- годовая экономия издержек, тыс.руб./год.

Годовая экономия издержек, тыс.руб./год:

, (2.2)

где - издержки на снабжение электрической энергией и паром от стороннего источника (ТЭЦ), тыс.руб./год;

- издержки при установке ГТУ с котлом-утилизатором, тыс.руб./год:

Затраты в альтернативном варианте находим по формуле:

, (2.3)

где - технологическая нагрузка по электрической энергии (по данным преддипломной практики);

- тариф на электроэнергию руб./кВт·ч;

- технологическая нагрузка производства по теплу (по данным преддипломной практики);

- цена пара при покупке на ТЭЦ.

С_ээ= - тариф на электроэнергию,

Затраты при установке комбинированной ГТУ находим по формуле:

(2.4)

где - издержки на амортизацию оборудования, тыс.руб./год;

- издержки на ремонт оборудования, тыс.руб./год;

- издержки на покупку топлива, тыс.руб./год;

- издержки на электроэнергию, тыс.руб./год;

- полная сметная стоимость по предполагаемым расчётам

Издержки на ремонт оборудования, тыс.руб/год:

(2.5)

Издержки на покупку топлива, тыс.руб/год:

, (2.6)

где - расход топлива на комбинированную ГТУ (по данным преддипломной практики);

- цена на природный газ.

Издержки на электроэнергию, тыс.руб./год:

,

где - суммарная мощность потребителей электроэнергии (по данным преддипломной практики);

=7000 ч - число часов использования заявленного максимума активной нагрузки;

С_ээ= - тариф на электроэнергию по себестоимости.

Годовая экономия издержек по формуле (2.2):

Срок окупаемости определяем по формуле (2.1):

Учитывая, что издержки предприятия в результате установки комбинированной ГТУ снизились на 20917,5 тыс.руб./год, срок окупаемости с начала эксплуатации составляет 1,2 года, дальнейшее проектирование считаю экономически целесообразным.

3. Теплотехнические расчеты, подтверждающие работоспособность оборудования

3.1 Расчет горения топлива в КС и КД

В камерах сгорания сжигается природный газ со следующим объемным составом:

Н₂=1,1%; CH₄=91,4%; C₂H₆=4,1%; C₃H₈=1,9%; C₄H₁₀=0,6%; N₂=0,2%; CO₂=0,7%.

По известному составу топлива определим низшую теплоту сгорания топлива, кДж/м³:

(3.1)

Плотность газообразного топлива определим по формуле аддитивности, кг/м³:

, (3.2)

где M_i - молекулярная масса компонента, кг/кмоль;

P_i - процентное содержание отдельного компонента в смеси.

Низшая теплота сгорания, кДж/кг:

Расход топлива в камере сгорания ГТУ, м³/с:

, (3.3)

где N_ГТУ=1835 кВт - мощность ГТУ;

з_ЭФ=0,3 - эффективный КПД ГТУ.

Массовый расход топлива, кг/с

(3.4)

Теоретический расход воздуха на горение, м³/м³:

(3.5)

при плотности воздуха - 1,29кг/м³

Избыток воздуха в камере сгорания ГТУ, кг/с:

(3.6)

где =7,95 кг/с - расход воздуха в ГТУ

Содержание кислорода в газах на выходе из турбины:

(3.7)

где =21% - содержание кислорода в воздухе.

- этого количества кислорода достаточно для окисления дополнительного топлива.

Составим уравнение теплового баланса камеры дожигания:

, (3.8)

где - теплоемкость отходящих газов из ГТУ при , кДж/м³·К;

=507°С - температура газов за ГТУ;

- теплоемкость отходящих газов пред КУ при , кДж/м³·К;

=1100°С - температура газов перед КУ;

з=0,99 - КПД горелочного устройства.

Из уравнения теплового баланса определим расход дополнительного топлива, м³/с:

(3.9)

Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания ГТУ:

(3.10)

Теоретический объем газообразного азота, м³/м³:

(3.11)

Теоретический объем трехатомных газов, м³/м³:

(3.12)

Теоретический объем кислорода, м³/м³:

(3.13)

Теоретический объем водяных паров, м³/м³:

(3.14)

Предварительно принимаем коэффициент избытка воздуха в камере дожигания б_КД=1,7 тогда содержание кислорода пред КД, м³/м³:

Cуммарное количество продуктов сгорания в камере сгорания ГТУ, м³/м³:

(3.15)

Cуммарное количество продуктов сгорания в камере дожигания, м³/м³:

(3.16)

Процентный состав продуктов сгорания в ГТУ:

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

Процентный состав продуктов сгорания в КД:

(3.21)

(3.22)

(3.23)

(3.24)

Определим теплоемкость газов по формуле аддитивности, кДж/м³·К:

, (3.25)

где - теплоемкости компонентов при соответствующих температурах, кДж/м3·К.

Все теплофизические характеристики в данной работе определены по справочным данным [4] при соответствующих параметрах.

(3.26)

Расход дополнительного топлива найдем по формуле (3.9):

Общий расход топлива на установку, кг/с:

(3.27)

Коэффициент избытка воздуха в камере дожигания:

(3.28)

Предварительно принятое значение б_КД выбрано, верно, пересчета не требуется.

Общий расход дымовых газов через КУ, кг/с:

(3.29)

Плотность дымовых газов по формуле (3.2):

Объемный расход дымовых газов в КУ, м³/с:

(3.30)

3.2 Тепловой поверочный расчет котла-утилизатора

Основными параметрами, которые необходимо определить, являются: вырабатываемая тепловая нагрузка и температура уходящих газов за КУ.

Тепловая нагрузка КУ определяется при поверочном расчете агрегата, в основе которого лежит сопоставление тепловой нагрузки КУ выраженной по уравнениям теплового баланса Q_КУ^Б и теплопередачи Q_КУ^Т.

Исходными данными для поверочного расчета являются:

- расход отходящих газов: V_ОТХ=6,58 м³/с;

- температура на входе в КУ: t₄=1200 єС;

- температура насыщенного пара: t_S=194 єC;

- давление насыщенного пара: P_S=1,4МПа.

Конструктивные размеры:

- площадь поверхности теплообмена: F_КУ=445 м²;

- диаметр и толщина стенки труб: d·д=50х3 мм;

- длина труб: L=4960 мм;

- количество труб: n=648 шт.

Принимаем температуру уходящих газов за КУ t₅=376 єС.

Рассчитаем значение тепловой мощности КУ по уравнению теплового баланса, кВт:

, (3.31)

где -теплоемкость дымовых газов при средней температуре , кДж/кг·К;

=0,9 коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

Средняя температура газов, єС:

(3.32)

Определим теплоемкость дымовых газов при средней температуре по формуле (3.25), кДж/м³·К:

Определим значение тепловой мощности КУ по формуле (3.31):

Уравнение теплопередачи,

, (3.33)

где - коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К;

=445 м²- площадь поверхности теплообмена;

- среднелогарифмический температурный напор, єС.

Коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К:

(3.34)

где - коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов при движении внутри труб, Вт/м²·К.

Для нахождения определим режим движения дымовых газов внутри труб по критерию Рейнольдса:

, (3.35)

- средняя скорость газов, м/с;

=0,044м внутренний диаметр труб;

-коэффициент кинематической вязкости для дымовых газов при =788 ⁰С по [4].

Средняя скорость газов, м/с:

(3.36)

Критерий Рейнльдса по формуле (3.35):

- переходный режим.

Коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов при движении внутри труб при переходном режиме [5], Вт/м²·К:

, (3.37)

где - коэффициент теплопроводности газов при ;

- критерий Прандтля для газов при ;

- поправочный коэффициент при .

Определяем коэффициент теплопередачи по формуле (3.34):

Среднелогарифмический температурный напор, єС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1 - Температурный график в КУ.

(3.38)

Определим тепловую нагрузку по формуле (3.33):

Сопоставим величины и , и проверим сходимость баланса:

(3.39)

Сходимость удовлетворительная и окончательно принимаем температуру дымовых газов за КУ, єС:

3.3 Расчёт барабанной сушилки

Требуемая производительность G₂=10000 кг/ч (по сухому материалу); начальное влагосодержание материала -- песка w_l = 5⁰/₀, конечное -- w₂=0,1⁰/_0.Все частицы имеют одинаковый диаметр d_cp=l,2 мм; температура материала, поступающего в сушилку, 10° С.

В качестве теплоносителя применяется смесь топочных газов с воздухом, получаемая от сжигания природного газа; начальная температура смеси (перед сушилкой) t₁= 1100°C, конечная (на выходе из сушилки) t₂=95°С.

Составляем материальный баланс сушилок

Количество испаренной в сушилке влаги,кг/ч:

(3.39)

W = 10000•(5 - 0,1)/(100 - 5) = 515,79 кг/ч

Количество влажного песка, поступающего в сушилку, кг/ч:

G₁ = G₂ + W = 10000 + 515,79 = 10515,79 кг/ч.

Составляем тепловой баланс сушилок.

Топливо -- природный газ: Н₂=1,1%; CH₄=91,4%; C₂H₆=4,1%; C₃H₈=1,9%; C₄H₁₀=0,6%; N₂=0,2%; CO₂=0,7%;

Теоретическое количество сухого воздуха для сжигания 1 кг топлива, кг/кг:

L₀ = 1,38•(0,0179•CO + 0,248•H₂ + ? [(m+n/4)/(12m+n)]C_mH_n (3.40)

L₀ = 1,38•(0,0179•1,2 + 0,248•1,1 + 0,125•91,4 + 0,116•4,1) = 17,45

Высшая теплота сгорания топлива, ккал/кг:

(3.41)

округляя, имеем ккал/кг

Общий коэффициент избытка воздуха, необходимый для получения газов с будет равен

Вес сухих газов, кг/кг:

(3.42)

G_с.г. = 1 + 2,03•17,45 ? 0,021 = 36,4

Вес водяных паров, кг/кг

(3.43)

Влагосодержание газов на входе в сушилку, г/кг:

(3.44)

Выбираем тип барабана с перевалочной системой и с закрытыми ячейками.

Исходя из величины W=515,79 кг/ч принимаем диаметр барабана = 1,2 м со следующими параметрами:

Параметр, характеризующий внутреннее устройство барабана:

(3.45)

Величины находим планиметрированием, они равны:

Эквивалентный диаметр барабана при числе лопаток одинаковой длины z=6

Поверхность частиц, падающих с лопаток, м/м:

(3.46)

где x - доля фракции в смеси; n - число оборотов барабана; в нашем случае x=1,

n=8 об/мин

Порозность m определяем по соотношению:

(3.47)

Принимаем степень заполнения сушилки .Удельный объём газа для средних значений его температуры и влагосодержания

Средняя скорость газов в сушилке, м/сек:

(3.48)

Средняя разность температур между газом и частицами материала, С:

(3.49)

Объёмный коэффициент теплоотдачи газа к частицам, падающим с лопаток, ккал/м ч град:

(3.50)

где а=0,058 - коэффициент, учитывающий ухудшенную обдувку частиц газом внутри струи материала, падающего с лопаток, принят с учетом числа оборотов барабана n=8 об/мин; ккал/м * ч * град - коэффициент теплопроводности частиц материала; - скорость газа у поверхности частиц, м/сек:

(3.51)

Скорость частиц при их падении с лопаток , где -- высота падения, определяемая планиметрированием и в рассматриваемом случае равная 0,145 м, тогда

; |

- коэффициент кинематической вязкости теплоносителя принимаемый для средней температуры поверхности частиц, которая в первом приближении равна средней температуре теплоносителя по мокрому термометру.

Итак,

Объемный коэффициент теплоотдачи для частиц, находящихся на лопатках в завале:

(3.52)

Наружная поверхность таких частиц, :

(3.53)

определяем по формуле .

В качестве определяющего размера принимаем длину скатывания частиц , которую находим по формуле:

(3.54)

Коэффициенты и находим для средней температуры газа, которая

в нашем случае равна

(3.55)

(3.56)

Объемный коэффициент теплоотдачи от нагретых поверхностей сушилки к материалу, ккал/м ч град

(3.57)

где -коэффициент теплоотдачи от газов к оголенным поверхностям внутреннего устройства, :

(3.58)

Причём

(3.59)

Оголённая поверхность деталей вычисляется по формуле, :

Суммарный объемный коэффициент теплообмена, ккал/м ч град:

(3.60)

Объем сушильного барабана, :

(3.61)

Расход тепла при взаимодействии теплоносителя с материалом является суммой следующих составляющих:

а) тепла нагрева материала, ккал/ч:

(3.62)

б) тепла испарения свободной влаги, ккал/ч:

(3.63)

в) тепла испарения связанной влаги, которое принимаем, ккал/ч:

(3.64)

Тогда

Итак,

Длина сушильного барабана, м:

(3.65)

принимаем барабан стандартной длины L = 4 м.

Время прохождения частицы материала через барабан, имеющий только периферийные лопатки, определяется по формуле, мин:

(3.66)

Мощность электродвигателя для привода барабанной сушилки, кВт:

(3.67)

Значение взято из таблицы 3.1

Таблица 3.1- Значения коэффициента мощности

4. КИП и автоматизация

Особенности технологического процесса, в котором участвует КУ, накладывают определенные требования на задачу управления ими. Главной из особенностей отличающих КУ от обычных промышленных котлов, является то, что ведущим регулируемым параметром является не выработка пара, а количество энергии, вносимой потоком отходящих технологических газов и определяющей выработку пара, как реакцию КУ на режим тепловой работы, задаваемый технологическим агрегатом. В КУ расход и температура газа заданы; следует обеспечить выработку пара заданного качества в заданных условиях; количество же пара соответствует энергии, отданной рабочему телу (воде) отходящими от технологического агрегата газами. Таким образом, управление КУ состоит в том, чтобы обеспечить надежную утилизацию теплоты отходящих газов теплотехнической установки путем образования соответствующего количества пара заданных параметров (давления и температуры).

Автоматизация КУ приводит к экономическому эффекту, оцениваемому для средних условий экономией энергоресурсов в объеме от 1-2 до 3-5% и более.

Технологический объект (КУ) содержит ряд участков регулирования: питания, солесодержание котловой воды, выработки пара. Тепловому контролю подлежат следующие параметры:

- температура газов по газоходам, температура питательной воды, температура насыщенного пара;

- давление воды в питательной линии, давление пара в барабане;

- расход питательной воды и насыщенного пара;

- уровень воды в барабане котла;

- солесодержание котловой воды.

Расход природного газа перед камерой дожигания регулируется вентилем на газопроводе, сигнал от датчика расхода поступает на прибор по месту, откуда дается импульс на исполнительный механизм, регулирующий положение вентиля па газопроводе

Пламя в камере дожигания контролируется вентилем на газопроводе, сигнал от датчика температуры поступает на щит управления, откуда преобразованный сигнал поступает на исполнительный механизм, регулирующий положение вентиля на газопроводе.

Солесодержание котловой воды регулируется вентилем на трубопроводе продувочной воды, сигнал от датчика солемера поступает на прибор по месту, далее сигнал передается на щит управления, откуда поступает на исполнительный механизм, регулирующий положение вентиля на трубопроводе продувочной воды.

Уровень воды в барабане котла регулируется вентилем на трубопроводе питательной воды, сигнал от датчика уровня поступает на щит управления, откуда преобразованный сигнал подается на исполнительный механизм, регулирующий положение вентиля на трубопроводе питательной воды.

Давление насыщенного пара регулируется вентилем на газопроводе, сигнал от датчика давления поступает на щит управления, откуда преобразованный сигнал поступает на исполнительный механизм, регулирующий положение вентиля на газопроводе.

В качестве показывающих установлены приборы, показывающие давление технологических и дымовых газов.

Отклонение ряда технологических параметров за установленные пределы могут создать аварийную ситуацию, поэтому должны быть предусмотрены сигнализация этих отклонений и меры по автоматической защите КУ.

В таблице 4.1 приведен перечень элементов на измерительную и регулирующую аппаратуру, используемых при проектировании системы автоматического регулирования работы КУ.

Таблица 4.1 - Перечень элементов измеряющей и регулирующей аппаратуры

5. Элетроснабжение

Проектируемая комбинированная установка на базе ГТУ относится к потребителям II категории по бесперебойности электроснабжения.

Целью выполнения электрической части дипломного проекта является: выбор схемы источников питания и электроснабжения, расчёт электрических нагрузок токоприёмников, выбор установок защиты, выбор защитных аппаратов, выбор проводов и кабелей, выбор магнитных пускателей.

5.1 Исходные данные

В расчёте электрических нагрузок учитывались силовые установки: насос для подачи питательной воды в котел-утилизатор, дымосос, насос для подачи охлаждающей воды, КИП и А для ГТУ, КУ и системы охлаждения воздуха, нагрузки на освещение данного цеха. Токоприёмники установлены в цехе ГТУ, во взрывоопасной зоне, которая относится к классу B-la [13].

Электроснабжение токоприёмников осуществляется от трансформаторной подстанции ТП №1-06/0,4 с двумя трансформаторами типа ТМЗ-1000/6/0,4 расположенной на расстоянии 300 м от здания установки ГТУ. Исходный режим работы трансформаторов СН характеризуется следующими параметрами: S_НТ=1000 кВА, сosц=0,82, коэффициент загрузки К_З=0,57.

5.2. Расчет электрической нагрузки

По методике используя индивидуальные коэффициенты использования по формулам рассчитаем среднюю активную Pcpi, и реактивную Qcpi мощности, потребителей на напряжении 380 В:

=56,03 кВт (5.1)

Q_cpi=Р _cpi•tgц_i,= 43,49 квар (5.2)

Таблица 5.1. Технические данные потребителей СН

tgц_i=, (5.3)

Где N - количество однотипного оборудования;

Ки - коэффициент использования;

з - коэффициент полезного действия.

Групповой средний взвешенный коэффициент использования К_и (графа 5) определим по формуле:

Ки= ?Ки·Рн/?Рн (5.4)

Ки=105,13/139,41=0,75

Из справочника определяем расчетный коэффициент - Кр= 1.

Эффективное число потребителей определим по формуле:

(5.5)

Принимаем целое число n_э=4.

С учетом расчетного коэффициента определим расчетные мощности (Pр, Qр, Sр) и заполним графы 12, 13, 14 таблицы.

Полную мощность нагрузки определяем по формуле:

S_cp==136,55 кВА. (5.6)

Полная мощность равна: Sр = 136,55 кВА, ток нагрузки - 207,7 А.

Результаты расчета для каждого потребителя сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Расчет электрической нагрузки на шинах 0,4 кВ (по форме Ф636-92)

5.3 Выбор силовых трансформаторов

Мощность, потребляемая оборудованием котельной мала (170,3 кВА), поэтому ее можно подключить к уже имеющимся трансформаторам СН ТМЗ-1000/6/0,4. Проверим возможность такого подключения, рассчитав коэффициент загрузки трансформатора СН после подключения к нему нового оборудования. До подключения работа трансформатора СН характеризуется следующими параметрами: S_НТ=1000 кВА, сosц=0,82, К_З=0,57, после подключения нового оборудования коэффициент загрузки станет равным К'_З:

. (5.7)

Фактический коэффициент загрузки имеющегося трансформатора находится в допустимых границах (0,7>КЗ>0,5), следовательно, источник питания нагрузки выбран правильно.

После подключения дополнительного оборудования трансформаторы СН будут загружены на 70%. Это позволяет использовать трансформаторы в аварийном режиме для взаимного резервирования через выключатель АВР. При аварии перегрузка составит допустимое значение - 40%.

5.4 Разработка схемы электроснабжения и расчет токов коротких замыканий

Электроснабжение токоприёмников осуществляется от трансформаторной подстанции ТП №1-06/0,4 с двумя трансформаторами типа ТМЗ-1000/6/0,4 расположенной на расстоянии 300 м от здания установки ГТУ.

Согласно ПУЭ 1.2.17 потребители котельной относятся ко 2 категории надежности электроснабжения. Поэтому питание электроприемников осуществляется от двухтрансформаторной подстанции. Питание электро-

приемников осуществляется по радиальной схеме с автоматическими выключателями на отходящих линиях. Выбранная радиальная схема электроснабжения отвечает следующим требованиям:

- обеспечивает запуск электродвигателей механизмов;

- надежную работу отдельных агрегатов.

Питание подстанции осуществляется для повышения надежности по двум кабельным линиям W1, W2 от разных секций ТП № 8 (независимые источники электроэнергии). В качестве распределительного пункта 0,4 кВ выбираем медные шины. Для повышения надежности электроснабжения в схеме предусмотрен Q2 с функцией АВР. При выходе из строя одной линии питания (трансформатора) половина электроприемников на время срабатывания АВР (доли секунды) обесточивается, а потом электроснабжение восстанавливается автоматически от оставшегося в работе трансформатора через выключатель АВР.

Для проверки выбранных для установки устройств по токам короткого замыкания выбираем на схеме две контрольные точки К1 и К2. В этих точках токи короткого замыкания максимальны, следовательно, по их значениям можно проверять все элементы схемы данного уровня.

Нагрузка между шинами 0,4 кВ распределена равномерно и приведена в таблице 5.4 - по схеме (рис. 5.1) соответственно слева направо. При расчете токов короткого замыкания [ 14 ] будем учитывать, что питающая сеть имеет большой запас по мощности (не ограничивает ток КЗ), а ток короткого замыкания ограничивается сопротивлением тех элементов, по которым он проходит (кабели, выключатели, трансформаторы). Контрольные точки К1, К2 (см. схему) выбраны так, чтобы токи КЗ были максимальными.

Таблица 5.4 - Распределение нагрузки на шинах 0,4 кВ

Схема электроснабжения СН ГТУ показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.2 - Эквивалентная схема для расчета токов короткого замыкания

Для расчета токов короткого замыкания составим эквивалентную схему замещения. Эквивалентная схема изображена на рис. 5.2.

Z1 - эквивалентное сопротивление трансформатора T1;

Z2 - сопротивление кабельной линии W1;

Z3 - переходное сопротивление выключателя Q1;

Z4 - переходное сопротивление выключателя Q4;

Z5 - сопротивление кабельной линии W3;

Z6 - переходное сопротивление магнитного пускателя КМ1.

По току короткого замыкания в точке К1 проверяем коммутационную способность автомата Q1-Q3, в точке К2 - выключателей Q4-Q12.

Для трансформатора ТМ3-1000/6/0,4 по справочным данным имеем:

Р_x = 2,7 кВт, Р_К = 12,2 кВт, U_К = 8%, I_Х = 1,9%,

Определяем сопротивление трансформатора, мОм:

(5.8)

где: U_H - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, B;

S_H - номинальная мощность трансформатора, кВА;

мОм

(5.9)

мОм

= , (5.10)

= мОм

Сопротивление контактных соединений принимаем Уr_К=15 мОм, сопротивление кабеля r= 22 мОм. Тогда полное сопротивление до точки К1 будет [ 15, с. 215] равно:

1881 мОм

Сопротивление до точки К2 равно:

(5.11)

477+15+22+15=529 мОм

?Х₂= 2840 мОм,

(5.12)

2889 мОм

Определим ток трехфазного короткого замыкания в точке К1:

(5.13)

где 380·1,05=418 В - среднее значение линейного напряжения,

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К1:

кА

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К2, кА:

кА

По соотношениям на кривых приведенных в [14], находим К_y1=K_У2=1,1.

Отсюда ударные токи равны:

I_У1=К_У·v2·I³_КЗ (5.14)

Ударные токи в контрольных точках К1, К2 будут равны, кА:

I_У1= 1,1·1,41·2,3= 3,6 кА

I_У2= 1,1·1,41·1,3= 1,98 кА

5.5 Выбор автоматических выключателей

5.5.1 Выбор выключателя Q1-Q4

Расчетный ток продолжительного режима:

(5.15)

Определяем ток перегрузки в аварийном режиме работы:

IП = IН·2 = 103,8·2 = 207,7 А

Импульс квадратичного тока:

(5.16)

1,1 кА²·с

Из справочника [ 14 ] выбираем выключатель на 0,4 кВ А3736Б. Выбор производится из условия:

I_МАХ I_НОМ I_П.О. I_ОТК В_К I_ТЕР²·t_ТЕР

Таблица 5.5 - Условия выбора выключателя

Выбранный выключатель удовлетворяет всем условиям.

5.5.2 Выбор выключателя Q5- Q8

Расчетный ток продолжительного режима питательного насоса М2:

(5.17)

Определяем ток перегрузки в аварийном режиме работы:

IП = IН·4,5 (5.18)

IП= 33,0·5,5 = 182 А

Импульс квадратичного тока:

(5.19)

0,35 кА²·с

Из справочника [ 14 ] выбираем выключатель на 0,4 кВ АП50Б 3МТ.

I_МАХ I_НОМ I_П.О. I_ОТК В_К I_ТЕР²·t_ТЕР

Таблица 5.6 - Условия выбора выключателя

Выбранный выключатель удовлетворяет всем условиям.

5.5.3 Выбор выключателей Q9, Q11

Расчетный ток продолжительного режима дожимного компрессора М5:

(5.20)

Определяем ток перегрузки в аварийном режиме работы:

I_П = I_Н·К_П (5.21)

I_П= 3,9·6,5 = 25 А

Импульс квадратичного тока:

(5.22)

0,35 кА²·с

Из справочника [ 14 ] выбираем выключатель на 0,4 кВ АЕ2020. Выбор производится из условия:

I_МАХ I_НОМ I_П.О. I_ОТК В_К I_ТЕР²·t_ТЕР

Таблица 5.7 - Условия выбора выключателя

Выбранный выключатель удовлетворяет всем условиям.

5.6 Выбор вставок защит

Расчетный ток выключателей Q5, Q6 равен 33,0 А.

Пиковый ток в отходящей линии рассчитывают по формуле:

Iн= I_Р·К_П (5.23)

Iн=33·5,5=182 А

где Кп - кратность пускового тока электродвигателя;

В качестве защитного аппарата выбран автоматический выключатель АП50Б 3МТ с номинальным током IН = 40 А.

Пиковый ток в питающей линии W1 находим по формуле:

, (5.24)

где - номинальный ток наибольшего двигателя;

К_П - кратность пускового тока;

Токовые уставки расцепителя при перегрузках равны:

Iзт= Iп/2,5=182/2,5=73 А, Iзэ= Iп·1,5=182·1,5=272 А

Результаты расчета, уставок расцепителей сводим в таблицу 5.8:

Таблица 5.8 - Выбор защит питающих отходящих линий

Подобные документы

• Организационно-экономическое обоснование схем энергоснабжения промышленного предприятия (района)

  Тепловая нагрузка промышленного района. Технико-экономический выбор турбин и котлоагрегатов для комбинированной схемы энергоснабжения. Расчет капитальных вложений и эксплуатационных затрат при комбинированной и раздельной схемах энергоснабжения.
  
  курсовая работа [168,7 K], добавлен 12.01.2015
  

• Организационно-экономическое обоснование схемы энергоснабжения потребителя

  Выбор оптимальной схемы энергоснабжения промышленного района. Сравнение схем энергоснабжения – комбинированной и раздельной. Особенности технико-экономического выбора турбин и котлоагрегатов для различных схем энергоснабжения. Эксплуатационные затраты.
  
  курсовая работа [337,9 K], добавлен 16.03.2011
  

• Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата "Колос"

  Перечень имеющейся установленной мощности, силового и осветительного оборудования по объектам пансионата. Проект по внедрению автономного энергоснабжения с использованием фото-ветро установки, пассивной солнечной системы и гелиосистемы. Расчет мощностей.
  
  дипломная работа [353,4 K], добавлен 25.11.2010
  

• Выбор оптимальной схемы энергоснабжения промышленного района

  Расчет теплопотребления и технико-экономических показателей комбинированной схемы энергоснабжения промышленного района. Годовой расход топлива котельными. Параметры основного оборудования. Расчет себестоимости производства и передачи электроэнергии.
  
  курсовая работа [419,3 K], добавлен 24.10.2012
  

• Разработка системы автономного энергоснабжения и управления энергоресурсами спортивного комплекса

  Автономное энергоснабжение жилых, общественных и промышленных объектов. Использование теплоэлектроцентралей малой мощности в системах автономного энергоснабжения. Энергоэффективность в зданиях: мировой опыт. Энергетическое обследование спорткомплекса.
  
  дипломная работа [2,5 M], добавлен 23.03.2017
  

• Исследования возможностей создания имитационной модели системы энергоснабжения наноспутника

  Анализ принципов построения энергоснабжения космических аппаратов. Типовые функции верхнего уровня иерархии подсистемы энергоснабжения. Этапы проектирования солнечной батареи. Подсистема распределения электрической энергии космического аппарата.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.06.2016
  

• Характеристика энергетической отрасли России

  Технико-экономические характеристики конденсационной, тепловой и атомной электростанций. Классификация резервных мощностей системы энергоснабжения по назначению и маневренности. Сравнение вариантов комбинированного и раздельного энергоснабжения.
  
  дипломная работа [544,7 K], добавлен 22.02.2012
  

• Выбор оптимального варианта энергоснабжения района

  Расчет технологической нагрузки теплоэлектроцентрали и годового расхода топлива на ТЭЦ. Расчет конденсационной электростанции и технико-экономических показателей котельной. Сравнение вариантов энергоснабжения по чистому дисконтированному доходу.
  
  курсовая работа [139,5 K], добавлен 09.03.2012
  

• Энергетические аспекты утилизации промышленных и бытовых отходов

  Анализ методов и перспектив использования твёрдых бытовых отходов в системах энергоснабжения. Добыча и утилизация свалочного газа. Технико-экономическое сопоставление вариантов энергоснабжения. Оптимизация работы установки по обогащению биогаза.
  
  дипломная работа [719,7 K], добавлен 01.03.2009
  

• Выбор экономически выгодного варианта энергоснабжения потребителей

  Расчет капитальных вложений в энергетические объекты, годовых эксплуатационных издержек и себестоимости электрической и тепловой энергии. Расчет платы за электрическую и тепловую энергию потребителями по совмещенной и раздельной схеме энергоснабжения.
  
  контрольная работа [248,3 K], добавлен 18.12.2010
  

• Характеристика договора энергоснабжения

  Изменение и прекращение договора энергоснабжения, ответственность сторон. Права и обязанностей энергоснабжающей организации и потребителя-клиента. Обеспечение надлежащего технического состояния и безопасности эксплуатируемых энергетических сетей.
  
  курсовая работа [27,4 K], добавлен 28.02.2016
  

• Электроснабжение солнечного дома

  Проект системы солнечного энергоснабжения жилого дома. Определение электрических нагрузок от бытовых и осветительных электроприборов. Выбор кабелей распределительной сети. Определение мощности и основных параметров инвертора. Расчет капитальных вложений.
  
  курсовая работа [221,1 K], добавлен 02.06.2015
  

• Технический проект теплофикационной электростанции – теплоэлектроцентрали

  Выбор основного оборудования и разработка вариантов схем выдачи энергии. Расчет токов короткого замыкания для выбора аппаратов и токоведущих частей. Выбор типов релейной защиты, токоведущих частей, измерительных приборов и измерительных трансформаторов.
  
  курсовая работа [4,0 M], добавлен 23.03.2013
  

• Проектирование схем энергоснабжения промышленного предприятия

  Расчет электрических нагрузок низшего и высокого напряжения цехов предприятия. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций. Определение центра реактивных электрических нагрузок. Загрузка трансформаторов на подстанциях.
  
  курсовая работа [255,7 K], добавлен 06.02.2014
  

• Расчет технико-экономических показателей и принципиальной тепловой схемы энергоустановки

  Определение тепловых нагрузок промышленно-жилого района, построение годового графика по продолжительности. Выбор варианта энергоснабжения промышленно-жилого района. Построение процесса расширения пара в H-S диаграмме. Расчет и выбор сетевой установки.
  
  курсовая работа [392,5 K], добавлен 10.06.2014
  

• Планирование производства и потребления электрической энергии

  Планирование эксплуатации промышленного энергохозяйства: разработка топливно-энергетического баланса и плана энергоснабжения предприятия, капитальных и текущих ремонтов всего энергетического оборудования, труда и зарплаты производственного персонала.
  
  курсовая работа [647,5 K], добавлен 01.07.2012
  

• Энергоснабжения ремонтно-механического цеха

  Системы электроснабжения - один из компонентов систем жизнеобеспечения. Характеристика потребителей электроэнергии. Выбор электродвигателей асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и кран-балки. Требования безопасности к размещению оборудования.
  
  курсовая работа [447,1 K], добавлен 06.12.2014
  

• Выбор основного оборудования на проектируемой подстанции

  Обоснование схемы электрических соединений. Выбор количества отходящих линий и генераторов на УТЭЦ. Дистанционное управление выключателями. Выбор контрольно-измерительных приборов для основных цепей схемы. Описание конструкции распределительных устройств.
  
  курсовая работа [675,8 K], добавлен 27.10.2012
  

• Характеристика и разработка конкретной системы энергоснабжения

  Характеристика потребителей электроэнергии. Выбор электродвигателей асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и кран-балки, пусковых и защитных аппаратов. Расчет силовой сети и выбор силового, электрооборудования. Принципы энергосбережения.
  
  курсовая работа [334,1 K], добавлен 28.07.2014
  

• Система тепло- и энергоснабжения промышленного предприятия

  Проведение энергетического обследования тепловых нагрузок и сетей завода, составление тепловых схем котельной в связи с предложенными проектами модернизации. Расчет внедрения турбинной установки для снижения затрат на потребление электроэнергии.
  
  дипломная работа [3,4 M], добавлен 18.04.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам