Дипломный проект - Модернизация системы теплоснабжения деревообрабатывающего предприятия

Целью проекта является увеличение тепловой мощности за счет утилизации теплоты уходящих дымовых газов, а также изучение всех аспектов внедрения теплового насоса и теплообменника типа газ-вода в систему теплоснабжения: технико-экономическое обоснование, выбор основного и вспомогательного оборудования тепловой и электрической частей, вопросы охраны труда и охраны окружающей среды, автоматизация протекающих процессов.
В процессе работы рассмотрены различные варианты внедрения теплового насоса и теплообменника. На основании выполненных исследований (расчета тепловой схемы, энергетического баланса) выбран один тепловой насос единичной тепловой мощностью 11,3 МВт, а также один контактный теплообменный аппарата единичной тепловой мощностью 3,88 МВт. В проекте произведен расчет энергетического парового котла КЕ-25-2,4-370МТД и контактного теплообменного аппарата, расчет выбросов продуктов сгорания, а также расчет технико-экономических показателей и рассмотрен вопрос охраны труда и пожарной безопасности.
Оборудование, а также технологии, рассматриваемые в проекте, находят широкое применение в промышленности, и оптимизация схем их сопряжения, обеспечивает увеличение тепловой составляющей без увеличения себестоимости продукции и способствует улучшению финансового положения предприятия.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ    6
1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ    7
1.1 Краткая характеристика объекта проектирования    7
1.2 Расчет тепловых нагрузок    8
1.3 Технико-экономическое обоснование выбора технического решения и требования к проектируемому объекту    9
1.4 Краткая характеристика проектных решений    12
2 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ    13
2.1 Технологические решения    13
2.1.1 Расчет производительности контактного теплообменного аппарата дымовых газов    13
2.1.2 Расчет тепловой (технологической) схемы и выбор основного теплоэнергетического оборудования    17
2.1.3 Основные решения по компоновке оборудования    26
2.1.4 Тепловой и аэродинамический расчет теплотехнического оборудования    26
2.2 Инженерное оборудование, сети и системы    41
2.2.1 Электроснабжение    41
2.2.2 Автоматизация    56
2.3 Организация и условия труда работников    60
2.4 Охрана окружающей среды    72
2.5 Энергетическая эффективность    79
3 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНВЕСТИЦИЙ    81
3.1 Расчёт технико-экономических показателей ТЭЦ    81
3.2 Расчет NPV и рентабельности производства    89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ    94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ    96

Чертежи проекта:
1.Генеральный план ОАО «Мостовдрев»
2.План и разрез мини-ТЭЦ
3.Схема теплоснабжения 
4.КТАН-4,5УГ
5.Паровой котел КЕ-25-2,4-370МТД
6.Схема электроснабжения
7.Функциональная схема КИП и А котла КЕ-25-2,4-370МТД
8.Технико-экономические показатели

Модернизация мини-ТЭЦ инициируется по следующим причинам:
1.Физического износа оборудования;
2.Неудовлетворительного состояния рабочих систем;
3.Большого количества регистрируемых аварий и отказов в работе;
4.Неоправданных потерь тепловой энергии;
5.Других издержек производства. <2>
Целью данного дипломного проекта является разработка оптимальной схемы модернизации мини-ТЭЦ с применением технологии утилизации теплоты дымовых газов. Результатом является частичное покрытие тепловой нагрузки потребителя на ТЭЦ.

Мини-ТЭЦ построена в 2007 году в рамках реконструкции отопительной котельной. Новый этап модернизации связан с необходимостью выработки дополнительной теплоты после модернизации фанерного цеха.
Мини-ТЭЦ расположена в г. Мосты Гродненской области. Принадлежит деревообрабатывающему предприятию «Мостовдрев». Назначение мини-ТЭЦ – сжигание отходов производства, обеспечение отпуска теплоты в виде горячего пара на производственные технологии и для выработки электроэнергии на тепловом потреблении.
Отпуск теплоты с паром производится по закрытой схеме теплоснабжения. Расчётная тепловая мощность потребителей по горячему пару- 12,69 МВт (10,91 Гкал/ч).
Количество отпускаемой теплоты и соответственно количество вырабатываемой энергии не зависит от отопительного периода, так как отопительные нагрузки относятся к другому котлоагрегату, не относящемуся к мини-ТЭЦ.
Источником производственного водоснабжения является река Нёман.
Основное топливо – коро-древесные отходы (КДО); резервное – природный газ.
Мини-ТЭЦ располагает следующим основным оборудованием:
1.Один паровой котел КЕ 24-2,4-370 МТД с топкой «кипящего слоя», спроектированный для сжигания коро-древесных отходов (КДО). Допускается совместное сжигание основного и резервного топлива. Котёл имеет номинальную паропроизводительность 25 т/ч перегретого пара при работе на газе и смеси газа и КДО и 22 т/ч при работе на КДО. Номинальное давление пара за котлом 2,4 МПа, температура 370 °С. Котёл работает на существующую кирпичную дымовую трубу Н-45 м, диаметр устья 2,1 м;
2.Паровая турбина Р-2,5-2,1/0,3 с номинальной активной мощностью 2,5 МВт, при расходе свежего пара 28 т/ч, его давлении 2,1 МПа и температуре 370 °С, давление отработавшего пара 0,3 МПа (на предприятии противодавление отрегулировано на 0,4 МПа);
Максимальная установленная электрическая мощность турбоагрегата – 1,83 МВт, тепловая – 18,95 Гкал/ч.
Удельные расходы топлива на отпуск электроэнергии достаточно стабильны и небольшие колебания их среднегодовых значений объясняются преимущественно изменениями состава рабочего топлива.
Поставку природного газа на «Мостовдрев» осуществляет ОАО «Газпром трансгаз Беларусь» в соответствии с заключённым договором. Природный газ направляется к котлу через газораспределительный пункт, где он редуцируется до необходимого для сжигания в котлах уровня.
КДО поступает от нескольких цехов на открытый склад автотранспортом. Обычно топливо выгружается на открытом складе древесного топлива, где может накапливаться 10-суточный его запас. В расходный склад топливо подаётся погрузчиком, откуда с помощью складских модулей «живое дно» поступает на ленточный конвейер и попадает на сортировку, после которой скребковым транспортёром направляется к топливным бункерам котлов. Как правило, 90–100% нагрузки котла обеспечивает напрямую фанерный цех с помощью скребкового конвейера.
Сырая вода из реки Нёман с береговой насосной поступает на станцию первого подъёма, откуда большая часть идёт на станцию второго подъёма для грубой очистки и далее подаётся в ХВО. Основная часть химочищенной воды после ХВО направляется через атмосферный деаэратор на подпитку теплосети и питательной воды, восполняя внутристанционные потери пара, питательной воды и конденсата. В деаэраторы питательной воды поступает конденсат от подогревателей сетевой воды и теплообменных установок. Из деаэратора питательными насосами часть воды направляется к энергетическому котлу, а другая часть в линию обратной сетевой воды.
Выработанный котлом перегретый пар поступает в турбину, где расширяется до 0,4 МПа и поступает в паровой коллектор для распределения между потребителями пара.
Вырабатываемая турбогенератором электрическая мощность выдаётся через ЗРУ-10 кВ на шины 110 кВ подстанции «Мосты» для собственных нужд.
При остановке котла все тепловые нагрузки переходят на энергетическую установку Dieffenbacher с тепловой мощностью 62,8 МВт.
На предприятии за июль 2022 года удельный вес древесных отходов в котельно-печном топливе составил 99,5 %.

Проектом решаются задачи по модернизации мини-ТЭЦ.
Вариант 0 (существующий): установлен энергетический паровой котёл 
КЕ-25-24-370. Тепловая нагрузка составляет 12,06 Гкал/ч. Выработка электроэнергии составляет 1071 МВт·ч.
Рассмотрим варианты по модернизации мини-ТЭЦ.
Вариант 1 предусматривает установку теплообменного аппарата для охлаждения дымовых газов с температурой после котла равной 154 °С до 85 °С и подогрева обратной сетевой воды.
Вариант 2 представляет собой установку теплообменного аппарата для охлаждения дымовых газов с температурой после котла равной 154 °С до 85 °С и подогрева обратной сетевой воды и установку абсорбционного теплового насоса для охлаждения дымовых газов до 50 °С с конденсацией водяных паров и последующим подогревом обратной сетевой воды.
Вариант 3: предусматривает установку абсорбционного теплового насоса для охлаждения дымовых газов до 50 °С с конденсацией водяных паров и последующим подогревом обратной сетевой воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы, связанные с модернизацией мини-ТЭЦ:
Выбрано основное оборудование и экономически обоснован его выбор;
Рассчитана принципиальная тепловая схема;
Выбраны и описаны основные системы автоматического регулирования устанавливаемого оборудования;
Спроектирована электрическая часть станции в объёме схемы главных электрических соединений;
В разделе охрана окружающей среды выполнены расчёты вредных выбросов при работе станции на основном топливе.
В качестве основного оборудования выбран один контактный теплообменный аппарат мощностью 3,88 МВт, один бромисто-литиевый тепловой насос BROAD BDS 8000 установленной тепловой мощностью 11,3 МВт.
В качестве топлива используется коро-древесные отходы с низшей теплотой сгорания Q_н^р=7100 "кДж/" "м" ^3.
Тепловая мощность мини-ТЭЦ составляет 15,94 Гкал/ч. Тепловая энергия, вырабатываемая АБТН, покрывает часть тепловой мощности производства, а недостающая мощность обеспечиваются за счет свежего пара.
Произведен тепловой и аэродинамический расчет энергетического парового котла КЕ-25-2,4-370МТД. По итогу, расход КДО при номинальном режиме составило B = 4536 кг/ч и расчетная производительность дымососа составило Qр = 63719 м3/ч. Исходя из теплового и аэродинамического расчета КТО, поверхность активной насадки равна F =316 м2 и необходимая мощность привода дымососа равна Nд = 35,02 кВт.
В качестве пускозащитных устройств были выбраны: магнитные пускатели типа ПМЛ 621002 с Iн.п = 100 А, ПМЛ 121002 с Iн.п = 10 А, ПМЛ 321002 с Iн.п = 36 А, ПМЛ 221002 с Iн.п = 22 А, ПМЛ 421002 с Iн.п = 60 А, NXC-400 с Iн.п = 400 А, ПМЛ 721002 с Iн.п = 160 А; автоматические выключатели типа
ВА 51-31-1, ВА 51-31/50, ВА 51-29, ВА 51-33 и ВА 51-35; предохранители типа ППН-33-160/16, ППН-33-160/100, ППН-33-160/32, ППН-33-160/50,
ППН-37-400/400, ППН-39-630/630. Распределительные шкафы были выбраны следующих типов: ШР11-73711, ШР11-73708 и ШР11-73707. В качестве линейных панелей используется панели типа ЩО70-09 с номинальным током и количеством присоединений 630х2, ЩО70-01 с номинальным током и количеством присоединений 100х2+250х2. В качестве вводной панели используется панель типа ЩО-70-лег1-78УЗ с номинальным током 3500 А с разъединителем и автоматическим выключателем ВА75-47.
Схема автоматизации регулирования и контроля АБТН предусматривают следующие системы: система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки АБТН, которая осуществляется с помощью регулирования расхода пара в зависимости от температуры прямой сетевой воды; система автоматического контроля давления, которая осуществляется с помощью измерения давлений воды и пара манометрами; система автоматического контроля температуры, которая осуществляется с помощью измерения температуры воды и пара термометрами. Одновременно применение АСУ ТП приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности, а, следовательно уменьшить срок окупаемости ТЭЦ на значительный период.
При сжигании на ТЭЦ природного газа с основными продуктами сгорания (углекислого газа, пары воды) в атмосферу поступают окись углерода и окислы азота. Массовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют: MCO = 29,95 г/с, MNOx = 4,43 г/с, MSO2 = 1,16 г/с, Mзолы = 0,32 г/с. Приземные концентрации загрязняющих веществ при их рассеивании СNOx = 0,08 мг/м3, СCO = 0,54 мг/м3, СSO2 = 0,50 мг/м3, Сзолы = 0,006 мг/м3. Сравнение приземных концентраций с их ПДК показало, что приземные концентрации ниже их пределов.
Годовые налоговые выплаты за выбросы оксидов азота, оксидов углерода, оксидов серы и твёрдых частиц составили 256,5 тыс. руб.
Для установки основного оборудования необходимы капитальные вложения в размере 1,99 млн у.е.
Модернизация мини-ТЭЦ с применением теплового насоса экономически целесообразно. Годовой отпуск тепловой энергии мини-ТЭЦ составит порядка 123,93 тыс. Гкал при удельном расходе условного топлива 106 кг у.т./Гкал, годовая выработка ЭЭ составит 7898 МВт·ч при удельном расходе условного топлива 0,143 кг у.т./кВт·ч. При этом себестоимость тепловой и электрической энергии составляет 22,3 у.е./Гкал и 0,005 у.е./ кВт·ч. Простой срок окупаемости составил 2,37 года, динамический 2,90 лет. Чистый дисконтированный денежный поток, при сроке службе устанавливаемого оборудования 30 лет, составил 5,92 млн у.е.
Данный проект доказывает неоспоримые экономические и технические преимущества модернизации мини-ТЭЦ на базе относительно недорогой и высокоэффективной установки, так как это является наиболее приемлемым решением для развивающегося предприятия.