Проектирование электростанции на твердом топливе

1 Выбор площадки и генеральный план КЭС

1.1 Выбор площадки КЭС

Район строительства электростанции и ее поселка определяется планами развития энергосистемы. Определяющими факторами при этом являются: наличие потребителей электроэнергии и теплоты, характер топлива и удаленность от источников топливоснабжения, наличие источников водоснабжения. Кроме того, должны учитываться:

рельеф местности, качество грунта и уровень грунтовых вод; наличие железнодорожных путей, автомобильных дорог и линий электропередачи; расположение вблизи площадки аэродромов и трасс аэрофлота, наличие местных строительных материалов и т. п.

Порядок выбора, согласования и утверждения площадки определяется Строительными нормами и правилами СНиП «Генеральные планы промышленных предприятий». Сооружение новых ГРЭС на твердом топливе осуществляется, как правило, в местах добычи топлива.

Для обоснованного выбора площадки строительства проводятся изыскания: инженерно-геологические, топографо-геодезические, гидрологические, метеорологические, сейсмические. Конденсационные ТЭС должны сооружаться в местах, где обеспечивается надежное техническое водоснабжение — на берегах рек, озер или морей. Рельеф площадки должен быть по возможности ровным, не требующим больших планировочных работ, с уклоном 0,005—0,01, обеспечивающим поверхностный водоотвод. При больших (свыше 0,03) уклонах естественного рельефа местности следует, как правило, применять террасную планировку, что усложняет и удорожает сооружение подземных и наземных сооружений, дорог, каналов и пр. Грунт в месте сооружения электростанции должен выдерживать давление от возводимых сооружений не менее 0,2—0,25 МПа . На слабых грунтах, не отвечающих указанным нормам, применяются свайные основания или укладываются сплошные железобетонные плиты. В случае сооружения электростанций в раните, вечной, мерзлоты желательным является скальное основание площадки или возвышенное место с непросадочными породами. Площадка не должна затапливаться грунтовыми водами, уровень которых должен быть по возможности ниже глубины заложения подвалов зданий и подземных инженерных коммуникаций. При недостаточной глубине уровня грунтовых вод приходится применять гидроизоляцию подвальных помещений и подземных сооружений.

 Для электростанций на твердом топливе вблизи от основной площадки предусматриваются места для золошлакоотвалов. Таковыми могут быть низины, овраги, выработанные карьеры и т. п.

Площадка сооружаемой электростанции выбирается по возможности вблизи от железнодорожных магистралей, автомобильных дорог, линий электропередач и жилых поселков. Это сокращает затраты, упрощает комплектование строительства, а в последующем и эксплуатацию рабочими кадрами. Расположение станции в стороне от аэродромов и трасс аэрофлота позволяет сооружать высокие дымовые трубы и соответственно улучшить состояние воздушного бассейна в районе электростанции.

Затраты на отчуждение земли под строительство, включая снос жилых поселков, перенос шоссейных дорог, снос лесных массивов и т.п., включаются в проекты и сметы строительства и должны быть минимальными. В проекты включаются также затраты на восстановление в первоначальное состояние земельных участков, отведенных во временное пользование для строительства, нарушенных при проведении строительных и других работ.

Для линий электропередачи, теплопроводов, шлакозолопроводов и дорог должны предусматриваться минимальные полосы отвода земель. Расположение поселка электростанции и самой электростанции по отношению к населенным пунктам определяется с учетом местных условий и розы ветров", поселок располагается с наветренной стороны. Размер площадки электростанции определяется мощностью и типом станции, видом сжигаемого топлива, степенью газоочистки, высотой дымовых труб. Для ТЭС ширина санитарной зоны в зависимости от указанных факторов составляет 500—1000 м.

 Проектируемая станция будет располагаться в Ростовской области, входить в АО «Ростоваэнерго». Станция располагается вблизи угольного разреза , это позволит сократить площадь отводимую для угольного склада. Для обеспечения станции водой будет создан искусственный пруд охладитель. Находящаяся вблизи станции низина позволяет на этом месте выполнить золоотвал. До начала строительства были проведены изыскания: инженерно-геологические, топографо-геодезические, гидрологические, метеорологические, сейсмические. По результатам проведенных исследований было определено что, этот район наиболее подходящий для строительства. Поселок располагается на расстоянии 2000м от станции. Вблизи поселка проходит автомагистраль, также в поселке находится железнодорожная станция.

1.2 Генеральный план КЭС

Генеральный план — план размещения на выбранной производственной площадке электростанции ее основных и вспомогательных сооружений. Перечень объектов генерального плана регламентируется Нормами технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей . В разработке генплана участвуют технологи—теплотехники и электротехники, строители, архитекторы, железнодорожники, автодорожники, сантехники и другие специалисты.

Основными производственными и вспомогательнымн сооружениями ТЭС, использующее твердое топливо, включаемыми в генплан ТЭС, являются: главный корпус, внутри которого размещается котельное и турбинное отделения, помещения для деаэраторов, щиты управления, оборудование пылеприготовления, бункера угля и пыли ; топливоподача, состоящая из разгрузочного устройства, дробильного помещения, эстакад для ленточных транспортеров; склады топлива; распределительное устройство генераторного напряжения; повышающие трансформаторы и распределительное устройство, обычно открытого типа (ОРУ); дымовые трубы; химводоочистка;

система технического водоснабжения; система золо- и шлакоудаления с золоотвалами; мазутное хозяйство; здания и сооружения подсобного назначения — мастерские, склады, гараж, пожарная охрана, а также железнодорожные пути, автомобильные дороги, устройства водоснабжения.

Все здания и сооружения размещаются, как правило, в пределах основной ограды электростанции. Вне основной ограды размещаются золоотвал, при этом обязательно предусматривается местное ограждение.

Уменьшения отводимых под строительство участков добиваются укрупнением единичной мощности агрегатов, рациональной блокировкой вспомогательных сооружений, минимально допустимыми разрывами между отдельными зданиями.

Территория электростанции благоустраивается и озеленяется. Дороги должны иметь асфальтовое покрытие, оборудуются автобусные остановки и стоянки для автомашин, предусматриваются устройства для обмывки транспорта и подъездных путей.

Размещение строительных баз определяется ситуационным планом района. Строительно-монтажные базы принимаются минимальных размеров с рациональной блокировкой производственно-вспомогательных и бытовых зданий при использовании по возможности постоянных зданий вспомогательных служб электростанции. Создается, как правило, одна база для строительства электростанции и поселка.

Коэффициент использования территории в ограде электростанции колеблется в пределах 60—70 %, а коэффициент застройки 25—35 %. Различие в генпланах заключается в расположении ОРУ по отношению к главному корпусу и источнику водоснабжения. В целях уменьшения затрат на подачу охлаждающей воды при использовании естественных источников водоснабжения машинный зал приближают к водоему, а ОРУ размещают со стороны постоянного торца главного корпуса.

При оборотном водоснабжении с градирнями ОРУ располагается обычно вдоль фасада, а градирни — со стороны постоянного торца главного корпуса. Топливное хозяйство, включая угольные склады, устройства разгрузки и перегрузки, а также дымовые трубы располагается вдоль фасада котельного отделения. Расстояние ОРУ от градирен должно быть не менее 40 м.

Распределительные устройства закрытого типа сооружаются при стесненности площадки и в суровых климатических, условиях (на Крайнем Севере). Помещения закрытых распределительных устройств выполняются без окон и не отапливаются.

Вход на электростанцию, объединенный вспомогательный и служебный корпус располагаются со стороны постоянного торца и соединяются с главным корпусом закрытыми пешеходными галереями, сооружаемыми на уровне основного обслуживания агрегатов и щитов управления (8—12 м) так, чтобы обеспечивалось удобное сообщение по автодорогам в пределах территории станции.

Все объекты железнодорожного транспорта проектируются на конечную мощность электростанции с учетом неравномерности коэффициента движения поездов . Со стороны главного торца проектируется основной автомобильный въезд на две полосы движения. Вокруг главного корпуса сооружается автодорога с шириной проезжей части 7 м. Предусматриваются автомобильные въезды с постоянного и временного торцов в котельное и турбинное отделение

1.3 Эффективность компоновки генерального плана

Коэффициент полезной площади,

, (1)

где S _зд.– площадь занимаемая зданиями и сооружениями, находим по формуле ( 2 ) S_зд=15,6 Га, S_пл- площадь занимаемая станцией в пределах ограды S_пл=31.4 Га;

 , (2)

где S _{гл.корп}-площадь занимаемая главным корпусом, S_{гл.корп}=2.2 Га, S_уг.скл =3.6 Га, площадь занимаемая угольным складом,S_ММХ =0.8 Га площадь занимаемая мазутно-маслянным хозяйством, S_ОРУ =7.2 Га, площадь занимаемая ОРУ, S_ОВК =0,05 Га площадь занимаемая ОВК, S_склад=0,2Га, плщадь занимаемая складом, S_компр=0.01 Га, площадь занимаемая компресорной, S_хим.оч=0.06 Га, площадь занимаемая химической водоочисткой, S_прох=0.004 Га, площадь занимаемая проходной.

.

Коэффициент съема продукции, МВт/га,

, (3)

где Р_СТ – мощность станции, МВт; S_пл- площадь занимаемая станцией в пределах ограды S_пл=31.4 Га;

 МВт/га.

Удельный отвод земли

, (4)

где S_ОБЩ – общая площадь занимаемая станцией, га. по формуле (5)

S_общ= S_пл +S_пос +S_зшу +S_лэп , (5)

Где S_пл- площадь занимаемая станцией в пределах ограды S_пл=31.4 Га;

S_пос- площадь занимаемая поселком S_пос=150 Га;

S_зш- площадь занимаемая золоотвалом S_зш=27 Га;

S_лэп- площадь занимаемая ЛЭП S_лэп= 3,9 Га;

S_общ=31.4+150+27+3,9 =212,3 Га,

 га/МВт.

2 Выбор основного энергетического оборудования КЭС

2.1 Выбор турбин и котло-агрегатов

Основным энергетическим оборудованием являются парогенераторы, турбины и электрогенераторы. Выбираем турбины К-200-130 по условию 6

Р_т Р_г,                          (6)

Так как установленная мощность станции N_у=1200МВт требуется установка 6-и турбин К-200-130. Характеристика турбины приведена в таблице 2

Таблица 2. Основные характеристики турбины К-200-130

Количество парогенераторов определяется типом выбранных турбин и структурной технологической схемой соединения основного энергетического оборудования электростанции. Единичная мощность парогенераторов выбирается на основании расхода пара.

Выбираем парогенератор Е-640-13.8КЖ характеристики котла приведены в таблице 3.

Таблица 3. характеристики котла Е-640-13.8КЖ

Таблица 3. продолжение

2.2 Выбор вспомогательного оборудования

Таблица 4 Деаэратор

Таблица 5 Эжектор

Таблица 6 Подогреватели низкого давления

Таблица 7 Подогреватели высокого давления

Таблица 8 Конденсатор

Таблица 9 Конденсатный насос

3 КОМПОНОВКА ГЛАВНОГО КОРПУСА КЭС

3.1 Плановая компоновка главного корпуса

При разработке компоновки главного корпуса, прежде всего, необходимо решить вопрос о количестве отделений и их взаимном расположении. Из опыта проектирования известно, что этот вопрос решается неоднозначно даже при одном и том же типе основного оборудования и виде топлива.

Плановая компоновка турбинного отделения зависит от расположения в нем турбоагрегата. Турбоагрегата располагается в турбинном отделении поперечно.

Пролет турбинного отделения

,         м (7)

где L_ТА – длина турбоагрегата, м (5 ) , L_ТА=37,4 м.

 м.

Пролет котельного отделения

,м (8)

где D_K – глубина котла , D_K=19 м.

м.

Принимаем пролет турбинного и котельного отделения кратным 3. L_то = 45м, L_ко =30 м.

Пролет бункерно-деаэраторного отделения L_БДО может изменяться от 9 до 15 м. Принимаем L_БДО=12 м

 Длина технологической секции определяется шириной котла с учетом размещения вспомогательного оборудования, подвода циркуляционных трубопроводов к конденсаторам и их обслуживания. Длинна технологической секции L_тс должна быть кратна шагу колонн В_к. принимаем шаг колонн 12 м.

Длина технологической секции

 L_тс=n В_к , м (9)

Где В_к-шаг колонн принимаем 12м, n-число пролетов

 L_тс=3 12 =36 м.

Количество монтажных площадок и их размеры на различных КЭС могут значительно отличаться из-за различного использования свободной площади в турбинном отделении на отметках пола и обслуживания турбоагрегатов.

L_МП=0,5× L_ТС,м, (10)

L_МП=0,5× 36=18 м..

Общая длина главного корпуса

L_ГК=n_БL_ТС+n_МПL_МП, м,(11)

где n_Б –количество блоков, n_Б =6; n_МП –количество монтажных площадок, n_МП =2.

,м

Общая длина отделения превышает максимально допустимый размер.

Так для основной территории европейской части России длина температурной секции не должна превышать, 174 м. Поэтому необходим температурный шов. Температурный шов будет находиться на расстоянии 132 м от постоянного торца

3.2 Высотная компоновка турбинного отделения

Рисунок1 – Плановая компоновка турбинного отделения

Предварительно принимаем два крана КС-160/32

Принимаем отметку обслуживания турбоагрегата Н_ОБС =9,6 м

Необходимая расчетная высота подьёма над отметкой обслуживания

Н_ПОД =Н_ОБ + Н_СТР + Н_ЗАП, (12)

где Н_ОБ –максимальное значение из высот ПВД и ПНД, Н_ОБ =8,86; Н_СТР –высота стропов, принимаем ориентировочно равным диаметру ПВД или ПНД, Н_СТР =2,464; Н_ЗАП – высота запаса, принимаем Н_ЗАП =0,5 м.

Н_ПОД =8,86+2,464+0,5=11,824 м.

Отметка головки рельса

Н_Г.Р*=Н_ОБС +Н_ПОД +h_КР, (13)

где h_КР – расстояние по высоте от головки рельса до верхнего положения крюка основного подъема, h_КР =1,95 м.

Н_Г.Р*=9,6+11,824+1,95=23,374 м.

Определяем высоту отметки подкрановой консоли

Н_П.К*= Н_Г.Р*– h_Р – h_П.Б, (14)

где h_Р – высота кранового рельса, h_Р =0,17 по (5 ); h_П.Б – высота подкрановой балки, h_П.Б =1,5 м по ( 5 ).

Н_П.К*= 23,374-0,17-1,5=21,08 м,

Принимаем Н_П.К =24 м кратное 300 мм.

Уточняем окончательное значение отметки головки рельса, м,

Н_Г.Р =Н_П.К +h_Р +h_П.Б, (15)

Н_Г.Р =24+1,5+0,17=25,67 м.

Отметка верха колонн, м,

Н_В.К=Н_Г.Р+Н_К+a₁, (16)

где Н_К – высота крана, Н_К=5,5 м; a₁– допустимое приближение крана к стропильным конструкциям, a₁=0,1 м.

Н_В.К=25,67+5,5+0,1=31,27 м.

Высота верхней части колонны по отношению к отметке подкрановой консоли определяется, м,

h_В.Ч.К=Н_В.К – Н_П.К, (17)

h_В.Ч.К=31,27-24=7,27 м.

Высота нижней части колонны, м,

Н_Н.Ч.К=Н_П.К –t_П +t_Б.К, (18)

где t_Б.К =0,6,...1,0 м – заглубление базы колонны ниже уровня пола, принимаем t_Б.К =0,8 м; t_П – отметка пола конденсационного подвала, принимаем t_П =0 м.

Н_Н.Ч.К=24–0+0,8=24,8 м

Полная высота колонны, м,

Н_К= Н_В.Ч.К+ Н_Н.Ч.К, (19)

Н_К= 7,27+24,8=32,07 м.

 При шаге В_К=12 м и Q_К>100 т принимаем h_В.К =750 мм, a=500мм

Высота сечения нижней части колонны, м,

h_Н.К= а+m₁+а/2, (20)

m₁=В₂+0,075+h_В.К –а (21)

m₁=0,5+0,075+(0,75–0,5)=0,825 м.

h_Н.К=0,5+0,825+0,5/2=1,575 м.

Условие жесткости для верхней части колонны,

 и ,

, 0,1>0,083 – условие жесткости для верхней части колонны выполняется.

, 0,06>0,045 – условие жесткости для нижней части колонны выполняется.

Требуемый пролет крана, м,

L_К= L_ТО – (m₁+m₂), (22)

m₂=В₂+0,075, (23)

m₂=0,+0,075=0,575 м.

L_К= 45– (0,825+0,575)=43,6 м.

3.3 Высотная компоновка котельного отделения

 Принимаем два крана КМ-50

Отметка головки рельса, м,

Н_Г.Р*-Н_ОБС.К –H_под-Н_хб-0,52,1, (24)

где высота обслуживания котла, принимаем её равной высоте котла Н_ОБС.К =52м. Н_под-высота подвесок котла, . Н_под=4,5м, Н_хб-высота хрептовых балок , Н_хб=9м.

Н_Г.Р*=2,1+52+4,5+9+0,5=68,1 м.

Отметка подкрановой консоли, по(14 ) м,

Н_П.К*= 68,1-0,17-1,5=66,43 м,

Принимаем Н_П.К =69 м кратное 300 мм.

Уточняем окончательное значение отметки головки рельса, м,

Н_Г.Р =69+1,5+0,17=70,67 м.

Определяем отметку верна колонн, м,

Н_В.К=70,67+4,5+0,1=75,27 м.

 Высота верхней части колонны по отношению к отметке подкрановой консоли определяется,

h_В.Ч.К=75,27-69=6,27 м.

Высота нижней части колонны, м,

Н_Н.Ч.К=69+0,8=69,8 м,

Полная высота колонны, м,

Н_К= 6,27+69,8=76,07 м.

При шаге В_К=12 м и Q_К=50 т принимаем h_В.К =750 мм, a=500мм

 Высота сечения нижней части колонны, м,

 h_Н.К= а+m1+а/2, (25)

где а– привязка колонны к продольной оси, при h_В.К =750 мм принимаем а=500 мм; m1–привязка оси подкрановой балки и рельса к оси колонны.

m₁=0,4+0,075+(0,75–0,5)=0,725 м.

h_Н.К=0,5+0,725+0,5/2=1,475 м.

Принятые сечения колонн проверяются по условию жесткости колонны.

Проверяем выполнение условий жесткости для верхней и частей колонны,

, 0,12>0,083 – условие жесткости для верхней части колонны выполняется

, 0,02<0,045 – условие жесткости для нижней части колонны не выполняется, поэтому увеличиваем h_Н.К до 3 м.

m₂=0,4+0,075=0,475 м.

Требуемый пролет крана, м,

L_К= 30– (0,725+0,475)=28?8 м.

3.4 Высотная компоновка бункерно-деаэраторного отделения

Отметка верха колонн, м,

Н_К.ДО= Н_П.Д+ Н_Ф.Д + Н_Д + Н_СТР + Н_К + h_П.Б, (26)

где Н_П.Д – отметка перекрытия под деаэратор, Н_П.Д =25,2 м; Н_Ф.Д –высота фундаментной рамы, принимаем Н_Ф.Д =0,6 м; Н_Д –высота деаэратора, Н_Д =6,9 м; Н_СТР –высота стропов, принимается равным диаметру колонки деаэраторов Н_СТР =2,4 м; Н_К – высота крана от верхнего положения крюка до низа подвесных монорельсов, Н_К=2,7 м; h_П.Б – высота подвесных балок, принимаем h_П.Б =0,5 м.

Н_К.ДО= 25,2+0,5+6,9+2,4+2,7+0,6=38,3 м.

Принимаем кран КМ-50

3.5 Выбор стропильных конструкций

Главный корпус проектируемой КЭС является зданием каркасного типа. Каркас здания, воспринимающий нагрузки от собственной массы конструкций, технологического и кранового оборудования, атмосферных и температурных воздействий, может выполнчться из железобетона, смешанным или стальным.

Каркас здания выполняем из сборного железобетона.

Все элементы колонн выполнены двутаврового сечения. Колонна ряда А выполняется из двух заводских элементов марки К156 сечением 600´1500. Колонна ряда Б выполняется из пяти заводских элементов марки К206 сечением 600´2000. Колонна ряда В выполняется из семи элементов марки К206 сечением 600´2000. Колонна ряда Г выполняется из шести элементов марки К246 сечением 600´2400.

Ригели принимаем марки Р186 двутаврового сечения 600´1800.Фермы принимаем унифицированные стальные марки ТФ-30 и ТФ-45. Характеристики ферм приведены в таблице 10.

Таблица10 Фермы стропильные

4 Крановое оборудование главного корпуса

4.1 Выбор кранов котельного, турбинного и бункерно-деаэраторного отделения

В главном корпусе электростанции краны предусматриваются для монтажа и ремонта оборудования и по характеру работы относятся к кранам легкого режима работы.

Количество и грузоподъемность кранов в турбинном отделении выбираются исходя из максимальной массы монтажных узлов турбоагрегата, а также общего количества обслуживаемых агрегатов.

В соответствии с массой наиболее тяжелых монтажных частей, принимаем в турбинном отделении два крана КС-160/32, в котельном отделении два крана КМ-50/10

Таблица11           Мостовые краны