Расчёт тепловой схемы энергетического блока с конденсационной турбиной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»

Расчёт теловой схемы энергетического блока с конденсационной турбиной

Иваново 2013

1. Задание к курсовой работе

Необходимо рассчитать тепловую схему турбоустановки (расход свежего пара на турбину, расход пара на регенеративные подогреватели, расход основного конденсата и питательной воды) и энергетические показатели работы блока в соответствии с исходными данными предложенного варианта.

Таблица 1. Перечень исходных данных для расчёта согласно варианту

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Величина
Параметры пара:
- давление свежего пара		МПа	12,8
- температура свежего пара		°C	550
- температура пара после промежуточного перегрева		°C	540
- давление пара в конденсаторе		кПа	4,0
Внутренний относительный КПД цилиндров турбины:
- ЦВД		%	86
- ЦСД		%	84
- ЦНД		%	81
Подогрев основного конденсата в ОЭ и СП:
- в охладителе эжекторов		оС	1
- в охладителе уплотнений		оС	1
Недогрев регенеративных подогревателей (ПНД, ПВД)		оС	8
Потери пара и конденсата в паротурбинном цикле		%	3
Энергетические показатели блока:
- КПД котла	к	%	93
- расход тепла на собственные нужды	рсн	%	3,5
Давление пара в регенеративных отборах:
- первый отбор пара (на П-8)		МПа	3,85
- второй отбор пара (на П-7)		МПа	2,6
- третий отбор пара (на П-6 и П-5)		МПа	1,42
- четвёртый отбор пара (на П-4)		МПа	0,54
- пятый отбор пара (на П-3)		МПа	0,27
- шестой отбор пара (на П-2)		МПа	0,125
- седьмой отбор пара (на П-1)		МПа	0,026



2. Краткое описание тепловой схемы блока К-210-130

Тепловая схема блока К-210-130 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная тепловая схема блока



3. Построение процесса расширения пара в h-s диаграмме

3.1 Давление пара в узловых точках процесса расширения

При построении процесса расширения пара в h-s диаграмме необходимо учитывать потери давления пара в устройствах парораспределения турбины (перепускные паропроводы, регулирующие, стопорные клапаны) вызванные процессом дросселирования (уменьшение давления пара без потери теплосодержания, т.е. с постоянной энтальпией).

Потери давления в устройствах парораспределения цилиндров принимаются по табл. 2.

Таблица 2. Потери давления в органах парораспределения турбины (для всех вариантов)

Источник потерь	Обозначение	Величина потери, %
Регулирующие и стопорные клапаны перед ЦВД		5
Паропроводы промежуточного перегрева пара		10
Регулирующие и стопорные клапаны перед ЦСД		5
Перепускные паропроводы из ЦСД в ЦНД		7

Давления пара в узловых точках процесса расширения составляют:

- на входе в ЦВД 12,8(1-0,05)=12,16 МПа;

- после промежуточного перегрева пара 2,6(1-0,10)=2,34 МПа;

- на входе в ЦСД 2,34(1-0,05)=2,223 МПа;

- на входе в ЦНД 0,125(1-0,07)=0,11625 МПа.



3.2 Параметры пара в узловых точках

Энтальпия свежего пара:

h₀ = 3468 кДж/кг.

Энтальпия пара в конце адиабатного процесса расширения в ЦВД:

h_2а = 3032 кДж/кг.

Энтальпия пара в конце реального процесса расширения в ЦВД:

3468-(3468-3032)0,86=3093,04 кДж/кг,

Энтальпия пара после промежуточного перегрева пара:

h_пп =3552 кДж/кг.

Энтальпия пара в конце адиабатного процесса расширения в ЦСД:

h_6а =2772 к Дж/кг.

Энтальпия пара в конце реального процесса расширения в ЦСД:

3552-(3552-2772)0,84=2896.8 кДж/кг,

Энтальпия пара в конце адиабатного процесса расширения в ЦНД:

2404 кДж/кг.

Энтальпия пара в конце реального процесса расширения в ЦНД:

2896.8-(2896.8-2404)0,81=2497,6 кДж/кг,

Суммарный теплоперепад в проточной части турбины составляет:

(3468-3093,04)+(3552-2497.6)=1429,36 кДж/кг.



Повышение энтальпии пара в промежуточном пароперегревателе:

3552-3093.6=458.2 кДж/кг.

3.3 Определение энтальпий пара в отборах турбины

После построения процесса расширения пара в турбине необходимо определить энтальпии пара в отборах на регенеративные подогреватели. Для этого в h-s диаграмме находим точки пересечения построенного процесса и изобар, соответствующих давлению пара в регенеративных отборах Р_i. В найденных на h-s - диаграмме точках определяем энтальпии и температуры.

В том случае, если регенеративный отбор осуществляется в зоне влажного пара (ниже линии х=1), то температуру пара в камере отбора определить не удастся, вместо неё необходимо найти степень сухости пара в этой точке. турбина тепловой конденсационный подогреватель

Рис. 2. Процесс расширения пара в проточной части турбины



Таблица 3. Параметры пара в отборах турбины

Номер	Наименование подогревателя	Давление в камере отбора, МПа	Температура (влажность) пара в камере отбора, оС	Энтальпия пара в камере отбора, кДж/кг
1	ПВД-8	3,85	385	3176
2	ПВД-7	2,6	340	3093,04
3	ПВД-6, деаэратор	1,42	490	3452
4	ПНД-4	0,54	420	3308
5	ПНД-3	0,27	330	3128
6	ПНД-2	0,125	260	2996
7	ПНД-1	0,026	130	2730

4. Баланс пара и питательной воды

4.1 Баланс пара (для всех вариантов)

Паровой баланс турбины с регенеративными отборами:

,

где - расход свежего пара на турбину; - регенеративные отборы пара; - протечки пара через уплотнения; - отборы пара на собственные нужды станции; - утечки пара в турбоустановке; - расход пара в конденсатор.

Принимаем: =0, =0, =0.

Получаем упрощенное выражение для расчёта :

.

4.2 Баланс питательной воды

Расход питательной воды на котёл определяется из уравнения:

,

где - расход добавочной воды.

Поток питательной воды необходимо дополнить таким количеством добавочной воды , которое восполнит потери пара и конденсата (в том числе с продувочной водой) в паротурбинном цикле станции (см. п. 1).

Расчёт расхода добавочной воды:

0,03.

Общее выражение для расчёта расхода питательной воды:

+0,03=1,03.



5. Определение параметров пара, питательной воды и конденсата по элементам ПТС

5.1 Параметры пара в корпусе регенеративных подогревателей

Давление в камерах отборов турбины выше, чем давление пара перед подогревателями. Это связано с потерей давления в паропроводах на трение и местные сопротивления. Потери давления в паропроводах принимаются по данным табл. 4.

Таблица 4. Потери давления пара в паропроводах (для всех вариантов)

№ отбора	Наименование подогревателя	Величина потерь давления
I отбор	П-8	3%
II отбор	П-7	4%
III отбор	П-6, деаэратор	5%
IV отбор	П-4	6%
V отбор	П-3	7%
VI отбор	П-2	8%
VII отбор	П-1	9%

Определяем давления пара в корпусе каждого регенеративного подогревателя по известным давлениям в отборах турбины и потерям в паропроводах :

П-8 3,85(1-0,03)=3,7345 МПа;

П-7 2,6(1-0,04)=2,496 МПа;

П-6 1,42(1-0,05)=1,349 МПа;

П-5 МПа (для всех вариантов);

П-4 0,52(1-0,06)=0,5076 МПа;

П-3 0,27(1-0,07)=0,2511 МПа;

П-2 0,125(1-0,08)=0,115 МПа;

П-1 0,026(1-0,09)=0,02366 МПа.

По найденным давлениям пара находим параметры насыщения (температуру и энтальпию) в корпусе регенеративных подогревателей и конденсатора, которые соответствуют параметрам сливаемого из подогревателей конденсата:

П-8 246,5 ^оС 1068.2 кДж/кг;

П-7 223.8 ^оС 961.9 кДж/кг;

П-6 193.35 ^оС 822.2 кДж/кг;

П-5 164,9 ^оС 697,1 кДж/кг;

П-4 153.3^оС 646.5 кДж/кг;

П-3 127.43^оС 535,4 кДж/кг;

П-2 103.3^оС 434.5 кДж/кг;

П-1 64.1 ^оС 268,6 кДж/кг;

конденсатор 29°С 121,4кДж/кг.

5.2 Давления основного конденсата и питательной воды после подогревателей

Для определения давления основного конденсата и питательной воды за подогревателями вначале необходимо найти давления на нагнетании конденсатных и питательных насосов.

В рассматриваемой схеме установлены две группы конденсатных насосов и одна группа питательных насосов:

- КЭН I с насосами типа КсВ 500-85 (подача 500 т/ч, напор 85 м.в.ст);

- КЭН II с насосами типа КсВ 320-160 (подача 320 т/ч, напор 160 м.в.ст);

- ПЭН с насосами типа ПЭ 380-185 (подача 380 т/ч, напор 2030 м.в.ст).

5.2.1 Расчёт конденсатных и питательных насосов

Напор насосов определяется по формуле, м.в.ст:

,

где - давление воды на выходе из насоса (нагнетание); - давление воды на входе в насос (всас).

Давление на всасе насоса определяется по формуле:

=,

где - давление столба жидкости перед насосом (для всех вариантов у КЭН I _ 4 м.в.ст, у КЭН II - 5 м.в.ст, у ПЭН - 21 м.в.ст); - давление в корпусе подогревателя из которого вода попадает в насос (в конденсаторе для всех вариантов , в П-2, в деаэраторе Pi=P`₆ = 0.115 Мпа для всех вариантов ).

Определяем давление на всасе конденсатных насосов:

КЭН I (для всех вариантов);

КЭН II 164033,25Па;

ПЭН (для всех вариантов).

Определяем давление на нагнетании конденсатных насосов:

КЭН I (для всех вариантов); КЭН II 1733097,25 па=1,733 Мпа; ПЭН (для всех вариантов).



5.2.2 Давления основного конденсата и питательной воды после подогревателей

Давления основного конденсата и питательной воды после подогревателей определяются по найденным давлениям на нагнетании конденсатных и питательных насосов, а также гидравлическим сопротивлениям подогревателей (см. табл. 5).

Таблица 5. Гидравлические потери давления в подогревателях (для всех вариантов)

Наименование Подогревателя	Обозначение	Размерность	Величина потерь
ОЭ		МПа	0,05
ОУ		МПа	0,05
ПНД		МПа	0,10
ПВД		МПа	0,50

Находим давления основного конденсата и питательной воды:

за ОЭ 0,873-0,05=0,823 МПа;

за П-1 0,823-0,1=0,723 МПа;

за ОУ 0,723-0,05=0,673 МПа;

за П-2 0,115 МПа;

за П-3 1,733-0,1=1,633 МПа;

за П-4 1,633-0,1=1,533 МПа;

за П-5 МПа (для всех вариантов);

за П-6 20,813-0,5=20,313 МПа;

за П-7 20,313-0,5=19,813 МПа;

за П-8 19,813-0,5=19,313 МПа.



5.3 Температуры основного конденсата и питательной воды после подогревателей

5.3.1 Подогреватели смешивающего типа

Температуры основного конденсата и питательной воды за подогревателями смешивающего типа:

за П-2 103,3 ^оС;

за П-5 164,9 ^оС.

5.3.2 Подогреватели поверхностного типа

Определяем температуры основного конденсата и питательной воды за подогревателями:

за ОЭ 29+1=30 С;

за П-1 64,1-8=56,1 С;

за ОУ 56,1+1=57,1 С;

за П-3 127,43-8=119,43 С;

за П-4 153,3^-8=145.3 С;

за П-6 193,35-8=185,35 С;

5.4 Энтальпия основного конденсата и питательной воды после подогревателей

Энтальпия основного конденсата и питательной воды за каждым подогревателем определяется по таблице III [2] по известным температуре и давлению воды:



за ОЭ 0,823 МПа 30 ^oC 137,7 кДж/кг;

за П-1 0,723 МПа 56,1 ^oC 243,43 кДж/кг;

за ОУ 0,673 МПа 57,1^oC 252,71 кДж/кг;

за П-2 0,115 МПа 103,3 ^oC 426,4 кДж/кг;

за П-3 1,633 МПа 119.43^oC 512,6 кДж/кг;

за П-4 1,533 МПа 145,3 ^oC 618,44 кДж/кг;

за П-5 0,700 МПа 164,9 ^oC 697,2кДж/кг(для всех вариантов);

за П-6 20,313 МПа 185,35^oC 803,4 кДж/кг;

за П-7 19,813 МПа 215,8^oC 933,9 кДж/кг;

за П-8 19,313 МПа 238,5^oC 1034,64 кДж/кг.

5.5 Повышение энтальпии воды в питательных насосах (для всех вариантов)

При перекачивании воды питательным насосом часть механической энергии вращения лопастей насоса переходит в потенциальную энергию перекачиваемой воды, т.е. вода нагревается.

В конденсатных насосах основной конденсат также нагревается, но незначительно, поэтому в расчёте подогрев воды в КЭН I, II не учитывается.

Повышение энтальпии в питательных насосах определяется по формуле, кДж/кг:

,

где м.в.ст; - средний удельный объём воды в насосах; - КПД насосов.

Средний удельный объём воды в питательных насосах определяется по таблице III [2], м³/кг:

,

где - среднее давление воды в насосе; - температура воды на входе в насос.

Определяем средний удельный объём воды в питательных насосах:

МПа;

^oC;

м³/кг.

Находим повышение энтальпии в питательных насосах:

кДж/кг

Энтальпия питательной воды за ПЭН с учетом подогрева воды в питательных насосах составит:

кДж/кг.

6. Расход пара на подогреватели высокого давления

6.1 Описание группы ПВД

Расчётная схема группы ПВД и необходимые для расчёта величины показаны на рис. 3.

Рис. 3. Расчётная схема группы ПВД

6.2 Расчёт расхода пара на П-8

Составляем уравнение теплового баланса:



;

.

6.3 Расчёт расхода пара на П-7

Составляем уравнение теплового баланса:

;

;

.

6.4 Расчёт расхода пара на П-6

Составляем уравнение теплового баланса:

;

;

.

Суммарный расход конденсата греющего пара трех ПВД составляет:

.

7. Расчёт деаэратора питательной воды

7.1 Описание деаэратора питательной воды

Расчёт расхода пара на деаэратор производится из уравнений теплового и материального баланса. Расчётная схема деаэратора показана на рис. 4.

Рис. 4. Расчётная схема деаэратора

7.2 Расчёт выпара деаэратора (для всех вариантов)

Величину выпара принимаем равной 2 кг на тонну деаэрированной воды для всех вариантов: .

Энтальпию выпара для всех вариантов принимаем по параметрам насыщения в корпусе деаэратора (МПа):

кДж/кг.



7.3 Расчёт расхода пара на деаэратор

Материальный баланс деаэратора:

;

;

.

Тепловой баланс деаэратора:

;

;

;

;

.

8. Расчет подогревателей низкого давления

8.1 Описание группы ПНД

Расчётная схема подогревателей низкого давления показана на рис. 5.

Рис. 5. Расчётная схема подогревателей низкого давления



8.2 Расхода пара на П-4

Составляем уравнение теплового баланса:

,

где (см. п. 7.3).

Определяем расход греющего пара на П-4:

8.3 Расхода пара на П-3

Составляем уравнение теплового баланса:

.

Определяем расход греющего пара на П-3:

8.4 Расхода пара на П-2

П-2 является подогревателем смешивающего типа, поэтому для его расчета необходимо записать уравнения теплового и материального балансов:

материальный баланс

;

тепловой баланс

Определяем расход греющего пара на П-2:

.

8.5 Расхода пара на П-1

Составляем уравнение теплового баланса:

,

Определяем расход греющего пара на П-1:

9. Определение расхода пара в конденсатор

9.1 Баланс конденсатора по пару

Согласно расчетной тепловой схеме, представленной на рис. 1, и выполненным расчетам по определению расходов пара на регенеративные подогреватели, расходы пара в отборы турбины равны:

первый отбор

второй отбор

третий отбор

четвёртый отбор

пятый отбор

шестой отбор

седьмой отбор

Всего

В конденсатор со стороны турбины поступает количество пара, равное (см. п. 4.1):

,

9.2 Баланс конденсатора по основному конденсату

Определяем расход пара в конденсатор по балансу основного конденсата:



9.3 Погрешность расчёта

Определяем погрешность расчёта:

Поскольку погрешность составляет менее 1 %, то расчёт выполнен правильно.



10. Определение расхода пара на турбину

10.1 Энергетическое уравнение мощности

Расход свежего пара на турбину определяем из уравнения мощности, кг/с:

,

где d_э - удельный расход пара на энерговыработку; у_i - коэффициенты недовыработки мощности паром в регенеративных отборах турбины, - расходы пара в регенеративные отборы турбины.

Удельный расход пара на энерговыработку определяется по формуле:

кг/МДж,

где - суммарный теплоперепад в проточной части турбины (см. п. 3.2); - механический КПД турбины (для всех вариантов 0,996); - КПД генератора (для всех вариантов, 0,988).

Производим подсчет коэффициентов недовыработки мощности:

первый отбор

второй отбор

третий отбор

четвёртый отбор

пятый отбор

шестой отбор

седьмой отбор

Определяем произведение y_iD_i для каждого отбора пара:

первый отбор ;

второй отбор ;

третий отбор ;

четвёртый отбор ;

пятый отбор ;

шестой отбор ;

седьмой отбор ;

Всего

Подставляем найденные значения в уравнение мощности:

кг/с или т/ч.

10.2 Баланс мощностей турбины

Подсчитываем, какую мощность выработал пар, отбираемый на регенерацию, в турбине. Полученное значение суммируем с мощностью, выработанной конденсационным потоком пара (поток пара, проходящий через всю турбину в конденсатор) в турбине.

, МВт,

где - срабатываемый теплоперепад пара в турбине до отбора на регенерацию.

Мощность пара, выработанная в турбине паром, кВт:

первый отбор

второй отбор

третий отбор

четвёртый отбор

пятый отбор

шестой отбор

седьмой отбор



конденсатор

.

Всего

Определяем расход пара на турбину:

кг/с.

10.3 Погрешность расчёта

Невязка расчёта составляет:

Если погрешность составляет меньше 1 %, то расчёт выполнен правильно.

11. Расходы пара, питательной воды и основного конденсата в численном выражении

По известному определяем расходы пара на подогреватели системы регенерации турбины (табл. 6), а также основные потоки питательной воды и конденсата (табл. 7).

Таблица 6. Расходы пара на подогреватели и из отборов турбины

Наименование потока пара	Обозначение	Метод определения	Расход пара
			кг/с	т/ч
Первый отбор			8.244	29.678
Второй отбор			10.649	38.335
Третий отбор		+	7.901	28.442
Четвёртый отбор			6.183	22.259
Пятый отбор			4.637	16.694
Шестой отбор			8.759	31.533
Седьмой отбор			5.668	20.040
Промежуточный перегрев			157.323	566.363

Таблица 7. Основные потоки питательной воды и конденсата

Наименование потока	Обозначение	Расход питательной воды и конденсата
		кг/с	т/ч
Расход добавочной воды цикла котлов		2.576	9.274
Расход питательной воды		175.185	630.666
Расход основного конденсата через КЭН-I		128.705	463.338
Расход основного конденсата через КЭН-II		148.216	533.578

12. Определение энергетических показателей

1. Расход тепла на турбоустановку, ГДж/ч:

,

где - энтальпия питательной воды на входе в котёл; - энтальпия добавочной воды цикла котлов (для всех вариантов принять равной 100 кДж/кг). ГДж/ч.

2. Удельный расход теплоты на турбоустановку:

, кДж/кВт ч,

где - номинальная мощность турбины (для всех вариантов принять равной 210 МВт).

3. Абсолютный электрический КПД турбоустановки:

(42.6 %).

4. Тепловая нагрузка парового котла, ГДж/ч:

.

ГДж/ч.

5. КПД транспорта теплоты:



(99.5 %).

6. Количество теплоты топлива, сожжённого паровым котлом:

ГДж/ч,

где - КПД парового котла (см. п. 1).

7. КПД энергоблока (электростанции) брутто:

( 39 %).

8. КПД энергоблока нетто:

( 37.4 %),

где - расход тепла на собственные нужды (см. п. 1).

9. Удельный расход условного топлива нетто:

г/кВт ч.

Размещено на Allbest.ru

...