Расчет турбоустановки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПИСАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ С ТУРБИНОЙ Т-110/120-12,8-5

Паровая теплофикационная турбина Т-100/120-12,8-5 с конденсационной установкой и двумя регулируемыми отопительными отборами пара предназначена для непосредственного привода турбогенератора и отпуска тепла для нужд отопления.

Основные показатели турбины Т-100/120-12,8-3.

Таблица 1 Заводские показатели турбоустановки

№	Показатель	Размерность	Значение
1	Завод-изготовитель	-	АО ТМЗ
2	Номинальная мощность	МВт	110
3	Максимальная мощность	МВт	120
4	Начальное давление	МПа	13,0
5	Начальная температура	оС	555
6	Максимальное давление в верхнем теплофикационном отборе	МПа	0,25
7	Номинальный расход сетевой воды	м3/ч	16000
8	Число регенеративных отборов пара	-	7
9	Номинальный расход пара	т/ч	480
10	Максимальный расход пара	т/ч	485
11	Номинальный отпуск теплоты	Гкал/ч	175,0
12	Максимальный отпуск теплоты	Гкал/ч	184,0
13	Число оборотов	об/мин	3000

Система регенеративного подогрева турбины предусматривает подогрев основного конденсата и питательной воды последовательно в охладителях основных эжекторов (ЭО), охладителе эжектора отсоса пара из уплотнений (ЭУ), сальниковом подогревателе (СП), четырёх подогревателях низкого давления (ПНД), деаэраторе (5,87 бар) и трёх подогревателях высокого давления (ПВД). Регенеративный подогреватель ПВД-7 питается паром из выхлопа ЦВД. На подогреватель ПВД-5 и деаэратор пар поступает из отбора №3 из ЦСД. Подогреватель ПНД-2 питается паром верхнего отопительного отбора, а подогреватель ПНД-1 - паром нижнего отопительного отбора. ПВД имеют встроенные охладители пара и дренажа. Дренажи ПВД каскадно сливаются в деаэратор. Имеется возможность слива дренажа из ПВД-6 непосредственно в деаэратор, а также возможность слива дренажей ПВД в ПНД-4. Дренаж ПНД-4 сливается в ПНД-3, а оттуда совместно с дренажом ПНД-3 сливным насосом подаётся в линию основного конденсата между этими подогревателями. Дренаж ПНД-2 сливается на всас дренажного насоса ПСГ-2. Дренаж ПСГ-2 подаётся насосом в линию основного конденсата между ПНД-3 и ПНД-2. Дренаж ПНД-1 сливается в корпус ПСГ-1. Дренаж ПСГ-1 подаётся насосом в линию основного конденсата между ПНД-2 и ПНД-1. В конденсатор поступают дренажи сальникового подогревателя и охладителей эжекторов. Существует линия рециркуляции основного конденсата через охладители эжекторов, сальниковый подогреватель и клапан управления рециркуляцией (КУР) в конденсатор.

Конденсат из конденсатора турбины подаётся конденсатными насосами через охладители эжекторов, сальниковый подогреватель, клапан управления рециркуляцией и группу ПНД в деаэратор. Питательная вода из деаэратора поступает к питательному насосу, который подаёт её в паровой котёл через группу ПВД. Пар из уплотнений турбины и её арматуры подаётся в ПВД-7, ПНД-4 и сальниковый подогреватель. Паровоздушная смесь из концевых камер уплотнений отсасывается эжектором уплотнений.

В схеме турбоустановки предусмотрен ступенчатый подогрев сетевой воды во встроенном пучке конденсатора, сетевых подогревателях ПСГ-1 (пар берётся из нижнего теплофикационного отбора за 23-й ступенью) и ПСГ-2 (пар берётся из верхнего теплофикационного отбора за 21-й ступенью). В схеме предусматривается применение пиковых водогрейных котлов КВГМ-180 для подогрева сетевой воды до 150 ^оС.

СХЕМЫ ТУРБОУСТАНОВКИ В СРЕДЕ "EXCEL"

Данный расчёт является инженерным поверочным расчётом тепловой схемы энергоблока Т-110-130-5. Расчёт выполняется в среде Excel, однако предварительно необходимо произвести работу по аналитическому выводу расчётных формул и определению давлений в камерах верхнего и нижнего теплофикационных отборов.

Структура расчёта:

· расчёт давлений в камерах верхнего и нижнего теплофикационных отборов;

· предварительный расчёт энтальпии пара по ходу проточной части турбины;

· итеративный расчёт системы регенеративного подогрева;

· расчёт основных технико-экономических показателей энергоблока.

Исходные данные к расчёту:

расход охлаждающей воды G_ов = 8000 м³/ч;

температура охлаждающей воды t_ос = 19 ^оС;

теплофикационная нагрузка Q_т = 192 МВт;

доля нагрузки горячего водоснабжения _гвс = 0,25;

расходы пара через отсеки, давления в камерах отборов и КПД отсеков в опорном режим (табл. 2).

Таблица 2

Номер отбора	Ступени турбины	Давление в камере отбора в опорном режиме, МПа	Расход пара через отсек в опорном режиме, кг/с	КПД отсека в опорном режиме
Свежий пар			125,0
РС	1	7,780	124,47	0,632
1	2-9	3,110	123,39	0,831
2	10-12	2,119	117,60	0,82
3	13-14	1,138	110,36	0,842
4	15-17	0,535	104,28	0,848
5	18-19	0,289	101,50	0,85
6	20-21	0,1275	97,19	0,833
7	22-23	0,0644	59,44	0,847
На выхлопе турбины		0,00294	8,166	-

Расчет листа «Теплофикационная Установка»

Температуры обратной сетевой воды равна 62,7 ⁰С. Это значение определяю по значению б_ГВС из номограммы для построения графика температуры обратной сетевой воды в зависимости от доли нагрузки горячего водоснабжения. Значение энтальпии сетевой воды за ПСГ-2 определяю, зная б_ТЭЦ:

Оценив давление сетевой воды за ПСГ2 и зная энтальпию определяю температуру сетевой воды за ПСГ-2.

С учетом величины недогрева и_ПСГ2 (4,5 ⁰С) определяется температура насыщения и давление в корпусе ПСГ-2

t"_ПСГ2 = t_ПСГ2+и_ПСГ2 P_ПСГ2=f(t"_ПСГ2)

Приняв величину потери давления в линии отбора на ПСГ 2 равной Др=7%,определяю давление в верхнем теплофикационном отборе.

Для расчета давления пара в камере нижнего теплофикационного отбора задаюсь двумя итеративными переменными: удельной теплотой отдаваемой паром в ПСГ-1 (q_ПСГ1) (затем уточняю после расчета листа «РегенСис») и расходом пара в ПСГ-1(D_ПСГ1). Также задаюсь расходом пара в конденсатор.

Задавшись, этими двумя итеративными величинами определяю значение энтальпию сетевой воды за ПСГ-1:

Зная давление сетевой воды за ПСГ-1 и ее энтальпию, определяю температуру сетевой воды.

С учетом величины недогрева и_ПСГ1 (5 ⁰С) определяется температура насыщения и давление в корпусе ПСГ-1

t"_ПСГ1 = t_ПСГ1+и_ПСГ1 P_ПСГ1=f(t"_ПСГ1)

Приняв величину потери давления в линии отбора на ПСГ 2 равной Др =5%,определяю давление в верхнем теплофикационном отборе.

Далее в нижней таблице рассчитываю величину давления в камере нижнего теплофикационного отбора через уравнение Стодола-Флюгеля:

Далее в нижней ячейке записываю разность между двумя значениями давления в нижних теплофикационных отборах, рассчитанных по уравнению Стодола-Флюгеля и через расход пара в ПСГ-1. После чего определяю истинный расход пара в ПСГ-1 методом итераций, которые осуществляю с помощью встроенной функции «Поиск решения» в Excel.

Критерием окончания итераций является значение разницы между давлениями менее 0.01%

Для расчета расхода пара в отсеке между двумя теплофикационными отборами задаюсь расходом пара в конденсатор, который затем определяю еще раз через пропускную характеристику диафрагмы:

Далее определяю разницу между принятым и рассчитанным значением расхода пара в конденсатор после чего провожу итерацию по расходу. Таким образом я провожу последовательно итерации по давлению и расходу.

Расчет листа «Насосы»

Питательный насос.

Определим давление в тракте после питательного насоса. Абсолютное давление воды на выходе из питательного насоса должно быть больше давления свежего пара на величину гидравлического сопротивления тракта от питательного насоса до стопорных клапанов турбины и величину геодезического подпора линии.

Расчётное давление на выходе питательного насоса:

Давление свежего пара: МПа.

Потери давления в трубопроводах свежего пара:МПа.

Потери давления в тракте парового котла: МПа.

Потери давления в трубопроводах питательной воды: МПа.

Потери давления в регулирующем питательном клапане (РПК): МПа.

Потери давления в группе ПВД: МПа.

Геодезический подпор в напорной линии:

Отметка уровня в барабане котла: м (котёл ТГМЕ-464).

Отметка оси питательного насоса: м.

Средняя плотность среды по тракту:

кг/м³.

Давление на входе в питательный насос:

Давление в деаэраторе: МПа.

Отметка уровня воды в баке деаэратора: м.

Отметка оси питательного насоса: м.

Плотность среды определим при температуре насыщения в деаэраторе: кг/м³.

Сопротивление линии от деаэратора до всасывающего патрубка ПН: МПа. Итак,

МПа.

Давление питательного насоса:

МПа.

Напор насоса:

м.

Расход питательной воды на котёл определяем из максимального расхода пара на турбину:

т/ч.

Подача насоса:

м³/с

По максимальному расходу питательной воды котла с запасом 5 % выбираем питательный насос ПЭ-580-195

Повышение энтальпии в проточной части насоса:

кДж/кг.

Средний объём среды в питательном насосе:

м³/кг.

Повышение температуры питательной воды в проточной части насоса:

Теплоёмкость воды при температуре и давлении на входе в питательный насос

кДж/кг^оС.

Конденсатный насос.

Определение давлений по тракту после конденсатных насосов.

Давление на входе в конденсатный насос:

Отметка конденсатосборника конденсатора м.

Отметка напорного патрубка конденсатного насоса вертикального исполнения м.

Давление на выходе из конденсатного насоса:

Давление в деаэраторе МПа.

Потеря давления в группе ПНД МПа.

Потеря давления в клапане управления рециркуляцией МПа.

Потеря давления в сальниковом подогревателе МПа.

Потеря давления в охладителях эжекторов МПа.

Потеря давления в трубопроводах МПа

Геодезический подпор в напорной линии конденсатного насоса:

Отметка патрубка входа основного конденсата в колонку деаэратора м.

Отметка напорного патрубка конденсатного насоса вертикального исполнения м.

Средняя плотность основного конденсата на участке от напора конденсатного насоса до входа в деаэратор:

Тогда

МПа.

.

Необходимый перепад давления, создаваемый конденсатным насосом:

МПа.

Максимальная подача насоса по конденсационному режиму кг/с, тогда подача конденсатного насоса:

м³/с

Необходимый напор конденсатного насоса м.

По максимальному расходу конденсата, давлениям на выходе и на входе выбираем конденсатный насос КсВ320-160-2. Его характеристики:

подача м³/ч;

напор м;

допустимый кавитационный запас 2.0 м;

частота вращения об/мин;

потребляемая мощность кВт;

КПД ;

Повышение энтальпии в конденсатном насосе:

кДж/кг.

Средний удельный объём перекачиваемого конденсата:

м³/кг.

Повышение температуры в конденсатном насосе:

. ^оС.

Температура основного конденсата после конденсатного насоса:

^оС.

Расчет листа «Давления, Энтальпии Отборов»

Вычисленные выше параметры воды конденсатно-питательного тракта будут использованы далее при расчёте регенеративной системы блока. Теперь можно переходить к первой итерации расчёта тепловой схемы в среде "Excel". Для этого на листе "Давления, энтальпии, отборы" в соответствующие ячейки заносятся давления в отборах, расходы через отсеки и КПД отсеков в опорном режиме, а также, с учётом заданной теплофикационной нагрузки, оцениваем расход пара в голову турбины 5,6 кг/с, который впоследствии (при определении расхода пара в конденсатор) может быть изменён в ту или иную сторону, и расчёт необходимо повторить, начиная с этого момента. Определяем отношение расходов пара в голову в расчётном и опорном режимах. Давление на выходе из регулирующей ступени вычисляется пропорционально отношению расходов свежего пара в расчётном и опорном режимах . Подставляем полученные ранее значения давлений в камерах верхнего и нижнего теплофикационных отборов, а также давление в конденсаторе.

На первой итерации расчёта давления в камерах отборов оцениваются по формуле Стодолы-Флюгеля, но вместо отношения расходов пара через отсеки используется отношение расходов пара в рассчитываемом и опорном режимах:

, где

,,,- давление на входе и выходе отсека в опорном и рассчитываемом режимах на первой итерации расчёта.

Оцениваем КПД отсеков в рассчитываемом режиме, принимая во внимание тот факт, что заметно могут измениться (по сравнению с опорным режимом) лишь КПД первого и последнего отсеков. Эти значения подставляются в соответствующие ячейки листа "Давления, энтальпии, отборы". Используя полученные значения давлений и КПД отсеков в рассчитываемом режиме с помощью специальных функций, связывающих Exсel с WaterSteamPro, которые имеют следующий вид:

Определение энтальпии через давление и температуру h=wspHPT(P*10^6;t+273)/1000

Определение энтропии через давление и температуру S=wspSPT(P*10^6;t+273)/1000

Определение степени сухости через температуру и энтальпию X=wspXSTH(t+273;h*10^3)

Определение температуры через давление и энтальпию T=wspTPH(P*10^3;h*10^3)-273, определяем значения энтальпий в отборах.

Теперь можно переходить к расчёту системы регенеративного подогрева и сетевых подогревателях. Для этого переходим на следующий лист, именуемый "Регенеративная система". Давление в подогревателях рассчитывается по формуле:

, где

- давление в подогревателе;

- давление в камере отбора на данный подогреватель;

- потеря давления в линии подвода греющего пара, %.

Таблица 3

Потери давления греющего пара в линиях на подогреватели.

Подогреватель	ПВД-7	ПВД-6	ПВД-5	ПНД-4	ПНД-3	ПНД-2	ПСГ-2	ПНД-1	ПСГ-1
,%	4	4	4	5	5	6	7	4	5

По давлению в подогревателе определяется температура насыщения в нём. Температура основного конденсата и питательной воды на выходе из ПНД и ПВД определяется с учётом недогрева:

.

Энтальпия дренажа конденсата греющего пара ПНД принимается, как энтальпия насыщения при давлении в подогревателе. Энтальпия дренажа ПВД определяется с учётом недоохлаждения по давлению в корпусе ПВД и температуре дренажа:

, где

- температура основного конденсата на входе в ПВД, ^оС;

- недоохлаждение дренажа ПВД, ^оС.

Энтальпия питательной воды на входе в ПВД-6 определяется по формуле:

, где

- энтальпия питательной воды на выходе из питательного насоса, кДж/кг;

- энтальпия насыщения воды на выходе из деаэратора, кДж/кг;

Энтальпия основного конденсата и питательной воды через подогреватели, а также расходы греющего пара и его конденсата находятся на основе решения уравнений материального и теплового балансов подогревателей и точек смешения путём занесения соответствующих формул в ячейки листа "Регенеративная система" (расчётные уравнения приведены ниже на отдельном листе).

При решении уравнений для С3, ПНД-4, С2, ПНД-3, С1, ПНД-2 и ПНД-1 приходится задаваться величиной энтальпии основного конденсата на входе в ПНД. В дальнейшем эта величина уточняется с использованием встроенной функции "Поиск решения" среды "Excel", так чтобы разность между значением энтальпии основного конденсата на входе в ПНД и энтальпии основного конденсата на выходе предшествующей этому ПНД точки смешения не превышала 0,005 кДж/кг.

На основе полученных значений расхода пара в подогреватели, а также значений протечек пара через уплотнения турбины (они приведены на листе "Регенеративная система"), получаем расходе пара через отсеки турбины на первой итерации. Эти значения рассчитываются в соответствующих ячейках листа "Итерации".

Вторая итерация расчёта регенеративной системы начинается с уточнения значений давлений пара в камерах отборов турбины на новом листе "Итерации", начиная с предшествующего верхнему теплофикационному отбору по формуле Стодолы-Флюгеля:

, где

,,,- давление на входе и выходе отсека в опорном и рассчитываемом режимах на второй итерации расчёта; , - расход пара через отсек на второй итерации расчёта и в опорном режиме.

Энтальпия пара в отборах турбины на второй итерации рассчитывается с помощью специальных функций, связывающих Exсel с WaterSteamPro. Расчёт регенеративной системы на второй итерации проводится аналогично расчёту на первой итерации с использованием уточнённых значений давления пара в отборах турбины. Он приведён на листе "Регенеративная система 2". В результате расчёта получаем значения расходов пара по отсекам турбины. В силу того, что расчёт проводится итеративным методом, условием прекращения расчёта является значение итеративной разности расходов пара через отсеки равное 0.1 кг/с или меньше.

Расчет листа «РегенСис»

Ниже приведены формулы, вставляемые в ячейки листов "Регенеративная система", где определяется расход пара на каждый подогреватель. Эти формулы выведены из уравнений теплового и материального баланса подогревателей регенеративной системы энергоблока.

Расход пара в ПВД-7:

Расход пара в ПВД-6:

Расход пара в ПВД-5:



Из уравнений материальных балансов для ПВД-7, ПВД-6, ПВД-5:

Из уравнения материального баланса деаэратора:

Расход пара в деаэратор:

Расход пара в ПНД 4:

Из уравнения материального баланса ПНД-4:

Расход пара в ПНД-3:



Из уравнений материальных балансов ПНД-3 и С-3:

Из уравнения теплового баланса смесителя С-3:

Расход пара в ПСГ-2:

Расход пара на ПНД-2:

Уравнение материальных балансов ПНД-2, ПСГ-2, С-2:

Уравнения теплового баланса смесителя С-2:



Расход пара в ПСГ-1:

Расход пара в ПНД-1:

Из уравнений материальных балансов ПНД-1, ПСГ-1 и С-1:

Из уравнения теплового баланса С-1:

Энтальпия потока после сальникового подогревателя:

Расход по линии рециркуляции:



Расчет листа «ИтерPиDотсеков»

В верхнюю таблицу утечек пара через уплотнения и значений их энтальпий заполняем данными.Значения энтальпий указываем в соответствии с местом утечек. Во вторую таблицу для итераций вносим данные для опорного и расчетного режимов с листа «ДэвлЭндОтб» соответственно. В столбец расходов пара через отсек для первой итерации вводим значения расходов через отсек, учитывая значения расходов пара на регенерацию, теплофикационных отборов и протечек соответственно. В результате получаем расход пара на выхлопе из турбины. Это значение сравниваем со значением, полученным по зависимости пропускной способности поворотной диафрагмы. На первой итерации отличие между ними равно 2,669 кг/с. Поэтому проводим 2-ую, 3-ю и 4-ю итерации. Для этого необходимо провести расчет заново, только при других значениях расхода пара в «голову» турбины (ими задаемся). Таким образом проводим итерации, добиваясь того, чтобы значение на выхлопе из турбины, рассчитанное на листе «ИтерPиhОтб» отличалось от расхода пара в конденсатор, рассчитанное на листе «ТеплофикУстан» не более чем на 0,1 кг/с. После проведения итераций заполняем последующие столбцы соответствующими данными и проверяем материальный баланс по расходу пара в конденсатор и из него.

Материальный баланс потоков, поступающих в конденсатор:

Расход конденсата из конденсатора равен:



Расчет листа «Мощность»

1. Расход теплоты на турбоустановку (без учета добавочной воды), кВт:

,

где -энтальпия питательной воды на выходе из группы ПВД, кДж/кг; - энтальпия свежего пара

2. Расход теплоты на сетевые подогревали:

,

где

,- энтальпия пара в верхнем и нижнем теплофикационных отборах, соответственно, кДж/кг.

3. Тепловая нагрузка сетевых подогревателей (по нагреваемой среде):

4. Контрольное значение КПД сетевых подогревателей

5. Полный КПД турбоустановки с генератором по совместному производству электроэнергии и теплоты, передаваемой сетевой воде:

,

где электрическая мощность на зажимах генератора, кВт

,

мощность турбины, кВт

где - теплоперепад в i-ом отсеке, кДж/кг.

6. Расход теплоты турбоустановкой на производство электроэнергии, кВт:

7. КПД турбоустановки с генератором по производству электроэнергии:

8.Удельный расход теплоты турбоустановкой на производство электроэнергии, кДж/кВт*ч:



9.Удельный расход пара турбоустановкой, кг/кВт*ч:

10.Удельная выработка электроэнергии по теплофикационному циклу (на внешнем тепловом потреблении), кВтч/Гкал:

,

где электроэнергия, вырабатываемая потоками пара уходящими в ПСГ, кВт

,

где _Г=0,987 и _М=0,99- КПД генератора и механический турбины. Для регулирующей ступени и отсеков до верхнего теплофикационного отбора мощность отсека, вырабатываемая паром, идущим в сетевые подогреватели, кВт:

,

Мощность промежуточного отсека, вырабатываемая паром, идущим в нижний сетевой подогреватель, кВт

где -теплоперепад промежуточного отсека, кДж/кг.

Показатели энергоблока (брутто)

11. КПД транспорта теплоты по главным паропроводам.

12. Тепловая нагрузка котла, кВт:

13. Расход теплоты топлива, кВт:

где _пк=0,928- КПД котла брутто.

14. Расход топлива в котле, м³/с:

Низшая теплота сгорания топлива (условное топливо) кДж/кг.

15. Расход топлива относимый на выработку электроэнергии, кг/с

16. Расход топлива на выработку теплоты теплофикационных отборов турбины, м³/с:

17. Удельный расход топлива, относимый на теплоту, передаваемую сетевой воде в ПСГ, м³/ГДж:

то же в кг.у.т./Гкал

18. Удельный расход топлива на выработку электроэнергии, м³/кВтч:

то же в кг.у.т./кВтч

19. КПД энергоблока по производству электроэнергии:



20. КПД энергоблока по совместному производству электроэнергии и теплоты:

Показатели турбоустановки (нетто)

турбоустановка тепловой расчет энтальпия

При работе энергоблока на газе затраты электроэнергии на механизмы собственных нужд можно оценить величиной 2,5 % от вырабатываемой мощности. В эту оценку не входят затраты на привод сливных насосов сетевых подогревателей и на сетевые насосы 1-й ступени (подкачивающие). Затраты на привод сетевых насосов 2-й ступени относятся к общестанционным нуждам.

1. Удельный расход топлива блоком на отпускаемую электроэнергию и теплоту, переданной сетевой воде, м³/кВтч:

,

где электрическая мощность для привода сливных насосов ПСГ, кВт

,

где - напор, развиваемый дренажными насосами ПСГ, кПа; - средний объем воды в дренажной линии, м³/кг; - КПД привода (0,86); - эффективный КПД сливных насосов (0,992).

2. Удельный расход условного топлива блоком на теплоту, переданную сетевой воде в сетевых подогревателях, кг/Гкал:

Размещено на Allbest.ru

...