Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Тепловой расчет турбины выполняется с целью определения основных размеров и характеристик проточной части: числа и диаметров ступеней, высот их сопловых и рабочих решеток и типов профилей, к.п.д. ступеней, отдельных цилиндров и турбины в целом. Тепловой расчет турбины выполняется на заданную мощность, заданные начальные и конечные параметры пара, число оборотов; при проектировании турбины с регулируемыми отборами пара, кроме того, на заданные давления и величину отборов. Целью курсового проектирования является закрепление, расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине «Энергетические установки». Курсовой проект включает проведение большого объёма расчётных работ, поэтому при его выполнении нужно максимально использовать ЭВМ, что существенно повысит качество проекта.

Паровая турбина является двигателем, в котором потенциальная энергия перегретого пара преобразуется в кинетическую энергию и , затем в механическую энергию вращения ротора.

Описание паротурбинной установки

Исходя из задания, произведем тепловой расчет турбины, для которой задано:

-- номинальная мощность Ns = 25 МВт;

-- избыточное давление свежего пара - 8,8 МПа;

-- давление в конденсаторе рк = 5 кРа;

-- температура свежего пара- 530 ^оС.

--число подогревателей высокого давления - 3

-- число подогревателей низкого давления -3

-- температура питательной воды - 250 ^оС.

Расчет паровой турбины ведется на экономическую мощность, которая составляет 8090% номинальной мощности, т.е.

N _{э к}=(0.80.9) N _э.

N эк = 0,9 N s = 0,9 * 25 = 22,5 МВт.



1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПАРА В ТУРБИНЕ В h-s -ДИАГРАММЕ

Тепловой расчет турбины начинается с предварительного построения теплового процесса в h-s-диаграмме. Для этого, зная начальные и конечные параметры пара, определяют потери давления в паровпускных и регулирующих клапанах турбины, а также в выхлопном патрубке

и ориентировочно задаются относительным внутренним КПД турбины.

Потерю давления в стопорном и регулирующих клапанах обычно принимают 35% от абсолютного давления свежего пара перед турбиной р_о. Таким образом, давление перед соплами 1 ступени

р_о^/ = (0.970.95) р_о. (1.1)

р_о^/ = 0,95 р0 = 0,95 * 8,8 МПа = 8,36 МПа (83,6 бар),

Потери давления в выхлопном патрубке определяются по формуле

р_к = (с _п /100)² р_{к =} р₂ - р_к , (1.2)

Р₂= р_к+ р_к

где - опытный коэффициент, рекомендуется =0.050.1;

с _п -скорость пара в выхлопном патрубке, м/с, (для турбин типа К: с _п =100120 м/с) ;

р _к -давление пара в конденсатор, Па ;

р₂ - давление пара за последней ступенью турбины, Па.

р_к= 0,05(120/100)² *5*10³=360Па

Р₂=360+5000=5360Па (53,6 бар)

Предварительное построение теплового процесса в h-s-диаграмме для конденсационной турбины производится следующим образом (рис. 1). Находится исходная точка процесса - (т.1), определяемая начальными параметрами р _о и t_o. Учитывая потери давления на дросселирование в стопорном и регулирующих клапанах, находим точку 1^/ с параметрами р^/_о и t_o^/. Затем проводим адиабату до пересечения с изобарой р₂ ,получаем точку 2t.

Зная начальные и конечные параметры пара, по h-s-диаграмме можно найти общий изоэнтропийный теплоперепад, приходящийся на турбину

Н_о=(i _o-i _{2 t}). (1.3)

Н_о= 3460-2075= 1385 кДж/кг

Используемый теплоперепад в турбине

Н_i = Н_{о о i} , (1.4)

где _{о i} -относительный внутренний КПД:

_{о i} = _{о е} / _м , (1.5)

где _{о е} - относительный эффективный КПД, ( _{о е} =0.80.82);

_м - механический КПД ( _м =0,9750,985).

_{о i}= 0,8/0,975=0,82

Н_i=1385*0,82=1135,7 кДж/кг

Из точки 1^/откладываем величину Н_i и на пересечении с изобарой р₂ находим точку 2.Соединив точки 1 и 2 плавной линией , получаем действительный процесс расширения пара в турбине.

Построив тепловой процесс, приступаем к тепловому расчету регенеративной схемы турбоустановки.



Рисунок 1 - Тепловой процесс расширения пара в турбине



2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ СХЕМЫ ТУРБОУСТАНОВКИ

2.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ СХЕМЫ ТУРБОУСТАНОВКИ

За основу возьмём схему турбоустановки К-25-90, в состав которой входит деаэратор с давлением пара р_д = 6 ата.

В деаэратор поступают добавка химически очищенной воды в количестве 3% с температурой 100° С и отсосы пара из переднего концевого уплотнения турбины в количестве 0,5% общего расхода пара на турбину.

При уменьшении нагрузки ниже 0,85 номинальной деаэратор может быть переключен на резервное питание от третьего отбора, давление в котором составляет 14 бар на расчетном режиме.

Слив конденсата греющего пара из подогревателей высокого и среднего давления каскадный.

В схему включены охладители эжекторов, в которых температура конденсата повышается на 6--8° С (принимаем 7,5⁰ С). Расход рабочего пара на эжектор считаем равным 1% расхода пара на турбину.

Таким образом, общая добавка к питательной воде, проходящей через подогреватели высокого давления, составляет 4,5%, что учтем в тепловом балансе этих подогревателей.

Температуру питательной воды на выходе из последнего подогревателя принимаем t п. в = 250° С.

При расчете регенеративной схемы примем во внимание:

1) потерю давления в регенеративных отборах от турбины до подогревателей 5 % давления пара в отборе;

2)уменьшение температуры питательной воды на выходе из каждого подогревателя (на 5° С ниже температуры насыщения греющего пара отборов);

3) потерю тепла на излучение в подогревателях 3%, в зависимости от ступени подогрева).

Температура насыщения пара при рк = 0,05 бар составляет 30^о С. С учетом переохлаждения температура конденсата на выходе из конденсатора будет 29,1⁰ С.

Повышение температуры конденсата в охладителях эжекторов принимаем равным 7,5° С (в процессе расчета схемы эту величину уточним). Тогда температура конденсата (питательной воды) за охладителями эжектора составит t_эж = t_к + 7,5 = 29,1 + 7,5 = 36,6⁰ С.

Зная температуру питательной воды на выходе из последнего подогревателя tп. в = 250°С, на выходе из деаэратора t_д = 158°С (t_д- температура насыщения при р_д = 6 ата) и за охладителями эжекторов t_эж = 36,6°С, производим разбивку температурных перепадов между подогревателями.

Подогрев воды в отдельных подогревателях принимают приблизительно равным:

а) в подогревателях низкого давления (ПНД)

t₁=, (2.1)

где t _д - температура питательной воды на выходе из деаэратора, ^оС;

t _эж - температура воды на выходе из охладителя эжекторов, ^оС.

n₁- число ПНД.

б) в подогревателях высокого давления (ПВД)

t₂=, (2.2)



где t_п.в.-температура питательной воды на выходе из последнего

ПВД, ^оС;

n₂- число ПВД.

t₁= =30,35⁰С;

t₂₌=30,6⁰С;

Все основные параметры регенеративной схемы заносят в таблицу 2.1. При ее составлении используют h-s-диаграмму теплового процесса расширения пара в турбине и термодинамические свойства воды и водяного пара 2.

турбина давление пар патрубок клапан

Таблица 2.1 - Основные расчетные параметры регенеративной схемы по пару и воде

	П 1	П 2	П 3	П 4	П 5	П 6	Деаэратор	Эжектор	Конденсатор
Давле- ние греюще го пара В отборе. Р
Давле ние греющее го пара В подогревателе р ,
Температура насыщения Греюще- го пара tн 0С	261	228	197,4	132	99,09	68,68	156	37,29	28,6
Температура воды на выхо де из подогревателя t 0C	250	219,4	188,8	127,65	97,3	66,95	158	36,6	29,1
Энталь- пия воды на выходе Из подогревателя ?t ,
Энтальп- ия воды на входе подогревателя ?t,									_
Энталь- пия греющео пара Отборов i ,
Энталь- пия конденсата греющ- его пара отборов iк

2.2 РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ

Расчет выполняют согласно тепловой схеме (рис.2), начиная с ПВД.

Подвод пара к турбине перед стопорным клапаном принимаем за 100% (=1).

Для определения относительных расходов пара регенеративных отборов на подогрев питательной воды составляем уравнения тепловых балансов для подогревателей, деаэратора, охладителя эжекторов.

Подогреватель П1

Уравнение теплового баланса имеет вид

_I( i_I-i _кI)=1.045(i_I ^//-i_I ^/ ) К, (3.1)

откуда относительный расход пара первого отбора

_I = , (3.2)

где К =1,03 - коэффициент, учитывающий отдачу тепла в окружающую среду.

₁= = 0,07.

Подогреватель П2

Из уравнения теплового баланса

_II( i_II-i _кII)+ _I( i _кI-i _кII)= 1.045(i _II^//-i_II ^/ ) К, (3.3)

определяем относительный расход пара

_II =.

_II= = 0,062

Подогреватель П 3

Из уравнения теплового баланса

_III(i_III-i_kIII)+б_II(i_kII-i_kIII)+б_I(i_kI-i_kII)=1.045(t^- _III - t^- _д)к (3.7)

находим относительный расход пара

_III =1.045(t^- _III - t^- _д )к - б_II(I _{k II} - I _{k III} ) - б _I (I _{k I} - I _{k II} )/I _III - i _{k III} . (3.8)

б_III = 1.045(798.6-666.8)1.03- 0.062(990.5-843.4)-0.07(1145-990.5)/3125-843.4= 0.053.

Деаэратор

Энтальпию химически очищенной воды, подаваемой в деаэратор, принимаем i_в=419кДж/кг. Приближенно оцениваем величину теплового перепада , перерабатываемого на регулирующей ступени, h_ок=209.5 кДж/кг. В соответствии с этим, энтальпия пара отсоса из переднего уплотнения составит i_отс = i_о - h_ок . i _отс = 3460-209.5=3250.5 кДж/кг.

Уравнение теплового баланса для деаэратора имеет вид:

_отс i_отс +(_I +_II+б_III)I _{k III} +б _в I _в + б_д i_д + (1-б_I-б_II-б_III-б_д)t^-_Ivk=1.045t_д^- (3.5)

откуда относительный расход пара

б_д=1,045t_д^-- _отс i_отс-(_I +_II+б_III)I _{k III} - б _в I _в - (1-б_I-б_II-б_III)t^-_Ivk / I _д - к t _Iv .

б_д= 1.045*666.8-0.005*3250.5-(0.07+0.062+0.053)*843.4-0.03*419- (1-0.07-0.062-0.053)*537*1.03 /2950-1.03*537= 0.025.



Рисунок 2 - Принципиальная тепловая схема паротурбинной установки

Подогреватель П4

Уравнение теплового баланса имеет вид:



_IV(i_IV-i _кIV)= К(1- _I-_II-_III -_д)(t ^-Iv - t^- _v ), (3.9)

тогда относительный расход пара будет равен

_IV = К(1- _I-_II-_III -_д)(t ^-Iv - t^- _v ) / (i_IV-i _кIV) . (3.10)

_IV = 1.03(1-0.07-0.062-0.053-0.025)(533.5-407) /( 2850-563.4)=0.045.

Подогреватель П5

Из уравнения теплового баланса

_V(i_V-i _кV)+(_III+_IV )(i_кIV-i_кV)=К(1- _I -_II -_Д-_III)(t^- _v - t^- _vI), (3.11)

определяем относительный расход пара

V= К(1- I -II -Д-III)(t v - t vI)-(_III+_IV )(i_кIV-i_кV) /( iV-i кV ) . (3.12)

_V= 1.03(1-0.07-0.062-0.053-0.025)(407-280) -0.045(563.4-427.5)/(2675-427.5) =0.043.

Подогреватель П6.

Из уравнения теплового баланса для подогревателя

_vI (I _vi - I _kvI ) + (б _Iv+ б_v)(I_kv - I_kvI )= k(1- б_I-б_II-б_III-б_д )(t ^-_vI - t^-_эж ),

Определяем относительный расход пара :

_vI =k(1- б_I-б_II-б_III-б_д )(t ^-_vI - t^-_эж ) - (б _Iv+ б_v)(I_kv - I_kvI )/ (I _vi - I _kvI ).

_vI = 1,03(1-0,07-0,062-0,053-0,025)(280-155) - (0,045+0,043)(427,5-292,97)/(2540-292,97)=0,04.

Охладитель эжекторов

Уравнение теплового баланса имеет вид:

_эж(i_эж - i _{к эж})= k(1- б_I-б_II-б_III-б_д-б_Iv-б_v-б_vI)(t^-_эж - t_к^- ) (3.13)

откуда относительный расход пара

_эж=k(1- б_I-б_II-б_III-б_д-б_Iv-б_v-б_vI)(t^-_эж - t_к^- )/ (i_эж - i _{к эж} ). (3.14)

_эж =1.03(0.83)(155-121)/(2600-154.9)= 0.012.

2.3 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПТУ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

Расход свежего пара на турбину

D_o = , (4.1)

где - приведенная работа 1 кг пара, вводимого в турбину.

=(i_o-i_I) +(1-б_I)(i_I-i_II)+(1-б_I - б_II -б_III ) (i_III-i_д) +(1-б_I - б_II- б_III - б_Д )(i_д-i_Iv)+(1-б_I- б_II - б_III -б_Д -б_Iv)(i_Iv- i_v) +(1- б_I - б_II - б_Д - б_III - б_IV- б_V)(i_v-i_vI) + (1- б_I - б_II - б_III - б_Д - б_IV -б_V-б_vI)(i_VI -i₂).

= (3460-3360)+(1-0,07)(3360-3249)+(1-0,07-0,062-0,053)(3125-2950)+(1-0,07-0,062-0,053-0,025)(2950-2850)+(1-0,07-0,062-0,053-0,025-0,045)(2850-2675)+(1-0,07-0,062-0,053-0,025-0,045-0,043)(2675-2540)+(1-0,07-0,062-0,053-0,025-0,045-0,043-0,04)(2540-2324)=793,03 кДж/кг.

где i_о , i₂?энтальпии пара в начале и в конце политропного процесса, кДж/кг.

D_o= 3600*22500*10^-3/793,03*0,97*0,98=107,45 т/ч.

Секундный расход пара:

G_o=. (4.2)

G_o=107450/3600=29,85кг/с.

Количество пара, отбираемого на регенерацию:

D_n = б _nD_о , (4.3)

где б _n - относительный расход пара n-го отбора.

D_I= 0,07*107450=7521,5 кг/ч.

D_II=0,062*107450=6661,9 кг/ч.

D_III=0,053*107450=5694,8 кг/ч.

D_д=0,025*107450=2686,25 кг/ч.

D_Iv=0.045*107450=4835.25 кг/ч.

D_v=0.043*107450=4620.35 кг/ч.

D_vI =0.04*107450=4298 . кг/ч.

Удельный расход пара на турбину с учетом регенерации, кг/(кВт*ч)

d _э = . (4.4)

d _э= 107450/22500=4,77 кг/(кВт*ч).

Удельный расход теплоты турбинной установки с регенерацией, кДж/(кВт*ч)

q _э=d _э(i_o -i _п.в.) , (4.5)



где i _п.в. - энтальпия питательной воды на выходе из последнего ПВД, кДж/кг.

q _э= 4,77(3460-1086)=11324 кДж/(кВт*ч)

Расход свежего пара на турбину без отборов ,т/ч.

D_o^/ =. (4.6)

D_o^/= 3600*22500*10^-3/1385*0,858*0,98*0,98=70.97 т/ч.

Удельный расход пара на турбину без отборов, кг/кВт*ч

d ^/_э = . (4.7)

d ^/_э= 70970/22500=3,154 кг/кВт*ч

Удельный расход теплоты турбинной установки без регенерации, кДж/(кВт*ч):

q_э=d ^/_э(i_o -i _к.) , (4.8)

где i_.к. - энтальпия конденсата отработавшего пара, кДж/кг.

q^/ _э= 3,154(3460-121,5)=10529.62 кДж/(кВт*ч).

Удельный расход условного топлива:

b _э=, (4.9)

где _к.у.= 0.90.92 - КПД котельной установки;

Q ^р_н = 29308кДж/кг - теплота сгорания топлива.

b _э= 10529.62/0,9*29308=0,4 кг/(кВт/ч).

Термический КПД турбоустановки с n-регенеративными отборами:

, (4.10)

где h_oⁿ - изоэнтропийный теплоперепад между начальным состоянием пара и давлением в соответствующем отборе, кДж/кг.

?_t^p=1136-[0.07(1438-100)+0.062(1136-205)+0.053(1136-340)+0.025(1136-510)+0.045(1136-610)+0.043(1136-770)+0.04(1136-940)]/(3460-1086)=0.37 (37%)

Абсолютный электрический КПД турбоустановки с регенеративным подогревом питательной воды (без учета расхода теплоты на собственные нужды)

_э=. (4.11)

_э= =0.32 (32%)

Полный КПД паротурбинной электростанции:

_ст = _{э к.у. тр}, (4.12)

где _тр= 0.970.99 - КПД трубопроводов.

_ст=0.32*0.9*0.37=0.66 (66%).

Повышение экономичности турбоустановки с регенеративным подогревом питательной воды по сравнению с чисто конденсационной установкой составляет:

Э =. (4.13)



Э= *100=7,01%.



ВЫВОД

Экономичность ПТУ за счет регенерации возрастает по мере увеличения начальных параметров пара и единичной мощности турбины. В турбоустановках высокого давления с развитой системой регенерации при номинальном режиме можно получить экономию топлива до 12-15% по сравнению с турбоустановкой без регенерации.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Тепловой расчет паровой турбины./ Семенов А.С. , Шевченко А.М. Изд-во « Вища школа» , 1975. - 208 с.

2. Ривкин С.Л. , Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара.- М.: Энергия, 1980.- 424 с.

3. Энергетические установки. /Арсеньев Г.В.: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение».- М.: Высш. шк., 1991. -336 с.

4. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. /Немцев З.Ф., Арсеньев Г.В. - М.: «Энергия»,1982.

5. Теплотехника. /А.П.Баскаков, Б.В.Берг, О.К.Витт и др./Под ред. А.П.Баскакова.- М.: Энергоатомиздат,1991.

6. Тепловые и атомные электростанции: Справочник / Под общ. ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина/.- М.: Энергоатомиздат, 1989. -608 с.

Размещено на Allbest.ru

...