Расчет основных параметров тепловой схемы котла-утилизатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

ЭНЕРГОМАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

КАФЕДРА “АТОМНАЯ И ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА”

Расчетная работа

Тема: «Расчет тепловой схемы ПГУ с КУ»

Дисциплина: «ПГ и ГТ электростанции»

Студент гр.43221/10: __________ Иванов П.А.

Преподаватель: ___________ Фомин В.А.

Санкт-Петербург-2014

Введение

В работе изложена методика приближённого расчёта тепловой схемы ПГУ с КУ.

Тепловая схема ПГУ состоит из двух ГТУ, двух котлов-утилизаторов и паротурбинной установки (схема дубль-блока). В соответствии с этим методика расчёта состоит из трёх взаимосвязанных разделов: расчёта ГТУ, расчёта котла-утилизатора (КУ) и расчёта паротурбинной установки.

(ПТУ). В заключительном разделе определены основные энергетические характеристики тепловой схемы всей ПГУ.

ГТУ является основным элементом тепловой схемы ПГУ, поэтому тип выбранной ГТУ определяет характеристики КУ и ПТУ.



1. Описание ГТУ

Газотурбинный двигатель UGT 25000 "Заря-Машпроект" - трехвальный газотурбинный двигатель IV поколения для морского и промышленного применения. Компрессоры - осевые.

КНД - 8 ступеней, КВД - 9 ступеней.

Степень сжатия - 20,5 - 22,5.

Камера сгорания трубчато - кольцевая, противоточная, 16 трубная, t₃=1245єC.

- мощность - 25 МВт;

- серийный выпуск с 1995 года.

- изготовлено более 80 ед.

- общая наработка более 120000 тыс. часов

- наработка лидера в газовой промышленности - около 50 тыс. часов, в энергетике на Березовской ТЭЦ в Белоруссии - около 18000 часов.

- эксплуатируется на эсминцах (КПР), а также на компрессорных и электрических станциях.

2. Тепловая схема ПГУ с одноконтурным КУ

Газовый подогреватель конденсата (ГПК) заменяет отсутствующие в ПТУ подогреватели низкого давления. Нагрев основного конденсата в нем вызывает понижение температуры газов до конечного значения . В схеме предусмотрен деаэратор питательной воды, питаемый отборным паром паровой турбины. Парогенерирующий контур одного давления состоит из экономайзера, испарителя и парогенератора. Минимальный температурный напор имеет место на конце испарительных поверхностей нагрева: , а соответствующая разница температур - на горячем конце пароперегревателя . Во избежание коррозионного износа температуру конденсата на входе в КУ поддерживают на уровне 50 - 60 при сжигании природного газа и не ниже 110 при переходе на жидкое газотурбинное топливо ГТУ.

3. Расчет ГТУ

1.1 Заданные величины

N_e - эффективная мощность газовой турбины, МВт;

N_e = 25 МВт;

Т_Н - температура наружного воздуха, К;

Т_Н = 288 К;

Т₁ - температура воздуха на входе в компрессор ГТУ, К;

Т₁ = Т_Н , Т₁ = 288 К;

Т₃ - температура газов перед газовой турбиной ГТУ, К;

Т₃ = 1518 К;

Р_Н - давление наружного воздуха;

Р_Н = 0,103 МПа;

- механический КПД ГТУ, учитывающий механические потери в компрессоре, газовой турбине и электрическом генераторе;

;

- коэффициент потерь давления воздуха в комплексном воздухоочистительном устройстве (КВОУ);

;

- коэффициент потерь давления газов в камере сгорания;

;

- коэффициент потерь давления газов в котле-утилизаторе, учитывающий его аэродинамическое сопротивление;

;

- КПД компрессора, учитывающий потери при сжатии воздуха в компрессоре;

;

- КПД турбины, учитывающий потери при расширении газов в турбине;

;

- степень повышения давления воздуха в компрессоре;

;

Выполняем приближённый расчёт ГТУ, поэтому удельная изобарная теплоёмкость рабочих тел принимается постоянной, то есть не зависящей от температуры рабочего тела в интервале её изменения при сжатии воздуха в компрессоре и расширении газов в турбине.

В соответствии с этим:

удельная изобарная теплоёмкость воздуха:

удельная изобарная теплоёмкость продуктов сгорания топлива (газов):

удельная изобарная теплоёмкость газов для коэффициента избытка воздуха б=1 ("чистые" газы):

Газовые постоянные:

для воздуха: для газов:

Теплотворная способность топлива (100% - ный метан):

Стехиометрический коэффициент для 100% - ного метана (масса воздуха, необходимая для сгорания единицы массы топлива. Например, кг/кг. В результате образуются газы с коэффициентом избытка воздуха б=1): .

Расчёт параметров процесса сжатия воздуха в компрессоре

Процесс сжатия в компрессоре представляем как политропический процесс, который характеризуется показателем степени, определяемым из следующих соотношений:

- показатель изоэнтропического процесса сжатия воздуха:

- показатель политропического процесса сжатия воздуха:

- удельная полезная работа сжатия воздуха в компрессоре:

Давление воздуха перед компрессором:

Давление воздуха за компрессором:

Температура воздуха за компрессором:



4. Расчёт параметров процесса расширения газов в турбине

Процесс расширения в турбине представляем как политропический процесс, который характеризуется показателем степени, определяемым из следующих соотношений:

- показатель изоэнтропического процесса расширения газа:

- показатель политропического процесса расширения газа:

Давление газов перед турбиной:

Давление газов за турбиной:

Степень понижения давления газов в турбине:

Удельная полезная работа расширения в турбине:

Температура газов за турбиной:

Энтальпия газов за турбиной:

Проточная часть турбины является охлаждаемой. Воздух для охлаждения отбирается из компрессора. Охлаждаемыми элементами являются детали статора и ротора ( внутренние элементы корпуса, направляющие лопатки, диски, рабочие лопатки, внутренние подшипники ротора).

5. Относительный расход воздуха на охлаждение

5...10 % от расхода воздуха через компрессор. Более высокие значения расхода воздуха соответствуют более высоким значениям температур газов пред турбиной.

В данном расчёте принимаем относительный расход воздуха на охлаждение: .

Расчёт камеры сгорания

Введём значения:

Расход газов за турбиной условно разделяем на два расхода:

расход "чистых" продуктов сгорания, имеющих коэффициент избытка воздуха равный 1, и расход "свободного" воздуха, который не участвовал в процессе горения топлива.

Примем значение коэффициента полноты сгорания топлива, который характеризует потери в камере сгорания из-за несовершенства горения топлива:

Расход "свободного" воздуха определяется из уравнения теплового баланса камеры сгорания. В КС подводится теплота с воздухом из компрессора (температура T2) и теплота сжигаемого топлива. Из камеры сгорания отводится теплота с газами, подаваемыми далее в турбину ( температураT3). На основании этого записывается уравнение теплового баланса, из которого находится относительный расход свободного воздуха:

Коэффициент избытка воздуха, будет равен:

Относительный расход топлива в КС ( приходящийся на один кг воздуха)

Энергетические показатели ГТУ

Удельная внутренняя работа ГТУ:

Удельная эффективная работа ГТУ:

Удельный расход теплоты в камере сгорания с учётом потерь от неполноты сгорания топлива:

Примечание:

Определённые выше в п. 1.5. показатели отнесены к одному кг циклового воздуха.

Эффективный КПД ГТУ:

Расход воздуха через компрессор:

Расход топлива в камере сгорания:

Расход газов (продуктов сгорания топлива) на выходе ГТ:

Расчет основных параметров тепловой схемы котла-утилизатора

В соответствии с тепловой схемой КУ состоит из четырех поверхностей нагрева: пароперегревателя (ПП), испарителя (И), экономайзера (ЭК) и газового подогревателя конденсата (ГПК). Целью расчета тепловой схемы является определение паропроизводительности КУ и температур газов в характерных сечениях газовоздушного тракта. Газовоздушный тракт КУ разбивается пятью сечениями, ограничивающими перечисленные поверхности нагрева: перед ПП, перед И, перед ЭК, перед ГПК и за ГПК.

Задаем давление пара на выходе из ПП:

Коэффициент гидравлического сопротивления ПП:

Давление пара в барабане:

Значение энтальпий в характерных точках котла-утилизатора:

Параметры насыщения воды и пара в барабане:

- температура и энтальпия кипящей воды: , ;

- энтальпия сухого насыщенного пара:

В расчетах приняты следующие значения температурных напоров в поверхности нагрева КУ:

- в холодном сечение (на входе) испарителя: ;

- на выходе из ПП: ;

- на входе из экономайзера: .

Параметры газов в сечениях 1 (на входе в КУ) и 3 (на выходе в И)

Параметры пара за ПП:

Параметры воды за экономайзером:

Коэффициент, учитывающий потери давления воды в тракте от экономайзера до барабана: 1,046

Параметра воды на входе в экономайзер

Задаем температурный недогрев в деаэраторе:

Задаем давление в деаэраторе:

Температура насыщения в деаэраторе:

Энтальпия насыщения в деаэраторе:

Гидравлическое сопротивление экономайзера:

Давление на входе в ЭК:

Принимаем приближенно повышение энтальпии воды в питательном насосе:

Энтальпия воды на входе в экономайзер:

Теплоемкость воды:

Температура воды на входе в ЭКВД:

Расчет паропроизводительности котла-утилизатора

Коэффициент, учитывающий продувку барабана: alf = 0,01;

Расход пара из ПП одного КУ:

В расчете рассматриваем тепловую схему дубль - блок (2ГТ+2КУ+ПТ):

Расход пара из ПП двух КУ:

Энтальпия и температура газа на выходе экономайзера (сечение 4):

Изменение параметров пар от ПП до направляющего аппарата первой ступени паровой турбины

При подаче пара от КУ к турбине происходит уменьшение его давления вследствие гидравлического сопротивления трубопроводов от ПП до стопорных клапанов, сопротивления самих стопорных клапанов, а также регулирующих клапанов.

Примем коэффициент гидравлического сопротивления перечисленных элементов:

Тогда давление пара перед направляющим аппаратом первой ступени турбины будет равно:

Энтальпия пара при дросселировании не изменится. Её значение перед направляющим аппаратом первой ступени турбины будет равно значению энтальпии после ПП:

установка паротурбинный котел утилизатор

6. Расчет тепловой схемы паротурбинной установки

Расчет деаэратора

Параметры пара в камере отбора пара в деаэратор:

Принимаем:

- давление пара в камере отбора:

- внутренний относительный КПД проточной части паровой турбины;

Определяем энтальпию пара в камере отбора в h-s диаграмме:

7.Расчет расхода пара на деаэрацию

Температура основного конденсата на входе в деаэратор:

Расхода пара на деаэратор из камеры отбора турбины:

Расход основного конденсата, поступающего в Д из ГПК:

Приближенный расчет охладителя уплотнений

В ОУ сбрасывается пар из уплотнений штоков клапанов а также их коневых уплотнений вала турбины. При конденсации этого пара происходит подогрев конденсата турбоустановки.

Задаем давление в конденсаторе:

Температура насыщения в конденсаторе:

Принимаем, что в ОУ температура основного конденсата повышается на 2 градуса:

Расход пара на протечки через уплотнения ротора и клапанов турбины

Принимаем:

8.Расчет мощности паровой турбины

Определяем энтальпию пара в конденсаторе и степень сухости пара в конце процесса расширения:

Степень сухости пара не должна быть ниже 0,88...0,87

Мощность паровой турбины:

9.Расчет ГПК

Температура воды на выходе в ГПК (принято):

Гидравлическое сопротивление ГПК:

Давление основного конденсата на входе в ГПК:

Давление основного конденсата на выходе из ГПК:

Энтальпия основного конденсата на выходе в ГПК:

Задаем в первом приближение разность температуры между газами и конденсатом на выходе из ГПК:

Температура воды (конденсата) на выходе из ГПК:

Энтальпия основного конденсата на выходе из ГПК:

Расходы основного конденсата для ГПК одного КУ:

10.Энергетические характеристики ПГУ

Электрический КПД генератора:

Электрическая мощность паровой турбины:

Электрическая мощность газовой турбины:

Электрическая мощность ПГУ (2ГТ+ПТ):

Электрический КПД ПГУ:

Таблица основных энергетических параметров ПГУ

Показатель	Обозначение	Размерность	Значение
Мощность газовой турбины	Nэлгт	МВт	25
Расход газов через КУ	Gг	кг/с	82,27
Температура газов на входе в КУ	t1г	?С	465
Температура уходящих газов	tух	?С	148,1
Расход пара в деаэратор	Gд пар	т/ч	0,828
Мощность паровой турбины	Nт эл	МВт	16,5
Давление пара на входе в ЧВД	Pрк чвдвх	бар	37,2
Температура пара на входе в ЧВД	tрк чвдвх	?С	424,8
Давление пара на выходе из ППВД	Pппвдвых	бар	40
Температура пара на выходе из ППВД	tппвдвых	?С	426,6
Расход топлива	Bт	кг/с	1,21
Расход пара из ППВД	Gв	кг/с	16,84
Температура воды на входе в ГПК	tгпк вх	?С	60
Температура воды на выходе из ГПК	tгпк вых	?С	191,1
Электрический КПД блока	зпгу_эл	%	54,1
Мощность блока	Nпгу эл	МВт	65,5
Расход основного конденсата на ГПК	Gгпк	кг/с	7,92
Расход основного конденсата на рециркуляцию	Gрец	кг/с	1,26
Расход основного конденсата на байпас ГПК	Gбайп	кг/с	1,73
Давление в деаэраторе	Pд	бар	0,05
Температура основного конденсата на входе в деаэратор	t1д	?С	158,95
Температура основного конденсата после ОУ	tоу вых	?С	34,9
Расход основного конденсата из ГПК в Д	Gдок	кг/с	7,92
Давление пара в камере отбора	Pотб д	бар	10

Размещено на Allbest.ru

...