Расчет тепловой схемы и определение энергетических показателей теплоэнергетической установки с конденсационной турбиной

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Исходные данные

Составить и рассчитать тепловую схему турбоустановки, выбрать паровой котел и вспомогательное оборудование при следующих исходных данных:

Номинальная мощность турбогенератора N = 85 МВт.

Начальные параметры и конечное давление в цикле:

р0 = 90 бар,

t0 = 490 С,

рк = 0.06 бар.

Основные характеристики условного процесса турбины в hs - диаграмме:

а) потеря давления в органах регулирования турбины:

рор = 6%

б) внутренний относительный КПД турбины оi = 89% .

В системе регенерации пять регенеративных подогревателей (m = 5); из них четыре поверхностного типа и один смешивающего - деаэратор. Давление в деаэраторе выбрать стандартным равным 6 бар.

Утечки цикла Dут = 2% от расхода пара на турбину;

подогрев воды в эжекторном и сальниковым подогревателях:

tэп = 5 С

tсп = 4 С.

Потери давления в паропроводах от камер отборов до поверхностных подогревателей принять р5= 4%, р4=5%, р2= 7%, р1= 8%.

Поверхностные подогреватели без охладителей пара и охладителей конденсата; слив конденсата каскадный; недогрев воды в подогревателях tнед = 2 C.

При расчете энергетических показателей блока принять:

- КПД котла к = 91 %,

- удельный расход электроэнергии на собственные нужды - рсн = 7 %.

По ходу воды в схеме предусмотрены:

- эжекторный подогреватель - ЭП;

- регенеративный поверхностный подогреватель - П-1;

- сальниковый подогреватель - СП;

- регенеративный поверхностный подогреватель - П-2;

- смешивающий регенеративный подогреватель (деаэратор) - П-3;

- регенеративный поверхностный подогреватель - П-4;

- регенеративный поверхностный подогреватель - П-5.

Восполнение утечек цикла осуществляется химически очищенной водой в конденсатор турбины. Вода на очистку забирается из обратного циркуляционного водовода. Для создания оптимальных условий коагуляции она подогревается до 40 С отборным паром турбины.

2. Составление тепловой схемы

3. Распределение подогревов питательной воды по регенеративным подогревателям

Давление пара в регенеративных отборах.

При начальных параметрах р0= 90 бар, t0 = 490С определяем энтальпию пара: hо = 3361,9 кДж / кг, а по табл. II температуру насыщения пара при начальном давлении р0=90 бар: tон= 303,35 С и при конечном давлении рк = 0,06 бар, tк = 36,16 С.

Один из способов распределения величины подогрева воды между регенеративными подогревателями основан на равенстве подогрева ее в подогревателях от температуры в конденсаторе (в данном примере 36,16 С) до температуры насыщения в цикле (при р0=90 бар температура насыщения tн = =303,35С). При этом одним из подогревателей считается водяной экономайзер парового котла. Кроме регенеративных подогревателей в тепловых схемах ТЭС предусматриваются эжекторные и сальниковые подогреватели. При равномерном распределении подогрева воды по регенеративным подогревателям и при tэп = 5 С и tсп =4 С величина подогрева питательной воды в каждом подогревателе определяется из следующей зависимости:

.

В этом случае температура питательной воды за каждым подогревателем:

за ЭП tэп = tк + tэп = 36,16 + 5 = 41,16 С;

за П-I t1 = tэп + tпод = 41,16 + 43 = 84,16 С;

за СП tсп = t1 + tсп = 84,16 + 4 = 88,16 С;

за П-2 t2 = tсп + tпод = 88,16+ 43 = 131,16С;

за П-3 t3 = t2 + tпод =131,16 + 43 = 174,16С;

за П-4 t4 = t3 + tпод =174,16 + 43 = 217,16 С;

за П-5 t5 = t4 + tпод = 217,16 + 43 = 260,16 С.

Правильность определения температур за подогревателями проверяем: должно иметь место равенство:

t5 + tпод t0н.

В данном случае:

t5 + tпод = 260,16 + 43 = 303,16 303,35 С.

Выбор места установки деаэратора и давление в нем.

При заданном числе регенеративных подогревателе m = 5 в качестве деаэратора должен быть назначен подогреватель П-3. При t3 = 174,16С давление в нем составит:

рд = рнас 8,7 бар.

Выбираем стандартный деаэратор на давление рд = 6 бар (Д - 6). Для него определяем температуру и энтальпия воды:

- температура воды tд = 158,84 С;

- энтальпия воды сtд = 670,4 С.

Определение давлений в отборах на регенеративные подогреватели.

а) Поверхностные подогреватели.

Давление пара поступающего в подогреватели этого типа определяется из условия нагрева питательной воды до определенных ранее температур при заданном недогреве воды tнед = 6 C.

Величина недогрева воды показывает значение необходимого температурного напора для передачи теплоты от конденсирующегося в подогревателе пара к нагреваемой воде.

Для подогревателя П-5 определяем температуру насыщения пара, поступающего в подогреватель:

tн5 = t5 + tнед = 260,16 + 5 = 265,16 C.

Тогда давление пара, поступающего в подогреватель, при температуре 265,16 оС будет: р5 = 50,9 бар, и аналогично для остальных регенеративных подогревателей поверхностного типа:

для П-4 tн4 = t4 + tнед = 217,16 + 5 = 222,16 C,р4 = 24,1 бар;

для П-2 tн2 = t2 + tнед = 131,16 + 5 = 136,16 C,р2 = 3,2 бар;

для П-1 tн1 = t1 + tнед = 84,16 + 5 = 89,16 C,р1 = 0,68 бар.

Давление в камерах отбросов турбины должно быть выше, чем давление пара перед подогревателями; учитывается потеря в паропроводах (на трение и местные сопротивления). При заданных потерях, которые приведены в задании р5 = 4%, р4 = 5%, р2 = 6%, р1 = 7% имеем:

б) Деаэратор.

Давление в камере отбора на деаэратор Д-6 принимается р3ко = рдко = 9 бар из условия его работы с неизменным давлением 6 бар без перехода на отбор вышестоящего подогревателя до нагрузки 70 % от номинальной.

Известно, что с достаточной точностью можно считать, что при недогрузках давления в камерах нерегулируемых отборов изменяются пропорционально расходам пара через соответствующие ступени и, следовательно, пропорционально нагрузкам на турбину, т.е.

.

где: р'д - давления в камерае отбора пара при измененной нагрузке;

род - давления в камерае отбора пара при номинальной нагрузке;

D' - измененный расход пара на турбину;

Dо - номинальный расход пара на турбину;

N' - измененная мощность турбины;

Nо - номинальная мощность турбины.

Поэтому с учетом потери давления в паропроводе от камеры отборов до деаэратора р3 = 5 % в данном случае имеем:

4. Построение условного процесса расширения пара в турбине hs - диаграмме

Схема условного процесса расширения пара в турбине для настоящего случае дана на рис.2а Теоретический процесс расширения -(а-в) и действительный - (а - а*- с*) .

При принятых начальных параметрах р0 = 90 бар и t0 = 490С имеем энтальпию и энтропию в начале процесса расширения:

hо = 3361,9 кДж / кг, sо = 6,6271кДж / (кг * К)

При давлении в конце теоретического (адиабатного) расширения рк = 0,06 бар точка ”в” находится в области влажного насыщенного пара. В этом случае энтальпия пара в этой точке hкa может быть определена аналитически из известного соотношения:

hка = сtк + xка rк [ кДж / кг ],

где:

хка =

сtк - энтальпия воды на линии насыщения при конечном давлении адиабатного процесса расширения пара, т.е. при 0,06 бар (определяется по табл.II и численно равна энтальпии воды на линии насыщения h'), хка -степень сухости пара, rк - скрытая теплота парообразования.

При адиабатном процессе sка = s0 = 6,6271кДж / (кг К).

при рк = 0,06 бар находим:

s' = 0,5209 кДж / (кг * К), s“ - s ' = 7,8083 кДж / (кг К),

ctk = h'= 151,49 кДж / кг, rк = 2566,7 кДж / кг.

Тогда:

xка = = = 0,78,

hка = сtк + xка * rк = 2158,7 кДж / кг

При принятой потере давления в органах регулирования, которая приведена в задании рр1 = 6 % имеем давление перед соплами первой ступени турбины:

р'0 = (1 - рор ) р0 = (1 - 0,06) 90= 84,6 бар.

По линии дросселирования (h - пост.) до давления р'0 =84,6 бар получаем точку “а*”.

При заданном внутреннем относительном КПД турбины (без учета потерь с выходной скоростью последней ступени ) имеем энтальпию в точке “с* ”:

hк* = h0 - оi (h0 - hка) = 2291кДж / кг.

Для нахождения точки с* необходимо найти на h-s - диаграмме пересечение изоэнтальпы hк* с изобарой рк (т.е. в данном варианте пересечение изоэнтальпы hк* =2291 кДж / кг с изобарой рк = 0,06 бар), тогда используемый теплоперепад в турбине:

Hi = h0 - h*к = 3361,9 - 2291 = 1070,9 кДж / кг.

На линии действительного процесса расширения пара в турбине “а*- с*” находятся изобары р5к.о.=53 бар, р4к.о.=25,4 бар, р3к.о.= 9 бар, р2к.о.=3,4 бар, р1к.о.=0,7 бар.

Полученные значения энтальпий h0 , hка , hк*и hк наносятся на hs - диаграмму и получаются теоретический (а - в) и действительный (а - а* -c*) процессы. Далее наносятся изобары р5к.о., р4к.о., р3к.о., р2к.о., р1к.о. В точках пересечения этих изобар с действительным процессом расширения пара необходимо найти соответствующие энтальпии и температуры пара на выходе из камер отборов турбины. Таким образом, по hs - диаграмме последовательно находятся значения энтальпий и температур пара (а также степень сухости пара (х) для подогревателей П-2 и П-1):

h5 =3360 кДж / кг, t5к.о =481 С;

h4 =3185 кДж / кг, t4к.о = 350 С;

h3 (hд) =2945 кДж / кг, t3к.о =245С;

h2 = 2780 кДж /кг; t2к.о = 160.

h1 =2310 кДж / кг, х1к.о = 0.89.

Условный процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме с нанесением параметров в соответствующих точках дается на рис.3. На диаграмме показаны также и давления пара на входе в регенеративные подогреватели: р5, р4, р3(рд), р2, р1.

Параметры пара в камерах отборов на регенерацию и давления перед подогревателями приведены в табл. 1.

Таблица 1. Параметры пара в камерах отборов турбины К-85-90 на регенерацию и давления перед подогревателями

Отбор на подогреватель	Давление в камере от-бора, рк.о, бар	Температура пара в камере отбора, tк.о С, или (х к.о)	Энтальпия пара в камере отбора, h, кДж/кг	Потеря дав-ления в па-ропроводе, р, %	Давление пара перед подогревателем, рв., бар
П-5	53	481	3360	4	50.9
П-4	25.4	350	3185	5	24.1
П-3 (D-6)	9	245	2945	5	6
П-2	3.4	160	2780	7	3.2
П-1	0.7	х1к.о = 0.89	2310	8	0.68

5. Параметры пара, питательной воды и конденсата (дренажей) в системе регенерации

При деаэраторе Д-6 (рд=6 бар), установке его на отметке 25 м, суммарном гидравлическом сопротивлении трубной системы трубопроводов и арматуры каждого ПНД по водяной стороне рпнд =1 бар, сопротивлении эжекторного и сальникового подогревателей рэп = рсп =0,5 бар и рк = 0,06 бар имеем давление на нагнетании конденсатных насосов:

ркн = рд + Hдеа / 10,197 + 2 рпнд + 2 (рэп + рсп) - рк = 6,0 +Hдеа / 10,197 + 2 1 + 2 0,5 - 0,06 = 11,39бар 12 бар.

где 10,197 м - высота столба воды эквивалентная давлению в 1 бар, а Hдеа = =25м - высота, на которой, как правило, устанавливаются деаэраторы.

Определив давление на нагнетании конденсатных насосов, находим давление питательной воды за подогревателями низкого давления, а также за эжекторным и сальниковым подогревателями:

рэп = ркн - рэп = 12,0 - 0,5 = 11,5 бар; рв1 = рэп - рпнд = 11,5 - 1,0 = 10,5 бар;

рсп = рв1 - рсп = 10,5 - 0,5 = 10,0 бар; рв2 = рсп - рпнд = 10,0 - 1,0 = 9,0 бар;

Соответствующие давления питательной воды по тракту ПНД проставляются в расчетной тепловой схеме (рис. 1).

Давление на нагнетании питательного насоса принимаем:

рпн =1,3 ро = 1,3 90 = 117 бар.

Давление питательной воды за ПВД определяется исходя из гидравлического сопротивления каждого подогревателя с относящимися к нему трубопроводами и арматурой: рПВД = 5 бар. В данном варианте:

рв4= рпн - рпвд =117 - 5 = 112 бар; рв5= рв4 - рпвд = 112 - 5 =107 бар.

Температура питательной воды за поверхностными подогревателями определена ранее при расчете распределения подогрева питательной воды по регенеративным подогревателям и в рассчитываемом варианте составляет:

tэп = 41,16С; t1 = 84,16С; tсп = 88,16С ;

2 = 131,16С; t4 = 217,16С; t5 = 260,16С;

Температура питательной воды за деаэратором (П-3) соответствует температуре насыщения при давлении в деаэраторе рд. Для рассчитываемого варианта рд = 6 бар. Этому давлению соответствует температура насыщения tн=158,8 С

Энтальпия питательной воды за подогревателями устанавливается по значению температур и давлений:

Для подогревателя П-5 при рв5=107 бар, t1=316,71C энтальпия питательной воды (в таблицах воды и водяного пара обозначена h) будет: ct5=1441,9 КДж/кг, для П-4 при рв4=112 бар, t4 =319,44 C: ct4 = 1458,6 кДж/кг, для П-2 при рв2=9 бар, t2 =120,6C: ct2=504,3 кДж/кг, для П-1 при рв1=10,5 бар, t2 =76,3 C: ct1=320,197 кДж/кг.

Температура и энтальпия питательной воды за деаэратором определяется давлением в деаэраторе, они приведены выше.

Температуры конденсата, выходящего из поверхностных регенеративных подогревателей, соответствуют давлению пара в подогревателе. Энтальпии конденсата определяются по тем же давлениям пара в подогревателе и значение сtн равно табличному значению энтальпии воды на линии насыщения h', таким образом при р5 = 50,9 бар, сtн5 = h'= 1160,7 кДж/кг, при р4 =24,1 бар сtн4 = h' = 952 кДж/кг, при р2 = 3,2 бар сtн2= h' =570,9 кДж/кг, при р1= 0,68 бар сtн1=h'=376,68 кДж/кг.

6. Баланс пара, питательной и добавочной воды

При принятом методе расчета тепловой схемы, в котором все расходы пара и воды в ее элементах выражаются через расход потерь пара на турбину “D”, а утечки цикла сосредоточены в месте наивысшего температурного уровня рабочего тепла, имеем:

- необходимую производительность котельного агрегата блока:

Dка =D + Dут;

- количество питательной воды, подаваемой в котел питательного насоса:

Dпв = Dка;

котельный регенеративный конденсат подогреватель

Подставляя обусловленные значения величин, имеем:

Dка = D + 0,02 D = 1,02 D;

Dпв = 1,02 D.

1) повышение энтальпии в питательном насосе - 5,5 кДж/кг.

2) повышение энтальпии в конденсатном насосе - 1,2 кДж/кг.

Размещено на Allbest.ru

...