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

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С КОНДЕНСАЦИОННОЙ ТУРБИНОЙ



Задание

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

Номинальная мощность турбогенератора N = 75 МВт.

Начальные параметры и конечное давление в цикле:

р₀ = 90 бар,

t₀ = 460С,

р_к = 0,06 бар.

Основные характеристики условного процесса турбины в h-s - диаграмме:

а) потеря давления в органах регулирования турбины:

р_р1 = 5%, следовательно

р'₀ = (1-р_р1)·р₀ = (1-0,05)·р₀ = 0,95·р₀,

б) внутренний относительный КПД турбины _оi = 0,89.

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 D_ут = 1% от расхода пара на турбину; подогрев воды в эжекторном и сальниковым подогревателях t_эп = 6С и t_сп = 4С.

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 t_нед = 6C.

При расчете энергетических показателей блока принять:

- КПД котла _К = 93%,

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



1. Составление тепловой схемы

Рис. 1 Расчетная тепловая схема теплоэнергетической установки с турбиной К-75-90

На рис. 1 представлена принципиальная тепловая схема энергетического блока с конденсационной турбиной К-80-75. Тепловая схема состоит из: парового котла (ПК), паровой турбины (ТГ) с генератором (Г), конденсатора (К), конденсатного и питательного насосов (КН, ПН), и подогревателей поверхностного и смешивающего типов.

По ходу воды в схеме предусмотрены:

- эжекторный подогреватель - ЭП;

- регенеративный поверхностный подогреватель низкого давления - П-1;

- сальниковый подогреватель - СП;

- регенеративный поверхностный подогреватель низкого давления - П-2;

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

- регенеративный поверхностный подогреватель высокого давления - П-4;

- регенеративный поверхностный подогреватель высокого давления - 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 40С отборным паром турбины.



2. Распределение подогревов питательной воды по регенеративным подогревателям

2.1 Давление пара в регенеративных отборах

При начальных параметрах р₀= 90 бар, t₀ = 460С по таблице III [2] (или в прилож. 3) определяем энтальпию пара:

h₀ = 3272 кДж/кг, а по табл. II (или прилож. 3) температуру насыщения пара при начальном давлении р₀ = 90 бар:

t₀^н = 303,31С (t₀^н 303,3С) и при конечном давлении

р_к = 0,06 бар, t_к = 36,18С (t_к 36,2С). Один из способов распределения величины подогрева воды между регенеративными подогревателями основан на равенстве подогрева ее в подогревателях от температуры в конденсаторе (в данном примере 36,2С) до температуры насыщения в цикле (при р₀ = 90 бар температура насыщения t^н = 303,3С). 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 t_эп = 6С и t_сп = 4С величина подогрева питательной воды в каждом подогревателе определяется из следующей зависимости:

.

В этом случае температура питательной воды за каждым подогревателем:

за ЭП t_эп = t_к + t_эп = 36,2 + 6 = 42,2С;

за П-I t₁ = t_эп + t_под = 42,2 + 42,85 = 85,05С;

за СП t_сп = t₁ + t_сп = 85,05 + 4 = 89,05С;

за П-2 t₂ = t_сп + t_под = 89,05 + 42,85 = 131,9С;

за П-3 t₃ = t₂ + t_под = 131,9 + 42,85 = 174,75С;

за П-4 t₄ = t₃ + t_под = 174,75 + 42,85 = 217,6С;

за П-5 t₅ = t₄ + t_под = 217,6 + 42,85 = 260,45С.

Примечание. Правильность определения температур за подогревателями рекомендуется проверить. Должно иметь место равенство: t₅ + t_под t₀^н.

В данном случае t₅ + t_под = 260,45 + 42,85 = 303,3С.

2.2 Выбор места установки деаэратора и давления в нем

При заданном числе регенеративных подогревателе m = 5 в качестве деаэратора установлен подогреватель смешивающего типа П-3. При t₃ = 174,75С давление в нем составит:

р_д = р_нас 8,8 бар.

Несмотря на это, выбираем стандартный деаэратор на давление р_д = 6 бар (Д - 6). По таблице II [2] (прилож. 3) для него определяем температуру и энтальпию воды:

температура воды t_д = 158,83С;

энтальпия воды h'_д = 670,5 кДж/кг.

Примечание. При выборе места установки деаэратора и давления пара в нем следует руководствоваться правилом: число регенеративных подогревателей высокого давления (ПВД) не должно быть больше числа подогревателей низкого давления (ПНД), поскольку ПВД, трубная система которых находиться под давлением питательных насосов, значительно дороже, чем ПНД.

2.3 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

t_нед = 6C.

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:

t_н5 = t₅ + t_нед = 260,45 + 6 = 266,45C.

Тогда давление пара, поступающего в подогреватель, определенное по таблице I [2] (или в прилож. 3) при температуре 266,45С будет: р₅ = 52,16 бар, и аналогично для остальных регенеративных подогревателей поверхностного типа:

для П-4: t_н4 = t₄ + t_нед = 217,6 + 6 = 223,6C, р₄ = 24,5 бар;

для П-2: t_н2 = t₂ + t_нед = 131,9 + 6 = 137,9C, р₂ = 3,45 бар;

для П-1: t_н1 = t₁ + t_нед = 85,05 + 6 = 92,05C, р₁ = 0,73 бар.

Давление в камерах отборов турбины должно быть выше, чем давление пара перед подогревателями; учитывается потери в паропроводах (на трение и местные сопротивления). При заданных потерях, которые приведены в задании (см. табл. П 1.2) р₅ = 4%, р₄ = 5%, р₂ = 7%, р₁ = 8% имеем:

3,71 бар;

0,79 бар.

б) Деаэратор.

Давление в камере отбора на деаэратор Д-6 принимается
р₃^ко = р_д^ко = 9 бар (для всех вариантов) 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.

.

Поэтому с учетом потери давления в паропроводе от камеры отбора до деаэратора, величина которой р₃ = 5%, вычисляем значение :



3. Построение условного процесса расширения пара в турбине в h-s - диаграмме

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

При принятых начальных параметрах р₀ = 90 бар и t₀ = 460С по таблице III [2] (или в прилож. 3) имеем энтальпию и энтропию в начале процесса расширения:

тепловой котел турбоустановка подогреватель

h₀ = 3272 кДж/кг, s₀ = 6,52 кДж/(кгК).

При давлении в конце теоретического (адиабатного) расширения р_К = 0,06 бар точка «b» находится в области влажного насыщенного пара. В этом случае энтальпия пара в этой точке - h_кa может быть определена аналитически из известного соотношения:

h_ка = h_к + x_ка·r_к (кДж/кг),

где х_ка = h_к - энтальпия воды на линии насыщения при конечном давлении адиабатного процесса расширения пара, т.е. при р_к = 0,06 бар, х_ка - степень сухости пара, r_к - скрытая теплота парообразования.

При адиабатном процессе s_ка = s₀ = 6,52 кДж/(кг·К).

По таблице II [2] (или в прилож. 3) при р_к = 0,06 бар:

s = 0,5209 кДж/(кг·К), s - s = 7,8096 кДж/(кг·К),

h_к = 151,5 кДж/кг, r_к = 2415,6 кДж/кг,

тогда x_ка = = 0,7682; h_ка = h_к + x_ка·r_к = 151,5 + 0,7682·2415,6 = 2007,164 кДж/кг.

При принятой потере давления в органах регулирования, которая приведена в задании (см. табл. П 1.2) р_р1 = 5% имеем давление перед соплами первой ступени турбины:

р₀ = (1 - р₁)·р₀ = (1 - 0,05)·р₀ = 0,95·р₀ = 0,95·90 = 85,5 бар.

По линии дросселирования (h - пост.) до давления р'₀ = 85,5 бар получаем точку «а*».

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

h_к^* = h₀ - _оi·(h₀ - h_ка) = 3272 - 0,89·(3272 - 2007,164) =

= 2146,296 кДж/кг,

где _oi - внутренний относительный КПД турбины.



Рис. 2.а Схема условного процесса расширения пара в турбине в h-s диаграмме

Рис. 2.б Схема условного процесса с изобарами в камерах отборов турбины на регенерацию в h-s диаграмме

Для нахождения точки с* необходимо найти на h-s - диаграмме пересечение изоэнтальпы h_к^* с изобарой р_к (т.е. в данном варианте пересечение изоэнтальпы h_к^* = 2146,296 кДж/кг с изобарой р_к = 0,06 бар), тогда используемый теплоперепад в турбине:

H_i = h₀ - h*_к = 3272- 2146,296= 1125,704 кДж/кг.

На линии действительного процесса расширения пара в турбине «а*-с*» находятся изобары р₅^ко = 54.33 бар,

р₄^ко = 25.79 бар, р₃^ко = 9,0 бар, р₂^ко = 3,71 бар, р₁^ко = 0,79 бар.

Схема процесса с изобарами в камерах отборов дана на рис. 2.б.

Полученные значения энтальпий h₀, h_ка, h_к^* и h_к наносятся на h-s - диаграмму; и получаются теоретический (а-b) и действительный (а-а*-c*) процессы. Далее наносятся изобары р₅^ко, р₄^ко, р₃^ко, р₂^ко, р₁^ко. 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 h-s - диаграмме последовательно находятся значения энтальпий и температур пара (а также степень сухости пара (х) для подогревателей П-2 и П-1):

h₅ = 3100 кДж/кг, t₅^ко = 375С;

h₄ = 2940 кДж/кг, t₄^ко = 275С;

h₃ (h_д ) = 22760 кДж/кг, t₃^ко = 170С;

h₂ = 2620 кДж/кг; х₂^ко =0,94;

h₁ = 2390 кДж/кг, х₁^ко = 0,87.

Условный процесс расширения пара в турбине в h-s - 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 (р_д), р₂, р₁.

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

Таблица 1

Параметры пара в камерах отборов турбины К-75-90 на регенерацию и давления перед подогревателями

Отбор на подогреватель	Давление в камере от-бора, рко, бар	Температура пара в камере отбора, tко,С, или (хко)	Энтальпия пара в камере отбора, h, кДж/кг	Потеря дав-ления в па-ропроводе, р, %	Давление пара перед подогревателем, рв, бар
П-5	54,33	375	3100	4	52,16
П-4	25,79	275	2940	5	24,5
П-3 (Д-6)	9,0	170	2760	5	6,0
П-2	3,71	(x=0,94)	2620	7	3,45
П-1	0,79	(x=0,87)	2390	8	0,73

Рис. 3 Процесс расширения пара в турбине К-75-90

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

Давление на нагнетании конденсационного насоса выбирается исходя из условия обеспечения требуемого давления воды перед деаэратором питательной воды.

Деаэратор Д-6 (р_д = 6 бар) обычно устанавливается на отметке 25 м. Суммарное гидравлическое сопротивление трубной системы трубопроводов и арматуры каждого ПНД по водяной стороне р_ПНД =1 бар, сопротивлении эжекторного и сальникового подогревателей р_ЭП = р_СП = 0,5 бар и р_к = 0,06 бар. Имеем давление на нагнетании конденсатных насосов:

р_кн = р_д + H_деа / 10,197 + 2·р_ПНД + 2·(р_ЭП р_СП ) - р_к =

= 6,0 + H_деа /10,197 + 2·1 + 2·0,5 - 0,06 = 11,39бар 12 бар (для всех вариантов).

где: 10,197 м - высота столба воды, эквивалентная давлению в 1 бар, а H_деа= 25м - высота установки деаэратора. Соответствующие давления питательной воды по тракту ПНД проставляются в расчетной тепловой схеме (рис. 1).

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

р_эп = р_кн - р_эп = 12,0 - 0,5 = 11,5 бар; р_в1 = р_эп - р_пнд = 11,5 - 1,0 = 10,5 бар;

р_сп = р_в1 - р_сп = 10,5 - 0,5 = 10,0 бар; р_в2 = р_сп - р_пнд = 10,0 - 1,0 = 9,0 бар;

Определив давление за конденсатным насосом, находим давление питательной воды по тракту от конденсатного насоса до деаэратора.

Давление на нагнетании питательного насоса принимаем:

р_пн = 1,3·р_о = 1,3·90 = 117 бар 115 бар.

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

р_в4= р_пн - р_ПВД = 115 - 5 = 110 бар;

р_в5 = р_в4 - р_ПВД = 110 - 5 = 105 бар.

Температура питательной воды за поверхностными подогревателями определена ранее при расчете распределения подогрева питательной воды по регенеративным подогревателям (стр. 8) и в рассчитываемом варианте составляет:

t_ЭП = 42,2С; t₁ = 85,08С; t_СП = 89,05С;

t₂ = 131,9С; t₄ = 217,6С; t₅ = 260,45С;

Температура питательной воды за деаэратором (П-3) соответствует температуре насыщения при давлении в деаэраторе р_д. Для рассчитываемого варианта р_д = 6 бар. Этому давлению соответствует температура насыщения t_н = 158,83С (табл. II [2] (или в прилож. 3)).

Энтальпия питательной воды за подогревателями устанавливается по значению температур и давлений по таблице III [2] (или в прилож. 3):

Для подогревателя П-5 при рв5 = 105 бар, t5 = 260,45C энтальпия питательной воды будет: hпв5 = 1139,8 кДж/кг,

для П-4 при рв4 = 110 бар, t4 = 217,6C: hпв4 = 934,4 кДж/кг,

для П-2 при рв2 =9 бар, t2 = 131,9C: hок2 = 554,9 кДж/кг,

для П-1 при рв1 = 10,5 бар, t1 = 85,08C: hок1 = 356 кДж/кг.

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

Температуры конденсата, выходящего из поверхностных регенеративных подогревателей, соответствуют температуре насыщения и опрелеляются по давлению пара в подогревателе по данным таблицы II [2] (или в прилож. 3).

Энтальпии конденсата определяются по тем же давлениям пара в подогревателе, по табл.II [2] (или в прилож. 3) и значение h_н равно табличному значению энтальпии воды на линии насыщения h', таким образом:

при р'₅ = 52,2 бар, h_н5 = h' = 1167 кДж/кг;

при р'₄ = 24,5 бар h_н4 = h' = 957 кДж/кг;

при р'₂ = 3,45 бар h_н2 = h' = 580 кДж/кг;

при р'₁ = 0,73 бар h_н1 = h' = 384,45 кДж/кг.

Значения параметров пара, питательной воды и конденсата сводятся в табл. 2.

Внимание. В настоящем примере расчета повышение энтальпии пара и температуры питательной воды в питательном и конденсатном насосах h_п.н., h_к.н. вследствие перехода объемных и гидравлических потерь в теплоту перекачиваемой жидкости учитывается для всех вариантов одинаковыми значениями h_п.н. = 5,5 кДж/кг, h_к.н. = 1,2 кДж/кг. Значения этих величин приведены также в табл.2.

Таблица 2

Параметры питательной воды и конденсата в системе регенерации турбины К-75-90

Подогреватели	Пар в камере отбора (из табл. 1)	Потеря давления в паропроводе р1,%	Пар у регенеративного подогревателя	Вода за подогревателями	Конденсат из подогревателей
	р, бар	h, кДж кг	t, С		р, бар	h, кДж кг	tн, С	рв, бар	t, С	hпв(hок), кДж кг	tн, С	hн, кДж кг
П - 5	52,2	3020	375	4	54.33	3100	266,45	105	260,45	1119,8	266,45	1167
П - 4	24,5	2920	275	5	25.79	2940	223,6	110	217,6	934,4	223,6	957
За питательным насосом	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	115	158,83	6761)	-3)	-3)
Д - 6 (П - 3)	9,0	2760	170	-3)	6,0	2760	158,83	6,0	158,83	670,5	-3)	-3)
П - 2	3,45	2620	146	7	3,71	2620	134,3	9,0	131,9	554,9	137,9	580
СП	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	10,0	89,05	373,1	-3)	-3)
П - 1	0.73	2390	91,9	8	0,79	2390	93,5	10,5	85,08	356	92,05	384,45
ЭП	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	11,5	42,85	237,5	-3)	-3)
За конденсатным насосом	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	-3)	12,0	42,2	1752)	-3)	-3)
Конденсатор	0,06	2146,3	41,5	-3)	-3)	-3)	-3)	0,06	42,2	173,8	-3)	-3)

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

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

3) ячейки не заполняются.

5. 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,

D_ка = D + D_ут;

- количество питательной воды, подаваемой в котел питательного насоса,

D_пв = D_ка;

Подставляя обусловленные значения величин, имеем:

D_ка = D + 0,02·D = 1,02·D;

D_пв = 1,02·D.



6. Расчеты по системе регенерации и подсчет расхода пара на турбину

6.1 Расчет ПВД

Расчетная схема ПВД с необходимыми расчетными данными (энтальпиями пара, питательной воды и дренажа) из таблицы 2 дается на рис.4.

Уравнения теплового баланса подогревателей:

D₅·(h₅ - h_н5) = K₅·D_пв·(h₅ - h₄);

D₄·(h₄ - h_н4) + D₅·(h_н5 - h_н4) = K₄·D_пв·(h_пв4 - h_пн);

где коэффициенты рассеяния тепла принимаем (для всех вариантов):

K₅ = 1,009; K₄ = 1,008;

Подставляя в уравнение известные величины, имеем:

D₅·(3020 - 1167) = 1,009·1,02·D·(1139,8-934,4);

D₅ = 0,0115·D.



Рис. 4 Расчетная схема ПВД

D₄·(2920-957) + 0,115·D·(1167-957) =

= 1,008·1,02·D·(934,4-676);

2017,3·D₄ +24,15·D = 256,677·D;

D₄ = 0,1197·D.

Таким образом имеем, слив конденсата из ПВД в деаэратор:

D₄ + D₅ = 0,234·D.



6.2 Расчет деаэратора

Расчетная схема с необходимыми расчетными данными дана на рис.5.

Рис. 5 Расчетная схема деаэратора

Уравнение теплового баланса запишем в следующем виде, исходя из условия, что пар «выпара» деаэратора не учитывается в тепловом балансе, т.к. его величина невелика:

D_д·(h₃ - h'_д) + (D₄ + D₅)·(h_н4 - h'_д) = K₃·[D'_пв·(h'_д - h_ок2)]

Количество питательной воды, идущей из ПНД, (D'_пв) определяется из материального баланса деаэратора:

D'_пв = D_пв - (D₅ + D₄ + D_д) =

= 1,02·D - 0,171 ·D - D_д = 0,786·D - D_д

Тогда при К_д = 1,007 (для всех вариатов):

D_д·(2760-670,5) + 0,234·D·(957 - 670,5) =

= 1,007·[(0,786·D - D_д)·(670,5 - 554,9)];

2089,5·D_д + 67,041·D = 91,5·D - 116,41·D_д;

2205,9·D_д = 29,46·D;

D_д = 0,0111·D.

В этом случае:

D'_пв = 0,786·D - 0,0111·D = 0,7749·D

6.3 Расчет ПНД

Расчетная схема ПНД с необходимыми данными об энтальпии потоков теплоносителей дается на рис.6.

Уравнение теплового баланса для П - 2:

D₂·(h₂ - h_н2) = K₂·D'_пв·(h_ок2 - h_сп);

где h_сп - энтальпия пара за сальниковым подогревателем (из табл.2, стр.13).

D₂·(2620-580) = 1,005·0,7749·D·(554,9-373,1);

D₂ = 0,0,0694·D.

Уравнение теплового баланса для П - 1:

D₁·(h₁ - h_н1) + D₂·(h_н2 - h_н1) = K₁·D'_пв·(h_ок1 - h_эп);

D₁·(2390-384,45) + 0,0694D·(580-384,45) =

= 1,004·0,7749·D·(356-267,5);

2005,6·D₁ + 13,57·D = 92,19·D;

D₁ = 0,039·D.

Рис. 6 Расчетная схема ПНД

6.4 Суммарные расходы пара в отборы турбины и расход пара в конденсатор

Согласно расчетной тепловой схеме рис.1 и выполненным расчетам по определению расходов пара на подключенные подогреватели, расходы пара из отборов турбины равны:



D_V = D₅ = 0,115·D;

D_IV = D₄ = 0,1197·D;

D_III = D_д = 0,0111·D;

D_II = D₂ = 0,0694·D;

D_I = D₁ = 0,039·D.

И следовательно, суммарный расход пара на все отборы составит: D_отб = 0,3542·D.

Расход пара в конденсатор турбины определяется из уравнения, характеризующего баланс потоков пара в турбине:

D_к = D - D_отб = D - 0,3542·D, D_к = 0,6458·D.

Правильность выполненных расчетов устанавливается подсчетом расхода пара в конденсаторе по балансу потоков конденсата в тепловой схеме:

D^*_к = D'_пв - (D₁ + D₂ + D_ку) =

= 0,7749·D - (0,039·D + 0,0694·D + 0,01·D) =

= 0,7749·D - 0,1077·D = 0,6458·D;

D^*_к = 0,6458·D.

D^*_к = D_к, что свидетельствует о правильности расчетов.

6.5 Определение расхода пара на турбину

Расход пара на турбину подсчитываем по уравнению, основанному на балансе мощностей потоков пара в ней, МВт:

N_m = N_э = К· D_m·H_im,

где: , H_im - используемые тепловые перепады в турбине соответствующих расходов пара из отборов; (определяли в разделе 2.3) D_m·H_im - произведение этих величин показывает количество энергии, которое вырабатывает поток пара, проходящий до отбора; _м - механический КПД (определяет потери на трение в подшипниках турбоагрегата); _э - КПД электрогенератора. Значения _м = 0,99 и _э = 0,986 приняты по табл.I (прилож. 3 [1]) при номинальной мощности турбоагрегата N_э = 75 МВт.

В курсовой работе значения этих КПД принимаются такими же.

Определяем величину D_m·H_im для каждого отбора:

D_V·(h₀ - h₅) = 0,115·D·(3272 - 3020) = 28,98·D;

D_IV·(h₀ - h₄) = 0,1197·D·(3272- 2920) = 42,13·D;

D_III·(h₀ - h₃) = 0,0111·D·(3272- 2760) = 5,68·D;

D_II·(h₀ - h₂) = 0,0694·D·(3272- 2620) = 45,25D;

D_I·(h₀ - h₁) = 0,039·D·(3272 - 2390) = 34,398·D.

Определяем количество энергии, которое вырабатывает поток пара, проходящий через всю турбину в конденсатор:

D_к·H_i = 0,6458·D·1125,704 = 726,98·D.

Суммируем полученные выше выражения:

D_m·H_im = D_V·(h₀ - h₅) + D_IV·(h₀ - h₄) + D_III·(h₀ - h₃) + D_II·(h₀ - h₂) + + D_I·(h₀ - h₁) + D_к·H_i= 883,418·D.

Таким образом D_m·H_im = 883,418·D,

тогда N_m = N_э = К· D_m·H_im, следовательно:

75 МВт = 0,00027115·883,418·D = 0,239495·D.

Расход пара на турбину: D = 75 / 0,239495 = 313,1589 т/ч.

Проверку правильности определения расхода пара на турбину сделаем подсчетом «D» по уравнению мощности, т/ч:

D = d_э·N_э + y_т·D_эт.

Здесь удельный расход пара на выработку электрической энергии:

,

где: _м - механический КПД; _э - КПД электрогенератора;

H_i - используемый теплоперепад в турбине; y_т - коэффициент недовыработки мощности турбины.

Определяем коэффициенты недовыработки мощности турбины:

Таким образом, коэффициент недовыработки, например, пятого отбора у₅ = 0,776 (у₅ 0,8) показывает, что поток пара направленный в этот отбор выработал только 1 - у₅ = 1 - 0,8 = 0,2 или 20% энергии, от энергии, которую он мог выработать, если бы он прошел через всю проточную часть турбины до конденсатора. Соответственно, коэффициент недовыработки потока пара, направленного в первый отбор у₁ 0,216, и следовательно, этот поток выработал при прохождении проточной части турбины от ее начала до места отбора 1 - у₁ = 1 - 0,216 = 0,784 или 78.4% потенциально имевшейся в нем энергии. Аналогичные выводы можно сделать по остальным потокам пара, направляемым в соответствующие отборы.

Определяем произведение y_т·D_эт:

у₅·D_V = 0,776·0,0.115·D = 0.08924·D;

у₄·D_IV = 0,687·0,1197·D = 0,08223·D;

у₃·D_III = 0,545·0,0111·D = 0,060495·D;

у₂·D_II = 0,421·0,0694·D = 0,02922·D;

у₁·D_I = 0,216·0,039·D = 0,04082·D

y_т·D_эт = 0,302·D

Тогда расчет расхода пара на турбину из уравнения мощности:

D = d_э·N_э + y_т·D_эт;

D = 3.2762·75 + 0,302·D;

D= 352.03 т/ч.

Невязка, равная D = 352.03-313.1589 = 38.956 т/ч, ничтожно мала

Расход пара на регенеративные подогреватели:

П - 5: D₅ = 0,115·D = 0,115·313.1589 36.013 т/ч;

П - 4: D₄ = 0,1167·D = 0,1167·313.1589 36.546 т/ч;

Д - 6: D_д = 0,0111·D = 0,0111·313.1589 3.476 т/ч;

П - 2: D_к = 0,0694·D = 0,0694·313.1589 21.733 т/ч;

П - 1: D₁ = 0,039·D = 0,039·313.1589 12.213 т/ч;



7. Энергетические показатели турбоустановки и блока котел-турбина

7.1 Показатели турбоустановки

Удельный расход пара на турбину:

d_э = D / N_э = (313.1589·10³) / (75·10³) = 4,18 кг/кВт.

Удельный расход тепла на производство электроэнергии:

где: h_пв = h_пв5 - энтальпия питательной воды за подогревателем №5; Q_э = 795436,7 кДж/ч - расход тепла на производство электроэнергии.

Абсолютный электрический КПД турбоустановки:

Расход тепла в турбинной установке на выработку электроэнергии, без учета затрат тепла на подогрев химически очищенной воды, подаваемой в цикл паротурбинной установки для восполнения потерь:

Q_wэ = Q_э - D_дв·(h_пв - h_прир) = 667717,41·10³ - 6,26(1139,8 -

- 63,15)·10³= 660977,912 кДж/ч,

где h_прир - энтальпия охлаждающей воды, поступающей в конденсатор из внешнего источника водоснабжения, температура воды в котором принимается 15С и давление 2 бар (для всех вариантов), и тогда h_прир = 63,15 кДж/кг; D_дв - количество химически очищенной воды, подаваемой в цикл паротурбинной установки для восполнения потерь:

D_дв = 0,02·D = 0,02·313,1589 = 6,26 т/ч.

Удельный расход тепла на выработку электроэнергии (без учета расхода на собственные нужды):

q_wэ = Q_wэ / N_э = 660977,912·10³ / (75·10³) = 8813,039 кДж/(кВт·ч).

Коэффициент полезного действия турбоустановки по выработке электроэнергии:

7.2 Показатели работы блока котел - турбина

Коэффициэнт полезного действия блока по выработке электроэнергии без учета расхода на собственные нужды (брутто):

^бр_бл = _wэ·_тр·_ка.

_wэ = 0,4085 - см. выше; _ка = 0,93 - КПД котлоагрегата (приведен в задании).

КПД транспорта тепла (от котла до турбины):

_тр = Q_э / Q_ка,

Q_э = 667717,41·10³ - количество тепла, подведенного к турбоустановке (см. выше), кДж/ч. Q_ка - тепловая мощность котла, кДж/ч.

Q_ка = D_ка·(h_пе - h_пв),

где: h_пе - энтальпия перегретого пара на выходе котла, кДж/кг.

При параметрах пара перед турбиной р₀ = 80 бар, t₀ = 460C принимаются параметры его на выходе из котла:

р_пе = 1,13·p₀ 117 бар;

t_пе = t₀ + 5C = 465C.

Тогда по табл. III [2] (или в прилож. 3) h_пе = 3284,4 кДж/кг, и при D_ка = 1,02·D = 1,02·3131,1589 = 319,42 т/ч;

Q_ка = 319,42·(3284,4- 1139,8)·10³ = 685028·10³ кДж/кг.

Тогда КПД транспорта тепла (от котла до турбины):

_тр = = 0,975.

КПД блока по выработке электроэнергии без учета расхода на собственные нужды (брутто):

^бр_бл = 0,4085·0,975·0,93 = 0,3704 (37,04%).

КПД «нетто» при заданном расходе на собственные нужды р_сн = 7% (по заданию):

^нт_бл = (1 - р_сн / 100)·^тр_бл = (1 - 7 / 100)·0,3704 = 0,344 (34,4%).

Известно, что в общем случае КПД ТЭС по выработке электроэнергии определяется из выражения:

^нт = W_э / (В·Q_н),

где:

W_э - количество электроэнергии, вырабатываемой на ТЭС;

В - расход топлива;

Q_н - теплота сгорания топлива.

При этом произведение Q_н·^нт определяет количество химической энергии топлива, превратившуюся в электрическую энергию, и следовательно:

W_э = Q_н·^нт

Удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии определяется из соотношения:

б_у^нт = В / W_э = 3600 / (Q_н·^нт)

Тепловую экономичность ТЭС оценивают путем определения расхода условного топлива необходимого для производства 1 кВт·ч электрической энергии. Теплота сгорания 1 кг условного топлива - 29,3 МДж/кг.

Таким образом:

б_у^нт = 3600 / (Q_н·^нт) = 3600 / 29,3·^нт г/(кВт·ч).

б_у^нт = 122,87 / ^нт = 123 / ^нт г/(кВт·ч).

Определяем удельный расход условного топлива «нетто» на выработку 1 кВт·ч электроэнергии:

б_у^нт = 123 / ^нт_бл = 123 / 0,3 = 410,0 г/(кВт·ч).



Список литературы

1. Ушаков Г.А. Расчет тепловой схемы энергетического блока конденсационной электростанции: Учеб. пособие / Иван. энергетич. ин-т. Иваново, 1979.

2. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: Издательский дом МЭИ, 2006.

3. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей. М.: Энергия, 1974.

Размещено на Allbest.ru

...