Расчет подогревателя высокого давления

ПВД - чертеж.dwg

КП - Расчет ПВД-7 турбоустановки К-200-12,8.doc

Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Энергетический факультет
Кафедра «Тепловые электрические станции»
по дисциплине «Вспомогательное оборудование ТЭС»
«Расчет ПВД-7 турбоустановки К-200-128»
Краткая характеристика подогревателя 5
Схема движения теплообменивающихся сред в ПВД 9
Определение тепловых нагрузок в ОП СП ОК 10
Тепловой расчёт собственно подогревателя (СП) 13
Тепловой расчёт охладителя пара(ОП) 15
Тепловой расчёт охладителя конденсата(ОК) 17
Турбина К-200-128-7 -конденсационная без регулируемых отборов пара мощностью 210 МВт рассчитанная на параметры пара 128 МПа (130 кгссм2) и 565 °С с промежуточным перегревом пара до 565 °С и с двумя выхлопами пара в конденсатор с давлением в нем 346 кПа при частоте вращения 50 Гц впервые изготовлена в 1958 г. В настоящее время после ряда модернизаций широко используется на блочных электростанциях.
Турбина одновальная трехцилиндровая на 3000 обмин. Имеет 7 нерегулируемых отборов пара для целей регенерации.
Регенеративная установка рассчитана на подогрев питательной воды до 240°С в четырех подогревателях низкого давления (ПНД) деаэраторе на 07МПа и трех подогревателях высокого давления (ПВД). Кроме того используется теплота выпускного пара трехступенчатого пароструйного основания эжектора отсосов пара из промежуточных и концевых отсеков уплотнений и от штоков клапанов.
Турбина имеет сопловое парораспределение: каждый из регулирующих клапанов подает пар к одной из сопловых коробок вваренных в корпус.
Пройдя регулирующую ступень и 11 промежуточных ступеней ЦВД пар по двум паропроводам направляется в промежуточный пароперегреватель котла откуда поступает в ЦСД где проходит 11 ступеней. Далее пар из ЦСД по двум реверсивным трубам направляется в двухпоточный ЦНД каждый из которых состоит из 4-х ступеней.
Роторы ЦВД и ЦСД соединены жесткой муфтой полумуфты которой откованы заодно целое с валами. Остальные роторы соединены полужесткими муфтами. Между ЦВД и ЦСД установлен жесткая муфта с насадными полумуфтами. Между ЦВД и ЦСД установлен один комбинированный опорно-упорный подшипник. Турбина снабжена валоповоротным устройством установленным на крышке корпуса подшипника ЦНД. Ротор ЦВД выполнен цельнокованым из стали Р2М. Ротор ЦСД - комбинированный: передняя часть ротора цельнокованая из стали Р2М последние 4 диска- насадные из стали 34ХН3М. В зоне паровпуска выполнен разгрузочный диск.
Лопатки первых 7-ми ступеней крепятся к дискам Т-образными хвостовиками остальных четырех- вильчатыми. Лопатки первых семи ступеней ЦСД имеют ленточные бандажи остальные- проволочные связи. Ротор ЦНД- сборный: на вал из стали Р2 насажены диски из стали 34ХН3М. Турбина снабжена системой измерения абсолютных расширений корпуса ЦНД и всей турбины в целом а также относительных расширений всех роторов.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
Подогреватели высокого давления предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет охлаждения и конденсации пара.
Конструктивно подогреватели высокого давления выполняются вертикальными (для снижения гидравлического сопротивления) коллекторного типа. Поверхность теплообмена набирается из свитых в плоские спирали гладких труб наружным диаметром 32 мм и толщиной стенки 6 мм присоединенных к вертикальным раздающим и собирающим коллекторным трубам. Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Все элементы корпуса выполняются из качественной углеродистой стали 20К. Верхняя объемная часть корпуса крепится фланцевым соединением к нижней части. Гидравлическая плотность соединения обеспечивается предварительной приваркой к фланцам корпуса и днища мембран которые свариваются между собой по наружной кромке и другими методами. Само фланцевое соединение крепится шпильками. Конструкция трубной системы включает в себя четыре или шесть коллекторных труб для распределения и сбора воды. В нижней части корпуса устанавливаются специальные развилки и тройники для соединения коллекторных труб с патрубками подвода и отвода питательной воды.
После входного патрубка поток питательной воды разветвляется по раздающим коллекторам. Диафрагмы установленные в этих коллекторах разделяют потоки в зонах охладителя конденсата и пара. После нагрева части потока в зоне охладителя конденсата происходит смешение его с основным потоком питательной воды .Весь поток питательной воды поступает в собирающие коллекторы откуда одна часть ее поступает непосредственно в выходной патрубок а другая пройдя через трубы охладителя пара.
Греющий пар подводится через паровой штуцер. При нижнем подводе паровая труба соединяющая этот штуцер с охладителем пара помещается в отдельном кожухе защищающем ее от переохлаждения. Спиральные элементы теплообменной поверхности охладителя конденсата и пара располагаются в специальных кожухах в которых с помощью системы промежуточных перегородок в межтрубном пространстве создается направленное движение потоков пара и конденсата.
В корпусе охладителя пара перегретый пар омывает трубный пучок в несколько ходов и передает питательной воде теплоту перегрева. Из охладителя пара поток пара поступает в подогреватель и распределяется по всей высоте его поверхности. Конденсат пара с помощью перегородок установленных в межтрубном пространстве отводится за пределы трубного пучка и вдоль стенок корпуса стекает в охладитель конденсата. Над верхним днищем кожуха охладителя устанавливается специальная перфорированная труба через которую из подогревателя отводятся неконденсирующиеся газы.
У ПВД горизонтального типа поверхность теплообмена представляет собой два раздельно направленных в противоположные стороны U-образных трубных пучка. В центре корпуса расположена общая цилиндрическая водяная камера с двумя трубными досками. Греющий пар поперечным потоком омывает горизонтально расположенные трубки и конденсируется на их поверхности. Конденсат пара отводится в кожух охладителя конденсата где передает теплоту питательной воде при продольно-встречном обмывании трубок.
Все подогреватели высокого давления помимо автоматического устройства регулирования уровня конденсата в корпусе которым оснащены и ПНД имеют также автоматическое защитное устройство. Назначение этого устройства - защита турбины от попадания воды в случае превышения уровня ее в корпусе в результате разрыва труб появления свищей в местах сварки и других причин.
Поддержание нормального уровня конденсата в корпусе каждого из подогревателей в заданном диапазоне осуществляется регулирующим клапаном путем изменения количества конденсата каскадно сбрасываемого в подогреватель более низкого давления. При превышении допустимого нормального уровня открывается клапан аварийного сброса конденсата. При дальнейшем повышении уровня сверх так называемого первого аварийного предела приборы защиты дают команду на включение клапана с электромагнитным приводом закрывающего доступ питательной воды к ПВД и направляющего ее по байпасному трубопроводу в котельный агрегат. При достижении уровнем конденсата второго аварийного предела приборы защиты дают команду на отключение питательных насосов и останов энергоблока.
Защитное устройство предусматривает одно на группу ПВД. Однако подача импульсов по уровню конденсата на него предусмотрена от каждого корпуса подогревателя. При срабатывании защиты все ПВД отключаются по питательной воде.
СХЕМА ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД В ПВД
Принципиальная схема движения теплообменивающихся сред в зонах ПВД представлена на рис.1а. Через охладитель конденсата проходит весь поток питательной воды или ее часть ограничиваемая установкой шайбы.
Включение зоны охлаждения пара может быть различным. Например возможно включение охладителя пара всех или какого-либо отдельного подогревателя параллельно по ходу воды всем или некоторым подогревателям.
Во всех случаях через охладитель пара пропускается только часть питательной воды а другая ее часть байпасируется помимо охладителя с помощью ограничивающей шайбы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК В ОП СК ОК
Параметры теплообменивающихся сред:
Параметры пара на входе в ОП:
Давление pп = 3855 МПа;
Температура tп = 403°С;
Энтальпия hп = 3226 кДжкг;
Давление пара в собственно подогревателе p'п = 374 МПа;
Температура насыщения tн.= f(p'п) =2464 °С;
Энтальпия воды на линии насыщения hн = 1068 кДжкг
Температура пара на выходе из ОП tоп = tн + (10 ..25) = 265 °С;
Энтальпия пара на выходе из ОП hоп = 2866 кДжкг;
Температура поступающей в ОП воды tcп = tн - (3 ..5) = 242 °С;
Энтальпия поступающей в ОП воды hсп = 1049 кДжкг;
Расход питательной воды через ОП принимаем равным α = 015 от всего расхода пит воды Gпв = 1944 кгс;
Расход пара Gп = 833 кгс
Давление питательной воды Pпв = 12 P0 = 12·128 = 1536 МПа;
Примем коэффициент учитывающий потери в окружающую среду =098
Из уравнения баланса определим энтальпию:
По давлению воды определим ее температуру tв=263°С;
Определим температуру в точке смешения:
Определим энтальпию воды на входе в СП:
По давлению воды определим ее температуру tсп=2255°С;
Определим температуру воды поступающей в ПВД:
Принимаем температуру конденсата:
По балансу теплоты определяем тепловую нагрузку для:
собственно подогревателя:
охладителя конденсата:
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СОБСТВЕННО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ (СП)
Средний температурный напор для поверхностей нагрева отдельных элементов и подогревателя в целом определяется как среднелогарифмическая разность температур т.е.
Для определения коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде необходимо установить режим ее движения . Скорость воды в трубах подогревателя принимается в пределах w=15 мс. Для скорости 15 мс соответствующих средней температуре воды:
Число Рейнольдса равно:
Коэффициент теплоотдачи для этих условий определяется:
Термическое сопротивление стенки труб :
Значение коэффициента в выражении для плотности теплового потока определяется:
В соответствии полученными значениями имеем:
Принимая различные значения q находим и строим зависимость
Графоаналитическое определение плотности теплового потока в зависимости от температурного напора.
Из нее следует что при
Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях равен:
Поверхность нагрева собственно подогревателя:
Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности коррозии и т.д. Принимаем .
При принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно подогревателя
Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секций и числа рядов в каждой секции т.е. 412=48. Тогда N=288
Длина каждой спирали в этом случае
В заключение теплового расчета собственно подогревателя рекомендуется уточнить температуру при которой были определены физические параметры:
Отклонения от принятого значения что вполне допустимо.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ ПАРА (ОП)
Тепловая нагрузка охладителя пара Qоп = 27756 кВт;
Расход пара Dп =833 кгс;
Расход питательной воды Gпв = 1944 кгс.
Если размеры спиралей охладителей пара такие же как и собственно подогревателя тогда сечение для прохода пара:
Здесь =098 учитывает часть длины труб участвующей в теплообмене а 0004-расстояние между трубами.
При двух потоках скорость пара в охладителе:
где =006673 м3кг - средний удельный объем пара при его средней температуре в ОП
Эквивалентный диаметр:
Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб следует определять из выражения учитывая параметры пара при средней температуре tср ()
Определим коэффициент теплоотдачи от стенки труб к воде . Физические параметры воды определяются при ее средней температуре и Pв=1536 МПа.
Скорость воды в трубах при двух поточной схеме принимаем равной 15 мс а диаметр трубок 325 мм. Тогда число Рейнольдса
Коэффициент теплопередачи :
Средний температурный напор в охладителе пара :
Поверхность нагрева охладителя пара:
Число змеевиков охладителя пара :
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ КОНДЕНСАТА (ОК)
Тепловая нагрузка охладителя конденсата ;
Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве :
Площадь сечения для прохода конденсата в охладителе принимаем такой же как и в охладителе пара т.е. F=0 071м2. Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве
где удельный объем конденсата при его средней температуре в ОК.
Физические свойства конденсата при его средней температуре:
Значение числа Рейнольдса при найденной скорости равно:
а коэффициент теплоотдачи по формуле :
Средняя разность температур воды в трубах охладителя:
Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде при скорости и физических параметрах соответствующих .
Физические свойства воды при ее средней температуре:
Значение коэффициента теплоотдачи от стенки к воде
С учетом расчетное значение коэффициента теплоотдачи
Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:
Средний температурный напор в охладителе конденсата
Площадь поверхности теплообмена охладителя конденсата
В результате расчета были определены следующие площади соответствующих частей подогревателя:
В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого давления №7 (ПВ-775-265-45) для турбинной установки К-210-128.
ПВД-7 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель: давлении 3855 МПа температуре 403 °С и расходом пара 30 тч. Параметры питательной воды при этом: давление156 МПа и температура 223 °С .
В результате расчета были определены следующие площади составляющих частей подогревателя:
Полученные в результате расчёта значения площадей немного отличаются от реальных табличных значений данного подогревателя ПВ-775-265-45 на допустимую величину. В результате можно сделать вывод что расчет произведен верно .
Карницкий Н.Б. Пронкевич Е.В. Васильченкова Е.Н. Вспомогательное оборудование ТЭС: мет.пособие -Минск:БНТУ2010.
Рихтер Л. А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций» Москва 1987 г.
Назмеев Ю.Г. Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС: Учеб. пособие для вузов.- Издательство МЕИ 2005.

Навивка трубной системы ПВД.dwg

Раздающий коллектор.
Собирающий коллектор.
* Размер для справок. 2. Неуказанные предельные отклонения размеров: H14
h14 и IT . 3. Маркировать Ч и клеймить К на бирке.