Расчет тепловой схемы турбоустановки ПТ-60-130

ПТ-60.dwg

Расчет тепловой схемы турбоустановки ПТ-60-130.doc

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ТУРБОУСТАНОВКИ
Принципиальная тепловая схема электростанции определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии на электростанции. Она включает основное и вспомогательное теплоэнергетическое оборудование участвующее в осуществлении этого процесса и входящее в состав пароводяного тракта электростанции.
На чертеже изображающем принципиальную тепловую схему показывают теплоэнергетическое оборудование вместе с трубопроводами пара и воды (конденсата) связывающими это оборудование в единую установку. Принципиальная тепловая схема изображается обычно как одноагрегатная и однолинейная схема.
При неблочной структуре электростанции имеющей одинаковые котлы и турбины ПТС сводится к принципиальной тепловой схеме одноагрегатной электростанции.
В состав ПТС кроме основных агрегатов и связывающих их линий пара и воды входят регенеративные подогреватели высокого и низкого давления с охладителями пара и дренажей сетевые подогревательные установки деаэраторы питательной и добавочной воды трубопроводы отборов пара от турбин к подогревателям питательные конденсатные и дренажные насосы линии основного конденсата и дренажей добавочной воды. В состав ПТС входят также вспомогательные устройства и теплообменники расширители и охладители продувочной воды парогенераторов барабанного типа охладители пари эжекторных установок и уплотнений линии отвода пара из уплотнений турбин к различным подогревателям воды.
ПТС является основной расчетной технологической схемой проектируемой электростанции позволяющей по заданным энергетическим нагрузкам определить расходы пара и воды во всех частях установки ее энергетические показатели.
На основе расчета ПТС определяют технические характеристики и выбирают тепловое оборудование разрабатывают развернутую (детальную) тепловую схему энергоблоков и электростанции в целом.
Выбор и обоснование тепловой схемы для турбоустановки
Турбина ПТ-6075-13013 имеет всего 7 отборов из них 2 регулируемых: производственный и отопительный. Такое количество отборов позволяет обеспечить развитую систему регенерации: 3 ПВД и 4 ПНД. Деаэратор питательной воды включен по предвключенной схеме т.е. подключен к тому же отбору что и нижний ПВД поэтому деаэратор не является отдельной ступенью подогрева питательной воды.
ПВД не имеют индивидуальных обводов а имеет только коллективный обвод. ПНД имеют индивидуальные обводы.
ПВД у современных турбин кроме основной поверхности нагрева имеет также охладители перегретого пара (ОПП) и охладители дренажа (ОД).
Нижний ПНД питается паром из ЧНД турбины т.е. всегда работает под вакуумом поэтому конструктивно он размещен в выхлопном патрубке турбины. На режимах с малыми расходами пара он отключается.
В системе регенерации есть также следующие элементы:
охладители пара эжекторов (ОЭ) при применении пароструйных эжекторов (осуществляется трехступенчатое сжатие воздуха с промежуточным его охлаждением что экономичнее).
Охладители пароуплонений (ОУ) служат для утилизации теплоты пара отсасываемого из камеры низкого давления с помощью эжектора.
Подогреватель сальниковый (ПС) служат для утилизации теплоты пара из камеры уплотнений избыточного давления.
Для надежной работы этих элементов и в особенности ОЭ и ОУ через них должен подаваться достаточный расход конденсата. Поэтому на режимах с малым пропуском пара в конденсатор включается т.н. линия рециркуляции. Регулирование расхода конденсата осуществляется по этой линии автоматически (клапан рециркуляции который управляется по импульсу уровня конденсата в конденсаторе). За счет этого одновременно предупреждается срыв в работе КН (должен работать под заливом).
Турбина ПТ-60 имеет один отопительный отбор т.е. обеспечивается одноступенчатый подогрев сетевой воды хотя число сетевых подогревателей – два.
В тепловой схеме турбины ПТ-60 устанавливается 2 расширителя непрерывной продувки атмосферный деаэратор для деаэрации конденсата возвращаемого с производства. Обессоленная вода не может подаваться через этот деаэратор а направляется для первичной деаэрации в конденсатор.
Схема сброса дренажа из поверхностных подогревателей применяется смешанная (в основном каскадный сброс но на ПНД-2 ставится дренажный насос).
Расчет тепловой схемы.
1. Исходные данные для расчета.
Мощность турбины N=60 МВт начальные параметры Р0=1275 МПа t0=555 °C давление в конденсаторе Рк=4 кПа турбоустановка работает в номинальном теплофикационном режиме.
2.Построение процесса расширения в hs-диаграмме.
Для определения давления в отопительном отборе задаёмся тепловым графиком теплосети 15070.
Для расчёта возьмём точку . В этом случае температура обратной сети . Рассчитываем температуру за сетевым подогревателем.
где – доля покрытия теплофикационной нагрузки турбоустановкой;
– температура прямой сети;
– температура обратной цепи.
Температура насыщения пара в подогревателе:
–температурный напор;
температура насыщения в сетевом подогревателе.
По таблице термодинамических свойств воды и водяного пара находим давление насыщения :
Давление в отборе определяем по формуле:
Уточним давление Р5:
Давление пара в отборах турбины принимаем по справочным данным.
Принимаем потери на дросселирование в регулирующих клапанах 4 % потери на дросселирование в клапанах перед ЧСД 15 %; относительный внутренний КПД: ЧВД = 08; ЧСД = 082; ЧНД = 0 (т.к пар пар дросселируется).
По рассчитанным данным строим процесс расширения в hs-диаграмме .
3.Составление таблицы состояния пара и воды в системе регенерации.
Уточняем давление в подогревателях:
где: — потери давления в паропроводах отборов.
Температура воды в подогревателях:
- температурный напор принимаем 4°С в ПВД 2°С в ПНД.
Принимаем давление воды в ПНД 15 МПа в ПВД:
Коэффициент недовыработки отборов:
4. Составление баланса пара и воды.
Принимаем расход пара на турбину Gт=1. Тогда подвод свежего пара к стопорным клапанам ЦВД Go=Gт+Gпрупл=1+002=102Gт. Паровая нагрузка парогенератора Gпе=Go+Gут=102+0015×102=10353Gт. Расход питательной воды Gпв=Gпе+Gпр=10353+0005×10353=10405Gт .
5. Расчет системы ПВД.
рис.2.2. Расчётная схема ПВД.
Из таблицы 2.2 находим:
h1=3241 кДжкг h21оп=1077 кДжкг
h2=3119 кДжкг h22оп=939 кДжкг
h3=2981 кДжкг h23оп=789 кДжкг
hjох = f (Pпод j tн j+25)
hдр 1= Сp×tдр1=4187×228=9546 кДжкг ; tдр1=tоп22+10=218+10=228°C
hдр2= Сp×tдр2 =4187×194=8123 кДжкг ; tдр2= tоп23+10=184+10=194°С
Повышение энтальпии воды в питательных насосах:
Энтальпия воды перед ПВД 3 с учетом работы питательных насосов:
h13=h`д+Dhпн=670+1987=6899 кДжкг.
Тепловой баланс для ПВД 1:
aпв(hоп21-hоп22)=a1(hох1-hдр1)hп
Тепловой баланс для ПВД 2:
aдр=a1+a2+13×aупл=00761+00633+13×002=01461
Тепловой баланс для ПВД 3:
Определяем нагрев воды в ОПП:
Уточняем энтальпии воды за подогревателями.
Составляем уточненные тепловые балансы.
aпв(h21-h22)=a1(h1-hдр1)hп
aдр=a1+a2+13×aупл=00694+00609+13×002=01370
6. Расчет расширителей непрерывной продувки.
Для турбин типа ПТ применяется 2х ступенчатая схема расширителей непрерывной продувки.
рис.2.3. Расширители непрерывной продувки.
Давление в расширителе:
По Рр находим: кДжкг кДжкг.
По давлению в барабане котла Рбар=14 МПа находим hпр=h`бар=15728 кДжкг.
Принимаем КПД расширителя hр=098.
Тепловой баланс расширителя:
Аналогично рассчитываем и второй расширитель:
где давление в расширителе:
7.Расчёт атмосферного деаэратора.
Рис2.4. Расчётная схема атмосферного деаэратора.
Составим уравнение материального баланса:
GВ12 +GВЫП =Gд12 +Gок +Gр2
Уравнение теплового баланса:
При давлении 12 ата hд’12=439 кДжкг.
hок=4187×tок=4187×80=33496 кДжкг.
Gок=05×Gпр=05×120=60 тчас.
GВЫП=0002×Gок=0002×60=012 тчас.
Gд12 =3149-0000355×Gт тчас.
8.Расчёт деаэратора питательной воды.
рис. 2.5. Расчётная схема деаэратора питательной воды.
Решив систему уравнений получим :
aд=-00007(т.е. вода в деаэраторе практически не греется поэтому уменьшим температуру воды на выходе из верхнего ПНД с 151°С до 143°С тогда h24=60237).
Пересчитаем систему уравнений:
9. Расчёт деаэратора подпитки теплосети.
Для деаэрации подпиточной воды используется вакуумный деаэратор.
рис. 2.6. Расчётная схема вакуумного деаэратора .
Расход сетевой воды:
Величина подпитки теплосети:
hподп=4187×30=12561 кДжкг.
Составим уравнение смешения :
где (температура насыщения при РВД=02 ата ).
Определим расход пара в сетевой подогреватель:
где – определяем по давлению в подогревателе; .
10. Расчет системы ПНД.
h4=2868 кДжкг h24=60237 кДжкг hдр4= 647 кДжкг
h5=2780 кДжкг h25=572 кДжкг hдр5= 580 кДжкг
h6=2688 кДжкг h26=432 кДжкг hдр6= 483 кДжкг
h7=2688 кДжкг h27=139 кДжкг hдр7= 145 кДжкг
рис.2.7.Расчетная схема системы ПНД.
Составим систему уравнений из тепловых балансов ПНД:
Составим систему уравнений из тепловых балансов ПНД 5-6 связанных дренажными насосами.
Решив систему уравнений получим:
G5=(0104×Gт-0648) кгс
Рассчитаем конденсатор ОУ+СП ОЭ и ПНД-7 как один смешивающий подогреватель.
Gдв=(aут+a’пр)× Gт+ Gневозв=(0015+0005-000206-0000355) ×Gт+ 120(236)=
Примем G7=0 Gоэ=0003 Gт
Отсюда находим Gк=(061×Gт –580 кгс тогда
Принимаем тч.=1075 кгс.
Отсюда кДжкг а оС что больше 60 оС значит линия рециркуляции работает.
11.Определение расхода пара на турбину и проверка ее мощности.
Расход пара при теплофикационном режиме:
где – электрическая мощность на клеммах генератора; – электромеханический КПД турбогенератора; – коэффициент недовыработки для отбора;
Погрешность определения мощности составляет 10 %.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПНД И ОПТИМИЗАЦИЯ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИК НА ЭВМ.
Исходные данные для ПНД 4:
расход нагреваемой воды Gв=0.84102=857 кгс;
температура воды на входе tв1=136 оС;
давление греющего пара Р=052 МПа;
температура насыщения греющего пара tн=153 оС;
температурный напор подогревателя dt=2 оС
скрытая теплота парообразования r=2102 кДжкг;
средняя теплоемкость воды ср=419 кДжкг оС;
внутренний диаметр труб dвн=0018 м;
толщина труб d=0001м;
теплопроводность латуни
расстояние между перегородками H=1 м;
скорость воды с=2 мс;
цена тонны условного топлива Цту.т.=60 т у.т.;
удельная стоимость поверхности подогревателя kF=220 м2;
коэффициенты ценности теплоты отборов
число часов использования установленной мощности hисп=6000 ч;
КПД теплового потока hтп=098.
Температура нагрева воды в ПНД 4:
Тепловая нагрузка подогревателя:
Среднелогарифмическая разность температур:
Средняя температура воды в подогревателе:
Физические свойства воды при tвf.
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент динамической вязкости:
Коэффициент кинематической вязкости:
Коэффициент теплоотдачи от воды к трубкам:
Физические свойства пленки конденсата при tн.
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке:
Коэффициент теплопередачи:
Поверхность подогревателя:
Оптимальная поверхность ПНД 4 рассчитывалась на ЭВМ и выбиралась из условия минимума переменной части расчетных затрат в зависимости от температурного напора подогревателя который изменялся от 01 до 56 оС с шагом 05 оС Как видно минимум расчетных затрат соответствует dt=16 оС при этом поверхность подогревателя составила F=172671 м2 по этому значению и проведем расчет конструктивных характеристик ПНД 4.
Общее количество трубок:
где принимаем число ходов z=4.
Количество трубок в одном ходе:
Диаметр трубной доски:
где шаг при развальцовке труб принимаем t=13 dн.
Рекомендуемое соотношение lDтр=15-25 соблюдается.
Определение коэффициентов ценности теплоты.
рис.4.1. Расчетная схема определения КЦТ.
Расчет производится от конденсатора и все подогреватели нумеруются в обратном порядке. При расчете используются следующие рекуррентные соотношения:
для поверхностных подогревателей
для узловых подогревателей ( смешивающих или с дренажными насосами )
Расчет коэффициентов изменения мощности.
Первый подогреватель:
Второй подогреватель:
Третий подогреватель:
Четвертый подогреватель:
Пятый подогреватель:
Шестой подогреватель:
Седьмой подогреватель:
Восьмой подогреватель:
Коэффициенты ценности теплоты отборов рассчитаем по формуле:
Анализ технических решений с помощью КЦТ отборов.
) Уменьшение температурного напора в ПВД 6 на 1 оС.
) Установка охладителя перегретого пара.
а) на верхнем ПВД 7:
б) на промежуточном ПВД 5:
) Установка дренажного насоса на ПНД 2.
) Установка расширителя.
) Увеличение потерь давления в трубопроводе отбора к ПНД 4 в 2 раза.
Давление в подогревателе:
Температура насыщения:
Температура воды на выходе из подогревателя:
Изменение температуры воды на выходе:
) Установка охладителя дренажа на ПВД 6.
Результаты расчета показывают что наибольшее значение оказывает установка охладителя перегретого пара: поправка к расходу теплоты 839 кВт а наименьшее – Установка дренажного насоса на ПНД 2: поправка к расходу теплоты 0.
РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.
Суммарный расход тепла на турбину:
Расход теплоты на внешних потребителей :
Расход тепла на выработку электроэнергии :
КПД по выработке электроэнергии:
Удельный расход тепла на выработку электроэнергии:
Расход теплоты из котла:
КПД теплового потока:
Удельный расход топлива на выработку электроэнергии:
Удельный расход топлива на выработку тепловой энергии:
ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТУРБОУСТАНОВКИ.
Питательные насосы выбираем на подачу питательной воды при максимальной мощности установки с запасом 5 %:
Gпн=105 Gпв=105 ×1056=1109 кгс.
Выбираем один питательный насос 100 % производительности с одним резервным на складе типа ПЭ-500-180.
Конденсатные насосы выбираем по максимальному расходу пара в конденсатор с запасом:
Gкн=12 Gк=12 × 160=192 тч.
Выбираем два рабочих насоса 50 % производительности и один резервный типа КСВ-200-220.
Дренажные насосы выбираем без резерва ( резерв – каскадный слив ) типа КС-32-150 ( ПНД 6 ).
Подогреватели низкого давления выбираем типа ПН-200-16-7 I в количестве 4 штук.
Подогреватели высокого давления в количестве трех штук типа ПВ-425-230-35-I.
Деаэраторы выбираем с деаэраторной колонкой типа ДП-500М2 и деаэраторным баком типа БД-65-1.
В данном курсовом проекте произведен расчет тепловой схемы турбоустановки ПТ-6075-13013 работающей с номинальной нагрузкой теплофикационного и производственного отборов . Для расчета была принята существующая схема турбоустановки в которой применены охладители перегретого пара и охладители дренажа на ПВД деаэратор питательной воды включен по предвключенной схеме на один отбор с ПВД 3.
Затем произведен тепловой расчет ПНД и оптимизация его характеристик на ЭВМ. Минимум расчетных затрат соответствует dt=16 оС при этом поверхность подогревателя составила F=172671 м2 по этому значению и проведен расчет конструктивных характеристик ПНД 4.
С помощью коэффициентов ценности теплоты отборов произведен анализ технических решений по тепловой схеме. наибольшее значение оказывает установка охладителя перегретого пара: поправка к расходу теплоты 839 кВт а наименьшее – установка дренажного насоса на ПНД 2: поправка к расходу теплоты 0.
На основе полученных данных определены технико-экономические показатели турбоустановки. Удельный расход топлива на выработку электроэнергии г у.т.кВт ч что больше среднего значения так как турбоустановка работает по конденсационному циклу. Удельный расход топлива на выработку тепловой энергии кг у.т.Гкал ниже среднего и определяется высоким КПД теплового потока %.
Вукалович М.П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. – М. Машгиз 1958. – 246 с.
Качан А.Д. Муковозчик Н.В. Технико-экономические основы проектирования тепловых электрических станций ( курсовое проектирование ). – Мн.: Вышэйшая школа 1983. – 159 с.
Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. -- М: Энергоатомиздат 1987 – 448 с.
Тепловые и атомные электростанции: Справочник. Под общей ред. В.А.Григорьева В.МЗорина – М: Энергоатомиздат 1989. – 608с.