Вспомогательное Оборудование ТЭС - курсовая работа

ПВД 900-380-17.dwg

Минимальный уравень конденсата в корпусе
Аварийный уравень конденсата в корпусе (1-ый предел повышения уровня)
Аварийный уравень конденсата в корпусе (2-ой предел повышения уровня)
МЭИ. 022.1005.01.02.02.0020020403
Энергоблок мощностью 305 МВт

Вспомогательное оборудование.docx

ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТУРБОУСТАНОВКИ5
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ12
2 СОБСТВЕННО ПОДОГРЕВАТЕЛЬ13
3 ОХЛАДИТЕЛЬ КОНДЕНСАТА14
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СОБСТВЕННО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ16
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОХЛАДИТЕЛЯ ПАРА21
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОХЛАДИТЕЛЯ КОНДЕНСАТА24
Подогрев питательной воды и конденсата паром из отборов турбины осуществляется в регенеративных подогревателях. Эффективность регенеративного подогрева зависит от правильного выбора параметров пара регенеративных отборов числа регенеративных подогревателей их схемы включения и типа. По месту включения в тепловую схему турбоустановки разделяются на регенеративные подогреватели высокого и низкого давления.
Для более полного использования теплоты подводимого пара предусматриваются специальные поверхности нагрева для охлаждения пара до параметров близких к состоянию насыщения (охладители перегрева) и для охлаждения конденсата пара (охладители конденсата).
К регенеративным подогревателям электростанций предъявляются высокие требования по надежности и обеспечения заданных параметров подогрева воды – они должны быть герметичны и должна быть обеспечена возможность доступа к отдельным их узлам для ремонта и очистки поверхностей нагрева от отложений. Для предотвращения вскипания нагреваемой среды и гидравлических ударов в поверхностях нагрева давление греющего пара должно быть ниже давления воды.
Конструкция подогревателей должна компенсировать температурные изменения всех элементов и создать максимальную скорость их прогрева. Должны быть обеспечены также возможность дренирования всех полостей подогревателя и условия максимального использования теплоты греющего пара.
Целью данного проекта является расчет и подбор подогревателя №5 для турбинной установки ПТ-5060-1307 ЛМЗ при следующих параметрах: давление отбираемого пара Pп=1128 МПа температура tп=274оС количество отбираемого пара Dп=169 кгс.
ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТУРБОУСТАНОВКИ
Турбина ПТ-5060-1307 ЛМЗ мощностью 50 МВт на начальные параметры пара 128 МПа 555С и частоту вращения 50 Гц предназначена для выработки электроэнергии и отпуска пара при давлении 05 ÷ 10 МПа (промышленный отбор) и для отопления (теплофикационный отбор). Последний выполнен двухступенчатым: давление в верхнем отопительном отборе составляет 60 ÷ 250 кПа а в нижнем 50 ÷ 200 кПа. Расход пара через стопорный клапан равен 761 кгс номинальный производственный отбор 328 кгс.
На рисунке 3.1 приведена тепловая схема турбоустановки. Свежий пар поступает в ЦВД. Из выходного патрубка ЦВД пар направляется в ЧСД ЦНД в которой расположено семь ступеней.
За VII ступенью ЧСД расположена регулирующая поворотная диафрагма перед которой производится промышленный отбор. ЧСД состоит из регулирующей ступени трёх ступеней после которых выполняется верхний теплофикационный отбор и двух ступеней за которыми расположен нижний теплофикационный отбор.
Регенеративная система турбоустановки включает четыре ПНД деаэратор и три ПВД. Температура подогрева питательной воды 230С.
Рисунок 3.1 Принципиальная тепловая схема турбоустановки ПТ-5060-1307.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Регенеративный подогрев основного конденсата и питательной воды является одним из главных методов повышения экономичности современных ТЭС. Поэтому важнейшими элементами любой турбоустановки являются подогреватели высокого давления (ПВД) в которых можно его осуществить.
По принципу действия различают подогреватели смешивающего и поверхностного типов. В первых подогрев воды осуществляется при непосредственном контакте с паром во вторых теплота передается через стенки трубок (вода – внутри пар – между трубками). В смешивающих подогревателях вода нагревается до температуры насыщения. Благодаря этому потенциал греющего пара используется наиболее полно достигается наибольшая экономия теплоты за счет регенерации что и является основным преимуществом смешивающих подогревателей. К их преимуществам относится также возможность удаления из воды растворенных газов при подогреве ее до температуры насыщения греющего пара. Недостатком схемы является необходимость иметь большое количество последовательно включенных питательных насосов чем снижается надежность питания котлов.
На электростанциях в основном применяются поверхностные подогреватели. В таком подогревателе из-за сопротивления переходу теплоты через стенку имеет место недогрев воды до температуры насыщения пара. Недогрев уменьшается с увеличением удельной поверхности подогревателя на тонну подогреваемой воды но при этом возрастает его стоимость. Оптимальный недогрев определяется технико-экономическими расчетами. Поэтому (вследствие недогрева) тепловая экономичность схем с поверхностными подогревателями ниже а затраты металла и стоимость выше чем в схемах со смешивающими подогревателями. Схемы с поверхностными подогревателями усложняются дренажными линиями для отвода конденсата греющего пара и различаются способом отвода дренажа.
Подогреватели высокого давления (ПВД) располагаются между котлом и питательным насосом и используют теплоту пара который отбирается из части высокого и среднего давления турбины. Давление питательной воды в них определяется напором развиваемым питательным насосом. Высокое давление воды в ПВД предъявляет серьезные требования к их конструкции и прочностным свойствам применяемых материалов.
Конструктивно все подогреватели высокого давления выполняются вертикальными коллекторного типа. Поверхность теплообмена набирается из свитых в плоские спирали гладких труб наружным диаметром 32 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 проходит 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 направленных в противоположные стороны U-образных трубных пучка. В центре корпуса расположена общая цилиндрическая водяная камера с двумя трубными досками. В подогревателе отсутствует охладитель перегрева а поверхность охладителя конденсата выделена в нижней части трубных пучков. 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 омывании 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.
Конструктивная схема подогревателя должна быть такой чтобы обеспечивалось наиболее полное использование теплоты перегретого пара. В зависимости от этого выделяют две или более зоны передачи теплоты. Схема движения теплообменивающихся сред представлена на рисунке 2.2.
В корпусе подогревателя расположена трубная система нагревателя состоящая из четырех вертикальных стояков между которыми расположены нагревательные спирали выполненные из трубок из нержавеющей стали и вертикальной центральной отводящей трубы. Внутри стояков расположены перегородки и дроссельные шайбы обеспечивающие движение питательной воды.
Греющий пар поступает в подогреватель по трубопроводу сверху и движется навстречу нагреваемой питательной воде. Паровое пространство подогревателя занятое греющим паром конструктивно разделено на три зоны: верхняя зона куда поступает наиболее горячий пар называется охладителем пара средняя — собственно подогревателем и нижняя — охладителем конденсата.
Рисунок 2.2 Схема движения сред.
В охладителе пара питательная вода отбирает от поступающего тепло перегрева. Для этого в паровом пространстве создается множество горизонтальных перегородок и вертикальная перегородка. Они в свою очередь обеспечивают длительный контакт перегретого пара и питательной воды (через металлическую стенку).
Пройдя охладитель пар поступает в собственно подогреватель где происходит массовая конденсация греющего пара и передача тепла конденсации питательной воде.
Образующийся конденсат греющего пара имеет температуру насыщения которая значительно выше температуры поступающей питательной воды. Поэтому для более полного использования тепла конденсат направляется в охладитель конструкция которого сходна с конструкцией охладителя пара. Охлажденный конденсат направляется либо в подогреватель с более низким давлением либо в деаэратор.
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 ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Pп – давление пара на входе в охладитель пара Pп = 1128 МПа;
tп – температура пара на входе в охладитель пара tп = 274°С;
Dп – расход пара на подогреватель Dп = 169 кгс;
Gпв – расход питательной воды по таблице 3.22 [1] Gпв = 9167 кгс;
Pтурб – номинальное давление свежего пара перед турбиной
Dдр.6– дренаж среднего подогревателя по таблице 3.8 [1] Dдр.6=411 кгс;
Dдр.7– дренаж верхнего подогревателя по таблице 3.8 [1] Dдр.7=342 кгс.
Для определения температур греющей и нагреваемой сред запишем уравнение теплового баланса по пару и воде при заданных параметрах:
где h'оп = hп – энтальпия пара на входе в охладитель пара (далее ОП);
h''оп – энтальпия пара на входе в собственно подогреватель;
– КПД теплообменного аппарата = 098;
α – коэффициент учитывающий долю воды проходящую через охла-дитель пара α=014.
h''в – энтальпия воды на выходе из охладителя пара;
h''сп – энтальпия питательной воды на входе в охладитель пара.
При давлении Pп и температуре tп свежего пара определяем энтальпию пара на входе в охладитель пара: h'оп = 299172 кДжкг.
Давление насыщения вычисляем по формуле (5.2):
По давлению насыщения определяем температуру насыщения tн =1843°С.
Тогда при давлении Pн и t''оп = tн+(10÷25) = 1843+10 = 1943°С получим что энтальпия пара на выходе из охладителя пара: h''оп = 28075 кДжкг.
При давлении Pн и температуре питательной воды на выходе из собственно подогревателя t''сп = tн – (3÷5) = 1843–3 = 1813°С определяем энтальпию питательной воды на выходе из СП: h"сп = 76897 кДжкг.
Энтальпию воды на выходе из охладителя пара h''в определяем из уравнения теплового баланса по формуле (5.1):
Давление питательной воды примем на 30% выше номинального давления свежего пара перед турбиной: Pпв = 13·Pтурб = 13·1275 = 1658 МПа.
По давлению питательной воды Pпв и энтальпии воды на выходе из ОП h''в находим t"в = 185°С. Тогда температура смеси:
По уравнению теплового баланса (5.1) определим тепловую нагрузку на охладитель пара:
2 Собственно подогреватель
где h"оп – энтальпия пара на входе в собственно подогреватель;
hн – энтальпия пара в состоянии насыщения которая определяется по tн и Pн (tн определяется по таблице насыщения при давлении Pн) hн = 78209 кДжкг;
hдр.6 – энтальпия пара среднего подогревателя которая определяется по давлению насыщения в среднем подогревателе Pн6 = 213 МПа и температуре насыщения tн6 = 18682°С hдр.6 = 79484 кДжкг;
h"сп – энтальпия питательной воды на выходе из собственно подогревателя h"сп =76897 кДжкг.
Из уравнения теплового баланса (5.5) определяем энтальпию питательной воды на входе в собственно подогреватель:
По энтальпии питательной воды на входе в СП h'сп и давлению питательной воды Pпв находим температуру воды на входе в собственно подогреватель t'сп = 17078 °С.
По уравнению теплового баланса (5.5) определим тепловую нагрузку собственно подогревателя:
(76897-73135)=34487 кВт.
3 Охладитель конденсата
Уравнение теплового баланса по пару и воде при заданных параметрах :
где h"ок – энтальпия конденсатана на выходе из охладителя конденсата кДжкг;
α – коэффициент учитывающий долю воды проходящую через охла-дитель пара α=014;
h"окв – энтальпия воды на выходе из охладителя конденсата после точки смешения;
h'в – энтальпия питательной воды на входе в охладитель.
По и давлению питательной воды находим энтальпию питательной воды .
принимаем на (5-10) выше чем . Значит:
Из уравнения теплового баланса определяем энтальпию питательно воды после ОК до точки смешения:
По уравнению теплового баланса определим тепловую нагрузку охладителя дренажа:
(72248-68508)= 6857 кВт.
ТЕПЛОВОЙ РАСЕТ СОБСТВЕННО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
Средний температурный напор для поверхностей нагрева отдельных элементов и подогревателя в целом определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле (6.1):
Для определения коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде необходимо установить режим ее течения. Скорость воды в трубах подогревателя принимаем = 15 мс. Определяем среднюю температуру в собственно подогревателе по формуле (6.2):
При температуре tT = 17604°C определяем:
= 017610–6 – коэффициент кинематической вязкости м2с;
λ = 0676 – коэффициент теплопроводности Вт(м°С);
Pr = 102 – число Прандтля.
Для установления режима течения воды необходимо определить число Рейнольдса по формуле (6.3):
где dвн – внешний диаметр трубки dвн = 0032 м.
Т.к. число Рейнольдса больше 104 то режим течения воды – турбулентный. Тогда коэффициент теплоотдачи от стенок труб к воде определяется по формуле (6.4):
Термическое сопротивление стенки труб:
где ст – толщина стенки трубы м;
λст – коэффициент теплопроводности стальной стенки
Определим коэффициент физических величин:
где С – коэффициент для вертикальных стальных труб С=113;
r – поправка на шероховатость стальных труб r=08;
λк – коэффициент теплопроводности конденсата Вт(м·°С);
ρк(п) – плотность воды (пара) кгм3;
g – ускорение свободного падения g=981 мс2;
r – удельная теплота парообразования кДжкг;
к – коэффициент динамической вязкости Па·с;
l – длина вертикальных труб l = (05÷4) м.
Параметры в формуле (6.6) определяются по таблицам физических свойств воды и пара на линии насыщения при температуре tстср которая находится по формуле (6.7):
Отсюда: λк = 0674Вт(м·°С); ρк = 8869 гм3; ρп = 5157 кгм3;
r = 20152 кДжкг; к = 15310-6 Пас.
Тогда коэффициент физических величин по формуле (6.6) принимает следующее значение:
В соответствии с полученными значениями имеем:
Подставляя в зависимость различные значения q находим t и строим график зависимости t = f(q):
Графоаналитическое определение плотности теплового потока в зависимости от температурного напора представлено на рисунке 6.1. Из нее следует что при tср = 699 °С тепловой поток q = 2121443 Втм2.
Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях равен:
Рисунок 6.1 Графоаналитическое определение плотности теплового
потока в зависимости от температурного напора
Поверхность нагрева собственно подогревателя:
Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности коррозии и т.д. принимаем Fсп = 250 м2.
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. 612 = 72. Тогда N=144 шт.
Длина каждой спирали в этом случае:
В заключение теплового расчета собственно подогревателя уточняем температуру при которой были определены физические параметры:
Отклонение от принятого значения tстср = 18017°С составляет t = 286°С что не превышает 5°С а значит допустимо.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОХЛАДИТЕЛЯ ПАРА
Тепловая нагрузка охладителя пара Qоп = 30511 кВт. Поскольку размеры спиралей охладителей пара такие же как и в собственно подогревателе тогда сечение для прохода пара определяется по формуле (7.1):
где – коэффициент учитывающий часть длины труб участвующую в теплообмене = 098.
При двух потоках скорость пара находится по формуле (7.2):
Также при tсрп определяем следующие величины:
п = 116510–6 м2с; λп = 00418 Вт(м·К); Prп = 1569.
Эквивалентный диаметр определяется по формуле (7.4):
Определяем число Рейнольдса по формуле (7.5):
Режим течения турбулентный следовательно коэффициент теплоотдачи от пара к стенке труб:
Средняя температура воды определяется по формуле (7.7):
При tсрв определяем следующие величины:
Скорость воды в трубах при двухпоточной схеме принимаем 15 мс.
Тогда коэффициент теплопередачи:
Средний температурный напор в охладителе пара:
Поверхность нагрева охладителя пара:
Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности коррозии и т.д. Принимаем Fоп = 60 м2.
Число змеевиков охладителя пара с учётом :
Тепловая нагрузка охладителя конденсата Qок = 54427 кВт. Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:
При tсрк определяем следующие величины:
Площадь сечения для прохода конденсата в охладителе принимаем такой же как и в охладителе пара т.е. F=006 м2. Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:
Эквивалентный диаметр:
Значение числа Рейнольдса при данной скорости равно:
Режим течения турбулентный тогда коэффициент теплоотдачи от пара к стенке труб определяем по формуле (8.5):
Средняя температура воды в трубах охладителя конденсата:
При tокср определяем следующие величины:
в = 014710–6 м2с; λв = 06805 Вт(м·); Prк = 107.
Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде:
С учетом l=1132 расчетное значение коэффициента теплоотдачи:
Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:
Средний температурный напор в охладителе:
Поверхность теплообмена охладителя конденсата:
Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности коррозии и т.д. Принимаем Fок = 40 м2.
Число змеевиков охладителя пара:
По результатам расчета подогревателя высокого давления для турбоустановки ПТ 5060-1307 ЛМЗ был подобран ПВ-350-230-21 ТКЗ с общей площадью поверхности теплообмена 350 м2.
ПВД-5 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель:
расход пара 169 кгс.
Параметры питательной воды при этом:
температура 16296°С.
В результате расчета были определены следующие площади составляющих частей подогревателя:
По справочным материалам
Полученные в результате расчёта значения площадей немного отличаются от реальных табличных значений данного подогревателя ПВ-350-230-21 на допустимую величину (не более 5%). В результате можно сделать вывод что расчет произведен верно.
Основы конструирования и САПР: метод. пособие к курсовому проектированию И.Ф. Акулич Н.В. Муковозчик В.К. Балабанович В.А.Чиж; ред. Л.В. Иванов корр. М.П. Антонова. – Минск: Белорусская государственная политехническая академия 1992. – 30 с.
Никитина И.К. Справочник по трубопроводам тепловых электростанций И.К. Никитина; ред. П.Ф. Куликов ред. изд-ва Н.М. Пеунова техн. ред. В.В. Хапаева. – М.: Энергоатомиздат 1983. – 176 с.
Копко В.М. Теплоизоляция трубопроводов теплосетей: Учеб.–метод пособие В.М. Копко. – Минск: Технопринт 2002. – 160 с.