ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

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:

1. Номинальная мощность турбогенератора N = 75 МВт.

2. Начальные параметры и конечное давление в цикле:

р₀ = 90 бар,

t₀ = 460°С,

р_к = 0, 06 бар.

3. Основные характеристики условного процесса турбины в h-s – диаграмме:

а) потеря давления в органах регулирования турбины:

Dр_р1 = 5%, следовательно

р'₀ = (1-Dр_р1)·р₀ = (1-0, 05)·р₀ = 0, 95·р₀,

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

4. 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.

5. Утечки цикла D_ут = 1% от расхода пара на турбину; подогрев воды в эжекторном и сальниковым подогревателях Dt_эп= 6°С и Dt_сп = 4°С.

6. Потери давления в паропроводах от камер отборов до поверхностных подогревателей принять:

Dр₅ = 4%, Dр₄ =5%, Dр₂ = 7%, Dр₁ =8%.

7. Поверхностные подогреватели без охладителей пара и охладителей конденсата; слив конденсата каскадный; недогрев воды в подогревателях dt_нед = 6°C.

8. При расчете энергетических показателей блока принять:

- КПД котла h_К = 93%,

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

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 40°С отборным паром турбины.

Распределение подогревов питательной воды по

Регенеративным подогревателям

Давление пара в регенеративных отборах

При начальных параметрах р₀= 90 бар, t₀ = 460°С 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, 31°С (t₀^н » 303, 3°С) и при конечном давлении
р_к = 0, 06 бар, t_к = 36, 18°С (t_к » 36, 2°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, 2°С) до температуры насыщения в цикле (при р₀ = 90 бар температура насыщения t^н = 303, 3°С). 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 Dt_эп = 6°С и Dt_сп = 4°С 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 + Dt_эп = 36, 2 + 6 = 42, 2°С;

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

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

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

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

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

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

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

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

Параметры пара в камерах отборов турбины К-75-90

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.

Расчеты по системе регенерации и подсчет расхода пара на турбину

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.

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

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

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: S D_отб = 0, 3542·D.

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

D_к = D - S 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.

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 15°С 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:

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.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

12 3 4 Следующая ⇒