Выбор и обоснование принципиальной тепловой схемы паротурбинной установки - файл

приобрести
скачать (257 kb.)

Введение
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Целями данной семестровой работы являются расширение и закрепление знаний по специальным курсам усвоение принципов повышения эффективности ТЭС, а также методов расчета тепловых схем ПТУ, их отдельных элементов и анализа влияния технических решений, принятых при выборе тепловой схемы и режимных факторов на технико-экономические показатели установок.

1. Выбор и обоснование принципиальной тепловой схемы паротурбинной установки

Принципиальная тепловая схема (ПТС) определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии на электростанции. ПТС включает в себя основное и вспомогательное оборудование и линии, связывающие его в единое целое.

Турбина паровая К-100-90 – конденсационная, с восемью регулируемыми отборами пара. Номинальная мощность 100 000 кВт (100 МВт) при 3000 об./мин. Турбина двухцилиндровая, с одновенечной регулирующей ступенью.

Максимальный расход свежего пара для турбины
Требуемое давление свежего пара
Температура свежего пара
Давление отработанного пара
Относительный внутренний к.п.д турбины

Рисунок 1 - Принципиальная схема ТЭЦ с турбиной типа К-100-90

Таблица 1.1. – Таблица с характеристиками отбора пара на регенерацию

	пар			конденсат			вода
Адрес отбора	P,Мпа	t	i	P	t	h		t	h
0	9	535	3390
0'	8,1
пвд 8	2,9	394	3200,21	2,755	230,3	990,42		226,3	948,197
пвд 7	1,86	336	3111,4	1,767	205,1	875,6		201,1	842,609
пвд 6	1,08	274	2950,5	1,026	179,88	763,2		175,88	736,9372
деаэратор	0,6	274	3020,2	0,57	158,84	663,43		154,84	648,7796
пнд 5	0,37	165	2776,6	0,3515	138,9	570,23		134,9	565,231
пнд4	0,2	120	2710,3	0,19	119,7	500,1		115,7	484,783
пнд3	0,073	91	2660,1	0,06935	89,96	376,77		85,96	360,1724
пнд2	0,039	75	2640,9	0,03705	75,89	310,2		71,89	301,2191
пнд1	0,016	55	2610,5	0,0152	54,3	225,4		50,3	210,757
конденсатор	0,0035		2550,6	0,003325	25,86			21,86	91,5934

Рисунок 2 – Процесс расширения пара в турбине

1 расчет тепловой схемы Пту

1.1. Рассчитаем долю пара полученного в ПП с учетом потерь:

-расход пара на турбину

1.2 Рассчитаем количество питательной воды:

1.3 Рассчитаем долю очищенной воды:

1.4

Расчет непрерывной продувки:

Рисунок 3 – Принципиальная схема РНП

Давление в барабане котла отличается от давления потребителя на 1,1

->

(*)

Подставляем данное выражение в *:

2.1 Рассчитаем сетевые подогреватели при условии, что Q_отоп=20 МВт.

Выбирается отбор с давлением и температурой , который обеспечит работу системы теплоснабжения.

Рис 2.1 - Сетевой подогреватель

Расход сетевой воды на теплоснабжение :

Составим уравнение теплового баланса для сетевого подогревателя с давлением отбора 0,37 МПа (отбор №4):

Примем температуру сетевой воды на входе в подогреватель 90⁰С.

4. Расчет подогревателей высокого давления:

Рис. 2.2 - Принципиальная тепловая схема ПВД
Составляем уравнение теплового баланса для ПВД №8:

Составляем уравнение теплового баланса для ПВД №7 с учетом конденсата из ПВД № 8:

Составляем уравнение теплового баланса для ПВД №6:

5. Расчет деаэратора питательной воды:

Рис. 5.1 - Деаэратор питательной воды

Составим материальный баланс для деаэратора:

Составляем тепловой баланс деаэратора:

Решая совместно эти два уравнения получим следующие значения:

6. Расчет подогревателей низкого давления:

Рис. 6.1 Принципиальная тепловая схемы ПНД

Расчет начинаем с подогревателя с «большим» давлением пара:

ПНД№5:

ПНД №4:

ПНД №3:

ПНД №2:

ПНД №1 отключен

7. Сводная таблица энергетических характеристик.

7.1 Определение недовыработки мощности паром из отборов турбин:

7.2 Определение расхода пара в отборы турбин:

7.3 Определим теплоперепады от входа пара на турбину до каждого из отборов

7.4 Определяем мощность, выработанную паром до точки ее отбора:

7.5 Определение доли пара уходящей в конденсатор.

Данные расчета сведем в таблицу 2.

Таблица 2. Энергетические характеристики отборов

	α	ϒ	αϒ	w	D	W
ПВД 8	0,02057	0,77390	0,01592	189,79000	2,77204	500,11545
ПВД 7	0,01483	0,66810	0,00991	278,60000	1,99838	529,24521
ПВД 6	0,01111	0,47641	0,00529	439,50000	1,49680	625,34699
ДЕАЭРАТОР	0,03900	0,55945	0,02182	369,80000	5,25581	1847,58316
ПНД 5	0,00680	0,26924	0,00183	613,40000	0,91640	534,34920
ПНД4	0,00652	0,19025	0,00124	613,40000	0,87803	511,98025
ПНД3	0,00649	0,13045	0,00085	729,90000	0,87429	606,62043
ПНД2	0,00307	0,10758	0,00033	749,10000	0,41316	294,21041
CП	0,06765	0,19025	0,01287	679,70000	9,11636	5890,28900
КОНДЕНСАТОР	0,82398	0,00000	0,00000	839,40000	111,04297	88604,92196
Σ	1,00000	-		-	134,76424	99944,66206

Проверка:

8. Расчет показателей тепловой экономичности.

8.1 Полный расход тепла на турбоустановку:

8.3 Удельным расходом теплоты на производство электроэнергии:

8.4 Температурная нагрузка парогенератора:

8.5 КПД транспортировки теплоты:

8.6 Расход теплоты топлива

8.6 КПД энергоблока брутто

8.7 Удельный расход теплоты на энергоблок:

8.8 Коэффициент полезного действия нетто ЭБ:

8.9 Удельный расход условного топлива нетто на ЭБ:

9. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

9.1 Выбор парового котла

Выбор типа котлов в основном ограничивается двумя типами: барабанными и прямоточными. При выборе котлов, помимо начальных параметров пара, учитывают качество исходной воды и величину потерь теплоносителя, водный режим, стоимость котла, график нагрузки станции, снижение параметров пара на пути от парогенератора до турбоустановки и многое другое.

В данной работе выбран барабанный котел. При выборе котла барабанного типа разрабатывается схема непрерывной продувки. Схема продувки – двухступенчатая схема расширителей непрерывной продувки. Теплота продувочной воды после расширителей используется для подогрева добавочной воды.

Основными характеристиками паровых котлов являются их производительность и параметры пара после первичного и промежуточного перегревателей. Производительность выбираемого парового котла должна учитывать увеличение расхода пара на турбину за счет повышения давления в конденсаторе в летнее время, утечек пара и конденсата, включения сетевых установок для отпуска тепла и других расходов.

В соответствии с этим производительность парового котла выбирается по максимальному пропуску свежего пара через турбину с учетом расхода пара на собственные нужды электростанции и обеспечения некоторого запаса для использования вращающегося резерва и других целей.

С учетом гидравлических и тепловых потерь в паровом тракте блока от котла до турбины давление пара за котлом должно быть выше номинального для турбины на 4-9%, а температура на 1-2%.

Для данного расхода пара выбираем котел марки БКЗ-500-13,8-4С производительностью - 500 абсолютное давление пара – 13,8 МПа температура пара после котла - 560 , КПД котла расстояние до верхней отметки котла – 56,17 м.

9.2 Выбор деаэратора
Суммарная производительность деаэраторов питательной воды выбирается по максимальному ее расходу (+5% с учётом запаса). На каждый блок устанавливается один деаэратор. В зависимости от соотношения пропуска воды через деаэратор и нужного объема баков принимают по одному или по два деаэратора на один бак. Возможна также установка одного деаэратора на два бака, соединенных между собой линиями пара и воды.

Деаэраторы добавочной воды выбирают централизованно для всей ТЭС или ее очередей.

Запас питательной воды в баках деаэраторов должен обеспечивать работу станции в течении 10 минут.

Для расхода питательной воды

Выбираем следующую марку деаэратора – ДП-500/65. (Выбираем деаэратор повышенного давления, так как р=0,6 МПа)

Табл. 3. Параметры деаэратора ДП-500/65

Параметр	Размерность	Значение
Номинальная производительность		500
Рабочее давление		0.59 (6)
Диаметр колонки		2032
Высота колонки		5021
Масса колонки		3900
Масса деаэратора		23400

9.3 Выбор питательного насоса

Насосы тепловых электростанций, как и другие типы машин, служащие для перемещения среды и сообщения ей энергии, характеризуются следующими параметрами:

1. Объемной производительностью (подачей) , ;

2. Давлением на стороне нагнетания ;

3. плотностью перемещаемой среды .

Давление питательного насоса определим по формуле:

- давление в барабане котла

- давление в деаэраторе

- давление трения (принимаем 0,1 Мпа)

- геометрическая высота расположения бака деаэратора

- верхняя отметка котла

- потери давления внутри котла (принимаем 4 МПа)

-сумма сопротивлений на каждом из ПВД (3*0,05 Мпа принимаем)

- местные сопротивления (принимаем 2 Мпа)

Определение подачи питательного насоса

Производительность насосов определяется максимальным расходом питательной воды на котел с запасом не менее 5%:

В расчетах тепловой схемы ТЭС расход воды определяется как массовый .

Между объемным и массовым расходами выполняется соотношение:

Установим два питательных насоса ПЭ 580-185-5

Табл. 3.4. Параметры питательного насоса ПЭ 580-185-5

Параметр	Размерность	Значение
Подача насоса		580
Напор насоса		2030
Частота вращения		3000
Количество на блок	-	1+1 резерв
Мощность привода		4000

9.3.2 Выбор конденсатного насоса, устанавливаемого после конденсатора турбины.

Производительность конденсатного насосов определяется максимальным расходом конденсата, перекачиваемого им, с запасом не менее 5%:

В расчетах тепловой схемы ТЭС расход воды определяется как массовый .

Между объемным и массовым расходами выполняется соотношение:

-давление в конденсаторе

- сумма сопротивлений ПНД

Тогда напор будет равен

По подаче выбираем 2 конденсатных насоса (один резервный) – КсВ 500-85-1

Табл. 3.5. Параметры конденсатного насоса КсВ 500-85-1.

Параметр	Размерность	Значение
Подача насоса		500
Напор насоса		85
Частота вращения		1000
Допустимый кавитационный запас		2,5
Мощность привода		200
КПД насоса	-	0,73

9.3.2 Выбор циркуляционного насоса

Циркуляционные насосы предназначены для подачи охлаждающей воды в конденсатор, масло- и воздухоохладители. На одну турбину устанавливается 1÷2 насоса, резерв не предусматривается. В турбинном отделении циркуляционные насосы устанавливаются индивидуально. В центральных, т.е. береговых насосных станциях насосные установки укрупняются, устанавливается, как правило, по одному насосу на турбину. Для конкретной станции их число определяется по НТП ТЭС и ТС и по ПТЭ.

Расход охлаждающей воды 16000 м³\ч, учитывая расход на воздухоотделители и маслоотделители, 16800 м³\ч

Выбираем 2 насоса марки Д12500-10 с расходом 12500 м³\ч, напор 10 м, с частотой вращения 372 об\мин, мощность двигателя 426 кВт.
9.3.3 Выбор сетевых насосов
Число насосов регламентируется следующим образом - ставят два насоса, один из которых резервный. Насос выбирается по напору и производительности.

Объемный расход воды на СП:

Напор рассчитываем для потребителей, на расстоянии 1 км:

Таблица 9.3. – Расчёт напора для сетевого насоса

Расход воды, кг\с	86,78
Расход воды т\ч	312,41
Условный диаметр	0,32
	325х8
α	0,50
l	1000,00
lα	500,00
lпр	1500,00
v, м\с	0,81
P, кгс\м2	2,31
P Па\м	22,73
Δ Р, Па	34095,60
Н, м	3,48
Н здания	12,50
H обр запаса	17,50
ΔН абонента	32,50
ΣΔH	35,98

По подаче и напору выберем два насоса марки СЭ 500-70-16

Табл. 3.6. Параметры сетевого насоса СЭ 500-70-16.

Параметр

Размерность

Значение

Подача насоса

500

Напор насоса

70

Частота вращения

3000

Мощность привода

160

КПД насоса

-

0,82

9.6 Выбор сетевого подогревателя

Подогреватели рассчитываются по площади теплообмена, по давлению и расходу греющего и нагреваемого теплоносителя.

Пар с четвертого отбора поступает в сетевой подогреватель, отдавая теплоту сетевой воде, конденсируется, конденсат поступает в конденсатор. Рассчитываем сетевой подогреватель следующим образом.

Температурный напор

Коэффициент теплопередачи k=2,1 кВт/м^{2 0}С

Площадь поверхности теплообмена рассчитывается:

Выбираем сетевой подогреватель ПСВ-200-7-15, с площадью поверхностью теплообмена 200 м² , рабочее избыточное давление по пару 7 атм, рабочее избыточное давление по воде 15 атм, расчётная температура воды на входе 70⁰С, теплопроизводительность 32 Гкал\ч.
9.4 Выбор регенеративных подогревателей
Рассчитаем регенеративные подогреватели как теплообменные аппараты и сведем данные в таблицу:

Таблица 9.4 – Расчёт регенеративных подогревателей

		K	t	F	Q
ПВД 8	ПВ-60-4	1,9	79,23305	40,69023	6125,621
ПВД 7	ПВ-60-4	1,9	69,08633	34,0381	4467,977
ПВД 6	ПВ-60-4	1,9	53,51037	32,20188	3273,955
ПНД 5	ПН-90-16-4	1,7	26,50045	44,88071	2021,91
ПНД4	ПН-90-16-4	1,7	14,29078	79,88004	1940,632
ПНД3	ПН-130-16-9	1,7	10,20482	115,0721	1996,294
ПНД2	ПН-90-16-4	1,7	10,66627	53,10622	962,9568
ПНД1		-	-	-	-

Рассчитав тепловую нагрузку подогревателей, сравним значения со стандартными для данных подогревателей. Данные подогреватели удовлетворяют условиям работы.

9.5 Выбор конденсатора
Тепловой баланс конденсатора:

Кратность охлаждения находится по формуле:

Поверхность охлаждения конденсатора

Температурный напор

К- коэффициент теплопередачи =2,1

Для турбины К-100-90 используют конденсатор К-100-3685 ЛМЗ, двухходового типа с поверхностью охлаждения 3685м² и расходом охлаждающей воды 16350 м³\ч. Гидравлическое сопротивление конденсатора составляет 3,60 м.вод.ст. Он имеет 12760 охлаждающих трубок длиной 7350 мм и диаметром 25\23 мм. Пучок конденсаторных трубок имеет глубокие проходы для пара. Такая ленточная компоновка трубных пучков в настоящее время считается наиболее эффективной и широко применяется в конденсаторах мощных турбин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В семестровой работе выполнен выбор типа турбины, составлена принципиальная тепловая схема на основе характеристик турбины, проведен тепловой расчет вспомогательных элементов схемы, выбрано оборудование тепловой схемы ТЭЦ. Также рассчитаны показатели тепловой экономичности ПТУ. Получили следующие данные: Удельный расход теплоты на производство электроэнергии 3,58; КПД энергоблока брутто 24%; Коэффициент полезного действия нетто ЭБ 23,3%; Удельный расход условного топлива нетто на ЭБ 146,44 г\МДж.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
1. Вукалович М.П. «Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара». - М.: Энергия; 1965 г. – 400 с.

2. Канталинский В.П. «Тепловые и атомные электрические станции». Методическое пособие по выполнению курсового проекта для студентов специальности 100500 «Тепловые электрические станции». Калининград , 2004 г. – 27 с.

3. Рыжкин В.Я. «Тепловые электрические станции». - М. : Энергоиздат., 1987 г. - 328 с.

4. Тепловые и атомные станции. Справочник /под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина.- М.: Энергоиздат. , 1982 г. – 624 с.