Расчет принципиальной тепловой схемы и технико-экономических показателей работы энергоблока

 

Курсовой проект

Расчет принципиальной тепловой схемы и технико-экономических показателей работы энергоблока (турбина К-300-240)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

.Процесс расширения пара в h,s-диаграмме

2.Баланс основных потоков пара и воды

3.Расчет схемы

3.1Турбопривод питательного насоса

3.2Расчет сетевой подогревательной установки

.3Подогреватели высокого давления

.4Деаэратор повышенного давления

.5Подогреватели низкого давления

.6Сведения балансов

4.Определение показателей тепловой экономичности энергоблоков

5.Выбор вспомогательного оборудования

Выводы и заключения

Литература

Введение

В настоящее время развитие научно-технического прогресса позволяет людям чувствовать себя более комфортно в городах. По сравнению с прошлым веком, в веке нынешнем появилось множество различных, доступных большинству людей удобств, таких как: водопровод, теплоснабжение, централизованная система освещения. Уже практически невозможно представить себе жизнь без этих благ цивилизации, которые стали привычны. Но улучшение жилищных условий имеет и обратную сторону - возникновение экологических проблем.

Интенсивное развитие теплоэнергетики, освоение новых типов схем и оборудования для получения и использования электрической и тепловой энергии, внедрение в практику новых методов расчетов и конструирования, обновление нормативных материалов - все это предъявляет особые требования к соответствующей справочной литературе. В условиях мощного потока информации специалистам - теплотехникам и теплоэнергетикам - необходимы книги, в которых в компактной и удобной форме систематизированы сведения фундаментального и прикладного характера, достижения в методологии и конкретных разработках, имеющиеся в смежных областях техники.

Только при наличии соответствующего уровня справочной литературы можно произвести выбор основного и вспомогательного оборудования котлоагрегата и турбоагрегата.

1. Процесс расширения пара в турбине в h,s-диаграмме

Для определения параметров пара в отборах турбины на h, s-диаграмме изображаются процессы расширения пара в цилиндрах турбины. Для конденсационных турбин цилиндр высокого давления считается от начала расширения до отбора пара на промежуточный перегрев, цилиндр среднего давления от входа пара в турбину после промежуточного перегрева до его отвода в цилиндр низкого давления и непосредственно цилиндр низкого давления - до конденсатора.

Цилиндр высокого давления

Параметры пара после котла:

Ро= 24МПа

to= 545 °С

ho=3333кДж/кг

Давление пара на входе в цилиндр высокого давления с учетом потери на дросселирование:

Po =P0· 0,96=24·0,96=23,5 МПа

Давление пара на выходе из ЦВД берем по книге [1] : Р2=3,53 МПа

Находим располагаемый теплоперепад в ЦВД:

?h'=h0-h2=3333-2841=492 кДж/кг

Номинальный расход свежего пара по книге [1]:

Go=930 т/ч при Vo=0,014 м3/кг (из h,s-диаграммы) Vo·Go=0,014·930=13·103 м3/ч Pо/P2=23,5/3,53=6,67

По рис. 3.1 Определяем КПД ЦВД : ? ЦВД= 85 %

Находим использованный теплоперепад в ЦВД :

?h1 = ? ЦВД ·?h'=0,85·492=418 кДж/кг

Цилиндр среднего давления

В результате потерь на промежуточном перегреве давление на входе в ЦСД

Pпп=0,9·Pi=0,9·3,53=3,18 MПа

Давление на выходе из ЦСД будет равно давлению на ПНД №3:

P6=0,24 МПа

Вычислим располагаемый теплоперепад в ЦСД, используя h,s-диаграмму :

?h2'=hпп-h6=3556-2828=728 кДж/кг

Расход свежего пара:

G1=930-57,7-84,6=787,7 т/ч при V1=0,117м3/кг V1·G1=0,117·787,7=9,216·104 м3/ч Pпп/P6=3,18/0,24=13,25

По рис. 3.4 из книги [1] определяем КПД ЦСД : ? ЦСД =92,3 %

Находим использованный теплоперепад пара в ЦСД :

?h2=?h2'· ? ЦСД =728·0,923=672 кДж/кг

Цилиндр низкого давления Р6=Р6·0,985=0,24·0,985=0,2364 МПа

Давление пара на выходе из ЦНД равно давлению пара в конденсаторе турбины и равно Рк=0,003МПа. Располагаемый теплоперепад в ЦНД :

?h3'=h6-hк=2884-2250=634Дж/кг

Расход свежего пара:

Go=787,7-35-30-25,8-18=678,9 т/ч при Vo=0,96 м3/кг

Vo·Go=678,9·0,96=651,74·103 м3/ч

Р6//Рk=0,2364/0,003=78,8

По рис. 3.3 из книги [1] относительный внутренний КПД ЦНД :

? ЦНД =88,6 %

Использованный теплоперепад пара в ЦНД :

?h3=?h3' ·? ЦНД =634·0,886=562 кДж/кг

Суммарный располагаемый теплоперепад пара :

?h'=?h'+ ?h2'+?h3'=492+728+634=1854 кДж/кг

Суммарный использованный теплоперепад пара :

?h=?h1+?h2+?h3=418 +672 +562 =1652 кДж/кг

Результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица №1 Сводная таблица параметров

Точки процесса Величины Выход из котла O Вход в ЦВД O'Отбор на ПВД 1Вход в паропе-регрева-тель 2(ПП')Выход из паропе-регрева-теля ПП" Отбор на ПТН 3 4Деаэратор д Отбор на ПНД №4 5Отбор на ПНД №3 6Отбор на ПНД №2 7Отбор на ПНД № 1 8Конден-сатор К1 . Давление, Pi, МПа2423,56,123,533,091,561,511,040,510,240,090,020,0032. Температура, ti, °C и Х54554336028054542542138030021012540 х=0,96525 х=0,9013 . Энтальпия, hi, кДж./кг33333333306029153556331033003220306528842726251122504. Температура насыщения в подогревателе, ti , °C276,85249,14198,59181,58152,84120,8596,7160,0935,075. Энтальпия кипящей жидкости, hi, кДж/кг1220,61081,7846,1770,12643,3529,6405,21251,46101,046, Температура кипящей воды на выходе, ti, °C272,85245,14194,59177,58148,84116,8592,7156,097. Давление в корпусе подогревателя, Pi, МПа5,693,651,4040,690,470,2350,220,01868. Температура дренажа подогревателя, tдрi , °C254,85206,14176,59181,58152,84120,8596,7160,099. Энтальпия кипящей воды, hi, кДж/кг1195,61061,6829,9754,3627,8490,98389,57234,3510. Энтальпия дренажа подогревателя, hдрi, кДж/кг1110,3879,5749,9776,4645,1508406,42251,09 .,, ,

Котлоагрегат

Выберем котлоагрегат подольского завода Пп-950 255-2 (П-39-2 ): номинальная производительность - 950 т/ч;

давление пара на выходе - 25,02 МПа;

температура перегретого пара - 545 °С;

температура питательной воды - 265 °С;

тип топочного устройства - камерное;

температура уходящих газов - 130 °С;

расчетный КПД брутто - 91,8 %.

Расчет ПТС по методу последовательных приближений основан на предварительной оценке расхода пара турбины :

Go?KР (GКЭ + yт·Gт)

где Кp - коэффициент регенерации, зависящий от температуры питательной воды, числа регенеративных подогревателей и начальных параметров пара. Из [1]:

Кр=1,26

=0,5165

Gт=

где hn = 2726 кДж/кг - энтальпия греющего пара;

hK = 405,21 кДж/кг - энтальпия кипящей жидкости по соответствующей температуре насыщения.

Gэк=Nэ·103/?h ·?м· ?г

где NЭ - заданная мощность, МВт;

?h - используемый теплоперепад, кДж/кг;

?М = 0,985 - механический КПД турбины;

?Г = 0,985 - КПД генератора.

Go =1,26(300·103/1652·0,985·0,985 +8,62·0,5165)= 235,8 кг/с =

= 849 т/ч

Данное значение меньше Go = 930 т/ч, следовательно, подходит для дальнейших расчетов.

2. Баланс основных потоков пара и воды

Потери рабочего тела на электростанции можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние утечки пара условно относят к участку паропровода между котлом и турбиной. Их выражают в долях ?ут от расхода пара Go на турбине. Внутренние потери пара и конденсата не должны превышать при номинальной нагрузке 1% для конденсационных энергоблоков.

Производительность котлоагрегата равна:

GКА = GО( 1+ ?УТ) = 849·(1+0,01) = 857,49 т/ч

Количество добавочной воды:

GДВ = GО·?УТ = 849·0,01 = 8,49 т/ч

Используется прямоточный котел, поэтому потери на продувку равны нулю. Расход питательной воды в котел должен составлять:

GПВ=GКА = 857,49 т/ч = 238,19 кг/с

3. Расчет схемы

.1 Турбопривод питательного насоса

Задачей расчета ТПН является определение расхода пара на приводную турбину. Мощность турбины питательного насоса:

?Н = 0,8 - КПД насоса;

?М=0,975 - механический КПД турбины;

Vд= 0.00112 - удельный объем воды при температуре насыщения в деаэраторе, м/кг;

Рд = 0,69 - давление в деаэраторе, МПа;

Рпв = 1,35·Ро = 1,35·24 = 32.4 давление питательной воды для всех ПВД.

Находим давление на входе в турбопривод: РТП = 1,51· 0,9 = 1,359 МПа

Давление на выходе из турбопривода:

Р=Рkтп =4,76 кПа

Рктп=4,76кПа (давление в конденсаторе конденсационной приводной турбины).

Исходя из диаграммы -h,s находим располагаемый теплоперепад пара в ТПН: = 982 кДж/кг

Используемый теплоперепад: = 982 · 0,8 = 784,9 кДж/кг,

где ?т = 0,8 - КПД турбины ТПН, принимается по книге [1].

Расход пара на приводную турбину:

турбопривод питательного насоса типа К-11-10П

номинальная мощность 11350- кВт;

номинальная частота вращения 76,67 с-1.

.2 Расчет сетевой подогревательной установки

где hn = 2726 кДж/кг - энтальпия греющего пара;

hK = 405,21 кДж/кг - энтальпия кипящей жидкости по соответствующей температуре насыщения.

tС2 = 120 °С - температура сетевой воды после верхнего сетевого подогревателя;

tС1 - температура сетевой воды после нижнего сетевого подогревателя, °С;

? ПОД = 0,985 - КПД сетевого подогревателя по книге [1]. Из уравнения для температуры сетевой воды после верхнего сетевого подогревателя находим gcb :

где tос = 50 °C - температура сетевой воды в обратной магистрали.

Тогда:

где СР = 4,19 кДж/кг · °С - теплоемкость воды.

Расход сетевой воды после сетевого подогревателя:

.3 Подогреватели высокого давления

Для расчета ПВД составляют уравнение теплового баланса:

где Спв - расход питательной воды;

hпв1 - энтальпия питательной воды в конце ПВД-1;

hпв2 - энтальпия питательной воды в начале ПВД-1;

Gп2 - расход подогревательной воды в ПВД-1;

hдрi - энтальпия дренажа;

h= 0.99 -КПД подогревателя (выбираем по [1])

Определяем расход пара на ПВД-2, составляя аналогичный тепловой баланс для ПВД-2:

Отсюда находим GП2:

Определяем расход пара на ПВД-3:

Энтальпия питательной воды hпвд на входе в ПВД-3 определяется с учетом нагрева ее в питательном насосе. Повышение энтальпии воды

.4 Деаэратор повышенного давления

Составляем уравнения материального и теплового баланса деаэратора:

GП1 + GП2 + GП3 + GОК + GПД = GВЫП + GПВ ,

[(GП1+GП2+GП3) ·hДР3+hПД·GПД] ·?+GОК·hОК=GВЫП·hВЫП+GПВ·hПВ,

где Gвып - расход пара из деаэратора.

hвып - энтальпия выпара, принимаем ее равной энтальпии насыщенного пара при данном давлении:

hвып = 2778,7 кДж/кг

? = 0,99 - КПД деаэратора, учитывающий потери в окружающую среду, принимается по [1].

Оптимальный расход выпара составляет 1,5-3 килограмма на 1 тонну деаэрируемой воды, примем Gвып=0,002·Gпв=0,48 кг/с

Из уравнения материального баланса:

GОК + GПД= 238,19+0,48 - 16,54 - 25,51 - 0,81 = 195,81 кг/с

GОК = 195,81 - GПД

Подставляем полученное выражение в уравнение теплового баланса:

2,86·749,9·0,99+3205·0,99·GПД+(195,81 - GПД) ·627,8=

238,19(2778,7·0,0016 + 754,3)

GПД = 25976,87/2545,15 = 10,21 кг/с

GОК = 195,81-10,21=185,6 кг/с - расход основного конденсата.

Давление в корпусе деаэратора 0,69 МПа.

.5 Подогреватели низкого давления

Расход пара на ПНД-4:

GП5== = 10,49 кг/с

Расход пара на ПНД-3:

GП6 = =

= =7,316 кг/с

Расход пара на ПНД-2:

GП7 = =

== 11,64 кг/с

Расход пара на ПНД-1 производим с учетом вспомогательных теплообменников. Повышение энтальпии в вспомогательном теплообменнике принимаем по [1] равным:

?h = 22,5 кДж/кг

hК = hК + ?h = 22,5 + 101,04 = 123,54 кДж/кг

(GП5 + GП6 + GП7) ?(hДР7 - hДР8) + GП8?(h8 - hДР8) = GОК?(hПВ8 - hК)

GП8 = =

= = 7,1 кг/с

Из уравнения материального баланса:

GК = GО - (GП1 + GП2 + GП3 +GПД + GП5 +GП6 + GП7 + GП8 + GСП) =

= 235,8 - (16,54 + 25,51 + 0,81 + 10,21 + 10,49 + 7,316 + 11,64 + 7,1 + 8,75) = 137,434 кг/с

GMП = 235,8 - 137,434= 98,366 кг/с

.6 Сведение балансов

Материальный баланс проверяется путем суммирования потоков пара из отборов турбины и в конденсаторе и в сравнении полученного значения с расходом свежего пара на турбину.

GО = GП1 + GП2 + GП3 +GПД + GП5 +GП6 + GП7 + GП8 +Gк+ GСП =

= 16,54 + 25,51 + 0,81 + 10,21 + 10,49 + 7,316 + 11,64 + 7,1 +137,434+ 8,75= 235,8 кг/с

GО ? GO

Материальный баланс сходится.

Для сведения энергетического баланса суммируется мощность всех потоков пара и сравнивается с заданной мощностью турбины.

Теплоперепады

hi1 = hO - h1 = 3333 - 3060 = 273 кДж/кгi2 = hO - h2 = 3333 - 2915 = 418 кДж/кг

?hПП = hПП" - hПП' = 3556 - 2915 = 641 кДж/кг

hi3 = hO - h3 + ?hПП = 3333 - 3310 + 641 = 664 кДж/кг

hiД = hО - hД + ?hПП = 3333- 3220 + 641= 754 кДж/кг

hi5 = hO - h5 + ?hПП = 3333 - 3076 + 641= 898 кДж/кг

hi6 = hO - h6 + ?hПП = 3333 - 2884 + 641 = 1090 кДж/кг

hi7 = hO - h7 + ?hПП = 3333 - 2726 + 641 = 1248 кДж/кг

hi8 = hO - h8 + ?hПП = 3333 - 2511 + 641 = 1463кДж/кг

hiСП = hО - hСП + ?hПП = 3333 - 2884 + 641= 1090 кДж/кг

hiK = hO - hK + ?hПП = 3333 - 2250 + 641= 1616 кДж/кг

hi? = hO - h? + ?hПП =3333 - 3310+ 641 = 664кДж/кг

Сведем данные в таблицу 2:

Таблица № 2

Теплопадение, кДж/кгРасход пара, кг/сМощность, МВт127316,544,52241825,5110,6636640,810,54Д75410,217,7589810,499,42610907,3167,977124811,6414,53814637,110,39СП10908,759,54К1616137,434222,09Сумма9659235,8297,36Т664 13,67 9,08

Ni = 306,64 МВт - полученная мощность турбины. Вычислим действительную потребляемую мощность турбины,

NP = Ni ? ?Г??М

где ?Г = 0,985 - КПД ;

?М = 0,99 - механический КПД турбины.

NP = (306,64 - 9,08) ?0,985?0,99 = 289,97 МВт

Вычислим относительную погрешность:

?N = = = 0,033

Погрешность в допустимых пределах.

4. Определение показателей тепловой мощности энергоблоков

Расчет теплоты на турбогенераторную установку с учетом теплоносителя:

QТУ = [GТУ ?(hО - hПВ) + GПП?(hПП - hПП) - GДВ?(hПВ - hДВ)] ?10-3

где hДВ - энтальпия добавочной воды, подаваемой в тепловую схему энергоблока.

hДВ = hR = 101,04 кДж/кг

GNE = 0,01?GО + GО = 0,01?235,8 + 235,8 = 238,158 кг/с

GПП = GО - GП1 - GG2 = 235,8 - 16,54 - 25,51 = 193,75 кг/с

QТУ = [238,158? (3333-1195,6) + 193,75? (3556- 2915) - 8,49? (1195,6 - -101,04)] = 623,94?103 кВт = 623,94 МВт

КПД брутто турбинной установки:

= 0,525

КПД брутто энергоблока:

0,525?0,985?0,918 = 0,475

где ?ТП = 0,985 - КПД теплового потока;

?КА = 0,918 - КПД котельного агрегата по П5 из книги [1].

КПД нетто энергоблока:

= 0,475(1 - 0,036) = 0,457

где ? = 0,037 - доля энергии потребляемой на собственные нужды, от выработанной.

Удельный расход топлива на отпущенную потребителем электроэнергию:

= 0,27

пар турбина давление энергоблок

5. Выбор вспомогательного оборудования

Конденсационные насосы

Расчетная производительность конденсационных насосов GКН определяется с запасом 10 - 20 % к максимальному расходу пара в конденсаторе:

GКН = 1,2?GК = 1,2?137,434 = 164,92 кг/с = 593,72

По П7 из [1] выбираем 6 (3 основных и 3резервных) конденсационных насосов типа КсВ1000- 95:

подача - 1000 т/ч;

напор - 95 м;

допустимый кавитационный запас - HДОП = 3,5 м; мощность - 342 кВт;

КПД - 76%;

температура конденсата - 60 °С.

Деаэратор повышенного давления

Исходя из GПВ = 238,19 кг/с = 619,294 т/ч выбираем 2 колонки ДСП - 800 : рабочее давление - Рд = 0,69 МПа;

производительность - G = 800 т/ч;

температура - t = 165 °С;

наружный диаметр - 2432 мм;

высота - 4000 мм;

масса -- 8,2?103 кг.

Данные приводятся без охладителя выпара.

Деаэраторные баки

Емкость аккомуляторного бака деаэраторов принимаем из расчета запаса питательной воды: V=Go*t*60/1000

Для t = 3мин V=235,8*3*60/1000=42,45м3

емкость - 50 м3 ;

рабочее давление - 0,6 МПа;

наружный диаметр - 3020 мм;

длина - 8471 мм;

масса - 12180 кг.

Питательные насосы

Расчётная производительность питательных насосов выбирается по максимальному объему питательной воды с запасом 5%. Расчётный напор питательного насоса Рпн должен превышать давление пара перед турбиной Р0 на величину гидравлических потерь в тракте,Рпн=1,35*Р0 = =1,35*23,8=32,13 Мпа

В качестве основного турбонасоса выбираем ПТН-1135-340:

Подача - 1135 м3/ч;

Напор - 3400 м;

Частота вращения - 4700 об/мин;

КПД насоса - 80%

В качестве дополнительного выбираем по П6 [1] два электронасоса СВПЭ- 320-550г:

Производительность - 550 м3 ;

Давление нагнетания - 31,39 Мпа;

Температура питательной воды - 165 0С;

Скорость вращения -7500 об/мин;

Номинальная мощность электродвигателя - 8000 кВт.

Сетевые подогреватели

Производительность подогревателя сетевой воды выбирается по величине тепловой нагрузки. По уровню теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена сетевого подогревателя:

F=

где Qсп - тепловая нагрузка сетевого подогревателя, МВт:

к = 3,5 кВт/м2?°С - коэффициент теплопередачи сетевого подогревателя;

?tСР =

где ?tСР - средняя логарифмическая разность температур;

?t - нагрев сетевой воды в сетевом подогревателе;

?tСП = 4 °С - температурный недогрев сетевых подогревателей.

F= =238,40 м2

Согласно П10 [1] выбираем подогреватель типа ПСВ - 315 - 14 - 23: поверхность нагрева - 315 м2;

расход воды - 1130 т/ч;

расход пара - 190 т/ч;

число отходов воды - 2;

вес подогревателя, (без воды) - 12,423;

рабочие параметры по пару:

давление - 1,47 МПа, температура - 400 °С;

рабочие параметры по воде:

давление - 2,35 МПа, температура - 50/120 °С.

Выводы и заключения

Выполняя курсовой проект произвели расчет энергоблока на основе турбины К - 300 - 240 с заданными исходными данными:

1. тепловая схема турбоустановки;
2. начальные и конечные параметры пара;
3. расход пара производственного отбора и его давление;
4. тепловая нагрузка;
5. расход сетевой воды;
6. параметры пара после промперегрева;
7. дополнительные исходные данные выбирали самостоятельно.

В результате расчета получили показатели тепловой экономичности энергоблока. Также был произведен выбор вспомогательного оборудования.

Литература

1. Методические указания для выполнения расчетных работ по дисциплине «Теплоэнергетические установки электростанций».- Мн.:1989 г.
2. С.И. Ривкин, А.А. Александров «Термодинамические свойства воды и водяного пара» справочник: - М.: «Энергия», 1985 г,424 с., ил.
3. В.Я. Рыжкин, «Тепловые электрические станции». Учебник для вузов по специальности «Тепловые электрические станции». Изд. 2-е, перераб. И доп. М., «Энергия», 1976, 448 с., ил.
4. М.П. Вулканович, «Таблицы термодинамических свойств воды и пара». Изд. 2-е, перераб. и. доп. М. 1965, 397 с.

Курсовой проект Расчет принципиальной тепловой схемы и технико-экономических показателей работы энергоблока (турбина К-300-240)

Больше работ по теме: