Тепловой расчет блока электростанции

Российской Федерации Ивановский государственный энергетический университет Кафедра тепловых электрических станций РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БЛОКА КОНДЕНСАЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу “Общая энергетика” для студентов дневного и заочного обучения электроэнергетического факультета Иваново 2001 Составители: А.В.МОШКАРИН Е.В. БАРОЧКИН М.Ю. ЗОРИН Редактор: Г.Г.ОРЛОВ Настоящие методические указания служат для закрепления знаний студентами по курсу “Общая энергетика” и связаны с выполнением курсовой работы, заключающейся в расчете тепловой схемы энергетического блока конденсационной электростанции (КЭС). Методические указания предназначены для студентов электроэнергетического факультета дневной и заочной форм обучения.

Методические указания утверждены цикловой методической комиссией ТЭФ. Рецензент.Кафедра “Атомных электрические станции” Ивановского государственного энергетического университета . Рекомендации по выполнению курсовой работы и исходные данные для выбора и расчета тепловой схемы конденсационного блока Студент выполняет курсовую работу для своих исходных данных. Они устанавливаются по данным табл. П I.I и П I.2 соответственно по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника (см. приложение I). Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.

При выполнении курсовой работы необходимо соблюдать следующие условия: - расчеты сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какая величина взята из исходных данных, справочника, норм; - вычисления проводить в единицах системы СИ, используя соответствующие таблицы и h-s – диаграмму.

Принципы выбора элементов системы регенерации, расчета регенеративных подогревателей в тепловой схеме, а также определения энергетических показателей турбоустановки и блока в целом изложены в [ I ]. Там же изложены и некоторые справочные данные.Поэтому перед началом выполнения расчетов студенту будет полезно ознакомиться с указанной литературой . Выполненная курсовая работа высылается в деканат в сроки обусловленные учебным планом.

Оформление в рукописи на листках размером 210х300 мм (по ГОСТ). Задание, на основании данных таблиц П 1.1 и П 1.2 (приложение 1), приводится перед расчетом тепловой схемы турбоустановки.После выполнения расчетов составляется краткое описание турбоустановки и дается реферат. Примеры выполнения титульного листа, реферата и описания турбоустановки даны в приложении 2 (на трех листах) методических указаний.

Расчет тепловой схемы и определение 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 = 70 МВт. 2. Начальные параметры и конечное давление в цикле: р0 = 60 бар, t0 = 450С, рк = 0.05 бар. 3. Основные характеристики условного процесса турбины в hs - диаграмме: а) потеря давления в органах регулирования турбины: рр1 = 4%, следова- тельно р’0 = (1-рр1 ) р0 = (1-0,04 ) р0 = 0,96р0, б) внутренний относительный КПД турбины оi = 0,4. 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 Dут = 1,5% от расхода пара на турбину ; подогрев воды в эжекторном и сальниковым подогревателях tэп = 4 С и tсп = 4 С. 6. Потери давления в паропроводах от камер отборов до поверхностных подогревателей принять р5= 4%, р4=5%, р2= 7%, р1= 8%. 7. Поверхностные подогреватели без охладителей пара и охладителей конденсата; слив конденсата каскадный; недогрев воды в подогревателях  tнед = 4 C. 8. При расчете энергетических показателей блока принять: - КПД котла К = 91 %, - удельный расход электроэнергии на собственные нужды – рсн = 8 %. Схема показана на рис.1. По ходу воды в ней предусмотрены: эжекторный подогреватель - ЭП; регенеративный поверхностный подогреватель - П-1; сальниковый подогреватель - СП; регенеративный поверхностный подогреватель - П-2; смешивающий регенеративный подогреватель (деаэратор) - П-3; регенеративный поверхностный подогреватель - П-4; регенеративный поверхностный подогреватель - 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 . 2. Распределение подогревов питательной воды по регенеративным подогревателям 2.1 Давление пара в регенеративных отборах При начальных параметрах р0= 60 бар, t0 = 450 С по таблице III [ 2 ] определяем энтальпию пара: h0 = 3302,6 кДж / кг, а по табл. II температуру насыщения пара при начальном давлении р0=60 бар : t0н= 274,1 С (t0н  274С ) и при конечном давлении рк = 0,05 бар, tк = 32,8 С (tк  33 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 33 С) до температуры насыщения в цикле (при р0=60 бар температура насыщения tн = =274,1 & #61616;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 tэп = 3 С и tсп = 5 С величина подогрева питательной воды в каждом подогревателе определяется из следующей зависимости: . В этом случае температура питательной воды за каждым подогревателем: за ЭП tэп = tк + tэп = 32,8 + 4 = 36,8 С; за П-I t1 = tэп + tпод = 36,8 + 38,88 = 75,68 С; за СП tсп = t1 + tсп = 75,68 + 4 = 79,68 С; за П-2 t2 = tсп + tпод = 79,68 + 38,88 = 118,56 С; за П-3 t3 = t2 + tпод =118,56 + 38,88 = 157,44 С; за П-4 t4 = t3 + tпод =157,44 + 38,88 = 196,32 С; за П-5 t5 = t4 + tпод = 196,32+ 38,88 = 235,2 С. Примечание.

Правильность определения температур за подогревателями рекомендуется проверить.

Должно иметь место равенство t5 +  tпод  t0н. В данном случае t5 +  tпод = 235,2 + 38,88 = 274,08  274,1 С. 2.2. Выбираем место установки деаэратора и давление в нем. При заданном числе регенеративных подогревателе m = 5 в качестве деаэратора должен быть назначен подогреватель П-3. При t3 = 157,44С давление в нем составит: рд = рнас  5,74 бар. Выбираем стандартный деаэратор на давление рд = 6 бар (Д - 6). По таблице II [2] для него определяем температуру и энтальпия воды : температура воды tд = 158,84 С; энтальпия воды сtд = 670,4 С. Примечание.

При выборе места установки деаэратора и давления пара в нем следует руководствоваться правилом: число регенеративных подогревателей высокого давления (ПВД) не должно быть больше числа подогревателей низкого давления (ПНД), поскольку ПВД, трубная система которых находиться под давлением питательных насосов, значительно дороже, чем ПНД. Поэтому, например, при m = 6 следует принимать три ПНД и два ПВД, а при m = 7 - три ПНД и три ПВД. 2.3. Устанавливаем давление в отборах на регенеративные подогреватели. а) Поверхностные подогреватели.

Давление пара поступающего в подогреватели этого типа определяется из условия нагрева питательной воды до определенных ранее температур при заданном недогреве воды  tнед = 4 C. Величина недогрева воды показывает значение необходимого температурного напора для передачи теплоты от конденсирующегося в подогревателе пара к нагреваемой воде. Для подогревателя П-5 определяем температуру насыщения пара, поступающего в подогреватель: tн5 = t5 +  tнед = 235,2 + 4 = 239,2 C. Тогда давление пара, поступающего в подогреватель, определенное по таблице I [2] при температуре 239,2 оС будет: р5 = 32,92 бар, и аналогично для остальных регенеративных подогревателей поверхностного типа : для П-4 tн4 = t4 +  tнед = 196,32 + 4 = 200,32 C, р4 = 15,58 бар; для П-2 tн2 = t2 +  tнед = 118,56 + 4 = 122,56 C, р2 = 2,12 бар; для П-1 tн1 = t1 +  tнед = 75,68 + 4 = 79,68 C, р1 = 0,47 бар. Давление в камерах отбросов турбины должно быть выше, чем давление пара перед подогревателями; учитывается потеря в паропроводах (на трение и местные сопротивления). При заданных потерях, которые приведены в задании (см. табл. П 1.2) р5 = 4%, р4 = 5%, р2 = 7%, р1 = 8% имеем : б) Деаэратор.

Давление в камере отбора на деаэратор Д-6 принимается р3ко = рдко = 9 бар (для всех вариантов) из условия его работы с неизменным давлением 6 бар без перехода на отбор вышестоящего подогревателя до нагрузки 70 % от номинальной.

Известно, что с достаточной точностью можно считать, что при недогрузках давления в камерах нерегулируемых отборов изменяются пропорционально расходам пара через соответствующие ступени и, следовательно, пропорционально нагрузкам на турбину, т.е. . Поэтому с учетом потери давления в паропроводе от камеры отборов до деаэратора р3 = 5 % в данном случае имеем : 3. Построение условного процесса расширения пара в турбине hs - диаграмме Схема условного процесса расширения пара в турбине для настоящего случае дана на рис.2а Теоретический процесс расширения –( а-в ) и действительный – (а - а*- с*) . При принятых начальных параметрах р0 = 60 бар и t0 = 450С по таблице III [ Л.2 ] имеем энтальпию и энтропию в начале процесса расширения: h0 = 3302,6 кДж / кг, S0 = 6,7214 кДж / ( кг * К ). При давлении в конце теоретического (адиабатного) расширения рК = 0,05 бар точка ”в” находится в области влажного насыщенного пара. В этом случае энтальпия пара в этой точке hka может быть определена аналитически из известного соотношения: hка = сtк + xка * rк [ кДж / кг ], где хка = где: сtк – энтальпия воды на линии насыщения при конечном давлении адиабатного процесса расширения пара, т.е. при 0,05 бар, хка –степень сухости пара, rк – скрытая теплота парообразования.

При адиабатном процессе Sка = S0 = 6,7214 кДж / (кг * К). По таблице II 1.1[ П.2 ] при рк = 0,05 бар : S’ = 0,4749 кДж / (кг * К), S“ - S ’ = 7,8698 кДж / (кг * К), ctk = 137,430 кДж / кг, rк = 2423,8 кДж / кг. Тогда xка = = = 0,79 , hка = сtк + xка * rк = 137,430 + 0,79 * 2423,8 = 2052,232 кДж / кг. При принятой потере давления в органах регулирования, которая приведена в задании (см. табл. П 1.2) рр1 = 4% имеем давление перед соплами первой ступени турбины : р’0 = (1-р1 ) р0 = (1-0,04 ) р0 = 0,96 * р0 = 0,96 * 60 = 57,6 бар. По линии дросселирования ( h - пост.) до давления р’0 = 57,6 бар получаем точку “а* ”. При заданном внутреннем относительном КПД турбины ( без учета потерь с выходной скоростью последней ступени ) имеем энтальпию в точке “с* ”: hк* = h0 - оi (h0 - hка ) = 3302,6 - 0,85 (3302,6 - 2052,2) = = 3302,6 – 1062,84 = 2239,8 кДж / кг. Для нахождения точки с* необходимо найти на h-s – диаграмме пересечение изоэнтальпы hк* с изобарой рк (т.е. в данном варианте пересечение изоэнтальпы hк* = 2239,8 кДж / кг с изобарой рк = 0,05 бар ), тогда используемый теплоперепад в турбине: Hi = h0 – h*к = 3302,6 – 2239,8 = 1062,8 кДж / кг. На линии действительного процесса расширения пара в турбине “ а*- с* ” находятся изобары р5к.о.=34,29 бар, р4к.о.=16,4 бар, р3к.о.=9 бар, р2к.о.=2,28 бар, р1к.о.=0,51 бар. Схема процесса с изобарами в камерах отборов дана на рис. 2.б. Полученные значения энтальпий h0 , hка , hк*и hк наносятся на hs - диаграмму из [Л.2] или [Л.3]; и получаются теоретический (а - в) и действительный (а – а* -c*) процессы.

Далее наносятся изобары р5к.о р4к.о р3к.о р2к.о р1к.о. В точках пересечения этих изобар с действительным процессом расширения пара необходимо найти соответствующие энтальпии и температуры пара на выходе из камер отборов турбины.

Таким образом, по hs - диаграмме последовательно находятся значения энтальпий и температур пара (а также степень сухости пара (х) для подогревателей П-2 и П-1 ): h5 = 3192 кДж / кг, t5к.о =388 С; h4 = 3040 кДж / кг, t4к.о = 305 С; h3 (hд ) = 2932 кДж / кг, t3к.о = 245 С; h2 = 2692 кДж /кг; х2к.о =0.995; h1. =2508 кДж / кг, х1к.о = 0.94. Условный процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме с нанесением параметров в соответствующих точках дается на рис.3. На диаграмме показаны также и давления пара на входе в регенеративные подогреватели: р5, р4, р3(рд), р2, р1 . Параметры пара в камерах отборов на регенерацию и давления перед подогревателями приведены в таблице 1. Таблица 1. Параметры пара в камерах отборов турбины К-80-75 на регенерацию и давления перед подогревателями. Отбор на подогреватель Давление в камере от-бора, рк.о, бар Температура пара в камере отбора, tк.о С, или (х к.о) Энтальпия пара в камере отбора, h, кДж/кг Потеря дав-ления в па-ропроводе, р, % Давление пара перед подогревателем, рв бар П-5 34.29 388 3192 4 32.92 П-4 16.4 305 3040 5 15.58 П-3 (D-6) 9.0 245 2932 5 6.0 П-2 2.28 (x=0.995) 2692 7 2.12 П-1 0.51 (x=0.94) 2508 8 0.47 4. Параметры пара, питательной воды и конденсата (дренажей) в системе регенерации При деаэраторе Д-6 (рд=6 бар), установке его на отметке 25 м, суммарном гидравлическом сопротивлении трубной системы трубопроводов и арматуры каждого ПНД по водяной стороне рПНД =1 бар, сопротивлении эжекторного и сальникового подогревателей рЭП =рСП =0,5 бар и рк = 0,04 бар имеем давление на нагнетании конденсатных насосов: ркн = рд + Hдеа / 10,197 + 2* рПНД + 2*(рЭП  рСП ) – рк = 6,0 + Hдеа / 10,197 + 2 * 1 + 2 * 0,5 - 0,04 = 11,41бар  12 бар (для всех вариантов). где 10,197метра – высота столба воды эквивалентная давлению в 1 бар, а Hдеа= 25метров - высота, на которой, как правило, устанавливаются деаэраторы. Соответствующие давления питательной воды по тракту ПНД проставляются в расчетной тепловой схеме (рис.1). Давление на нагнетании питательного насоса принимаем, бар, рпн =1,3 р0 = 1,3 * 60 = 78 бар  80 бар. При других значениях р0 величина рпн округляется до значения кратного 5 бар, например при р0 =70 бар полученное значение рпн = 1,3 * 70 = 91 бар округляется до 90 бар. Давление питательной воды за ПВД определяется исходя из гидравлического сопротивления каждого подогревателя с относящимися к нему трубопроводами и арматурой : рПВД = 5 бар. В данном варианте: рв4= рпн – рПВД =80 – 5 = 75 бар; рв5= рв4 – рПВД = 75 – 5 = 70 бар. Температура питательной воды за поверхностными подогревателями определена ранее при расчете распределения подогрева питательной воды по регенеративным подогревателям (стр 6) и в рассчитываемом варианте составляет: tЭП = 36.8С ; t1 = 75,68С ; tСП = 79,68С ; t2 = 118,56С ; t4 = 196,32С ; t5 = 235,2С ; Температура питательной воды за деаэратором (П-3) соответствует температуре насыщения при давлении в деаэраторе рд. Для рассчитываемого варианта рд = 6 бар. Этому давлению соответствует температура насыщения tн= =158,8 С (таблица II [Л.2] ). Энтальпия питательной воды за подогревателями устанавливается по значению температур и давлений по таблице III [Л.2]: Для подогревателя П-5 при рв5=70бар, t5 =235,2C энтальпия питательной воды будет: ct5=1013,8 КДж/кг, для П-4 при рв4=75 бар, t4 =196.32 C: ct4 = 839,4 КДж/кг, для П-2 при рв2=9 бар, t2 =118,56C: ct2=489,2 КДж/кг, для П-1 при рв1=10,5 бар, t1 =75,68 C: ct1=318 КДж/кг . Температура и энтальпия питательной воды за деаэратором определяется давлением в деаэраторе, они приведены выше. Температуры конденсата, выходящего из поверхностных регенеративных подогревателей, соответствуют давлению пара в подогревателе; они устанавливаются по да.