Проектирование расширения турбинного цеха с установкой дополнительной турбины ТОО ТЭЦ-3 «Караганда-Энергоцентр»

4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТУРБИН Т-120/140-12,8 И Т-120/130-130

 

4.1 Описание турбины Т-120/140-12,8

 

 

Турбина представляет собой одновальный двухцилиндровый агрегат, состоящий из однопоточного цилиндра высокого давления и двухпоточного цилиндра низкого давления[2,3].

Парораспределение ЦВД (см. Рисунок 1) - сопловое.

Цилиндр высокого давления имеет 20 ступеней, из которых первая ступень регулирующая. Цилиндр низкого давления имеет по 4 ступени в каждом потоке, третья ступень в каждом потоке - регулирующая.

Длина лопатки последней ступени - 755 мм.

Ротор высокого давления - цельнокованый, ротор низкого давления состоит из вала с насадными дисками.

Роторы турбины между собой и с ротором генератора соединены жесткими муфтами.

Конструкция и материал дисков и лопаточного аппарата, работающих в зоне фазового перехода, обеспечивают их коррозионную стойкость в процессе длительной эксплуатации.

В камерах нижнего отопительного отбора за вторыми ступенями ЦНД (см. Рисунок 1) установлены уплотненные регулирующие диафрагмы. Пропуск пара через полностью закрытую диафрагму (на один поток) не превышает 10 т/ч при абсолютном давлении 0,1 МПа (1,0 кгс/см2) в нижнем отопительном отборе.

Для обеспечения допустимого теплового состояния выхлопных частей цилиндра низкого давления при работе с полностью закрытыми регулирующими диафрагмами установлена форсуночная система охлаждения выхлопов ЦНД.

На перепускных трубах от цилиндра высокого к цилиндру низкого давления установлен сепаратор, обеспечивающий снижение влажности пара на входе в ЦНД до 1%.

Концевые части ЦВД и ЦНД снабжены гибкими лабиринтовыми ступенчатыми уплотнениями с чередующимися короткими и длинными гребнями.

Турбина имеет валоповоротное устройство с приводом от электродвигателя для вращения валопровода с частотой примерно 0,067 с-1 (4 об/мин) при пусках и остановах турбины, а также во время ремонтных и наладочных работ. Валоповоротное устройство с обгонной муфтой расположено в корпусе переднего подшипника турбины.

Фикс-пункт турбины расположен по оси турбины и определен поперечными шпонками, расположенными на передней раме выхлопного патрубка турбины.

Корпус переднего подшипника стальной, сварной.

Конструкция турбины и ее опорных поверхностей обеспечивает свободу теплового расширения корпусов цилиндров при всех режимах эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Продольный разрез турбины Т-120/140-12,8

 

 

 

 

Системы регенерации играют большую роль в процессе производства энергии, за счет снижения потерь теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины. На современных ТЭС в основном применяются поверхностные (кожухотрубные) подогреватели (ПНД, ПВД, СП). Конкретные решения по количеству аппаратов в системе регенеративного подогрева питательной воды и месту их в тепловой схеме ПТУ принимаются на основе технико-экономических расчетов[4,5]

Эффективность использования отборов пара теплофикационных турбин (см. Рисунок 2) для нужд теплового потребления в значительной мере определяет экономичность работы теплоэлектроцентралей

Следует подчеркнуть, что в этом комбинированном процессе полезно используется теплота уже отработавшего пара для нагрева сетевой воды, циркулирующей в тепловых сетях и системах потребителей, которая была бы выброшена в окружающую среду через «холодный источник» - градирни или водоемы-охладители. Эти тепловые отходы процесса, полезно используемые для обогрева городов и поселков, составляют от 20 до 40 % теплоты всего сжигаемого на ТЭЦ топлива.

В зависимости от начальных параметров пара и количества отборов пара на регенерацию относительное повышение КПД турбоустановки за счет регенерации составляет от 7 до 15%, что сопоставимо с эффектом, получаемым от повышения начальных параметров пара перед турбиной.

Регенерацию можно рассматривать как процесс комбинированной выработки энергии с внутренним потреблением теплоты пара, отбираемого из турбины. Регенеративный подогрев воды снижает потерю теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины.

Регенеративный подогрев питательной воды имеет ряд преимуществ:

-  упрощает  паропроводы отборного пара;

- расход пара  уменьшается от входа к выходу  турбины, что облегчает конструктивное  выполнение первых и последних  лопаток турбины;

- снижается  конечная влажность пара в  турбине (ук=0,08…0,14), так как влага частично выводится из турбины в подогреватели с отборным паром;

- уменьшается  отвод теплоты в конденсаторе, что облегчает выполнение низкопотенциальной  части ТЭЦ и снижает экологическую  нагрузку на окружающую среду.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Тепловая схема турбоустановки Т-120/140-12,8

1.      Материальный баланс пара и конденсата

Данные по отборам пара (см. Рисунок 2) сведены для более наглядного представления в Таблицу 1 Основных параметров отборов пара:

 

Таблица 1 Основные параметры отборов пара

 

Определяемая точка	D, т/ч	P, ата	T, 0С (X)	H, кДж/кг
0	520,00	134,29	555,09	3489,94
0’	514,30	127,58	545,00	3459,02
1	487,65	35,55	372,49	3163,58
2	456,86	20,35	302,33	3033,89
3	427,97	10,38	226,70	2893,78
4	401,96	3,82	0,989	2715,04
5	381,68	1,45	0,987	2565,29
6	361,84	0,46	0,984	2404,88
к	343,93	0,06	0,889	2329,64

 

Из таблицы видно с какими параметрами пар подается на голову турбины, какие параметры у забираемого на подогрев пара и какой пар сбрасывается в конденсат.

1. Расходы отборов пара из турбины

Количество отбираемого на промежуточных ступенях турбины пара (см. Таблица 1) равно:

 

D1=D0-D1=520-487,65=32,35 т/ч (8,99 кг/с)

 

D2=D1-D2=487,65-456,86=30,79 т/ч (8,55 кг/с)

 

D3=D2-D3=456,86-427,97=28,89 т/ч (8,03 кг/с)

 

D4=D3-D4=427,97-401,96=26,01 т/ч (7,23 кг/с)

 

D5=D4-D5=401,96-381,68=20,28 т/ч (5,63 кг/с)

 

D6=D5-D6=381,68-361,84=19,84 т/ч (5,51 кг/с)

 

∑Dотб=158,16 т/ч (43,94кг/с)

 

343,93 т/ч (95,54кг/с)

 

2. Определяем мощность отсеков турбины:

 

Ni=DiHi , МВт

 

N1=D0(H0’-H1)=144,44(3489,94-3163,58)=47,14

 

N2=(D0-D1)(H1-H2)=(144,44-8,99)(3163,58-3033,89)=17,57

 

N3=(DN2-D2)(H2-H3)=(135,45-8,55)(3033,89-2829,78)=25,91

 

N4=(DN3-D3)(H3-H4)=(126,9-8,03)(2893,78-2715,04)=21,25

 

N5=(DN4-D4)(H4-H5)=(118,87-7,23)(2715,04-2565,29)=21,07

 

N6=(DN5-D5)(H5-H6)=(111,64-5,63)(2565,29-2404,88)=17,01

 

Nк=(DN6-D6)(H6-Hк)=(106,01-5,51)(2404,88-2329,64)=7,56

 

Внутренняя мощность турбины с отборами пара выражается как сумма мощностей отдельных отсеков проточной части, каждый из которых имеет свой расход пара, свой теплоперепад и свой относительный внутренний КПД:

 

∑Nотс =N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+Nk=157,51 МВт

 

3. Электрическая мощность турбоустановки вычисляется по формуле:

 

=157,510,98=154,35 МВт

 

где - коэффициент, принимаемый равным 0,98 [1]

2. Энергетические показатели турбоустановки и теплоцентрали
1. Полный расход тепла на турбоустановку определяется по формуле:

 

, МВт

 

где - энтальпия питательной воды. Определяется по h-s диаграмме водяного пара при =155 ата и =240 0C и равна 1039,3 кДж/кг

 

=144,44∙(3489,94-1039,3)=353,97 Мвт

 

2. Расход тепла на турбоустановку на производство электроэнергии

 

, МВт

 

где, - расход тепла на производственный отбор. Турбина ЛМЗ   Т- 120/140-12,8  работает без производственного отбора, поэтому данное слагаемое принимается равным 0;

       - расход тепла на теплофикационные отборы. Т.к. считаем конденсационный режим, т.е. выработку только электроэнергии, значит теплофикационного отбора нет и =0;

        - расход пара на утечки и продувку. Принимается равным 1% от  D0. [1]

- энтальпия очищенной, добавочной воды с =7 ата и =40 0C.   =168,2 кДж/кг

 

=

353,97-(0,01∙144,44)(1039,3-168,2)=352,71 МВт

 

3. Коэффициент полезного действия по производству электроэнергии равен отношению электрической мощности турбоустановки к объему расхода тепла на производство электроэнергии и равно:

 

 

 

4. Коэффициент ТЭЦ по производству электроэнергии:

 

 

 

где  =0,98,

       =0,92 [1]

 

=0,44∙0,98∙0,92=0,40

 

5. Удельный расход условного топлива

Удельный расход условного топлива электростанции суммируется. Т.е суммируются расходы топлива в отопительный период (на выработку тепловой энергии) и на выработку  электрической энергии в конденсационном режиме.

Т.к. в дипломной работе рассматривается только конденсационный режим, то удельный расход на производство электроэнергии считается по формуле:

 

 г/кВт∙ч

 

 

 

 

2. Краткое описание турбины Т-120/130-130

 

Острый пар с начальными параметрами подводится к стопорному клапан  по двум паропроводам и затем по четырем паропроводам подводиться к регулирующим клапанам, привод которых осуществляется посредством сервомотора, рейки, зубчатого сектора и кулачкового вала. Открываясь последовательно, регулирующие клапаны подают пар в четыре вваренные в корпус сопловые коробки, откуда пар поступает на двухвенечную регулирующую ступень. Пройдя её и девять нерегулируемых ступеней, пар через два патрубка покидает ЦВД (см. Рисунок 3) и по четырём паровпускам подводиться к кольцевой сопловой коробке ЦСД, отлитой заодно с корпусом. ЦСД содержит 14 степеней. Турбина имеет структурную формулу регенерации 4 ПНД+Д+3ПНД (см. Рисунок 4).

Из ЦСД по двум реверсивным трубам, установленным над турбиной, пар направляется в ЦНД двухпоточной конструкции. На входе каждого потока установлена поворотная регулирующая диафрагма с одним ярусом окон, реализуя дроссельное парораспределение в ЦНД. В каждом потоке ЦНД имеется по две ступени. Последняя ступень имеет длину лопатки 550 мм при среднем диаметре 1915 мм, что обеспечивает суммарную площадь выхода 3,3м2.

Валопровод турбины состоит из роторов ЦВД, ЦСД, ЦНД и генератора. Роторы ЦВД и ЦСД соединены жесткой муфтой, причём полумуфта ЦСД откована за одно целое с валом. Между роторами ЦСД и ЦНД ,ЦНД и генератора установлены полужёсткие муфты. Каждый из роторов уложен в двух опорных подшипниках. Комбинированный опорно-упорный подшипник расположен в корпусе среднего подшипника между ЦВД и ЦСД [6,10].

Конструкция ЦВД в большей степени унифицирована с конструкцией ЦВД турбины Р-40-130/13.

Ротор ЦСД – комбинированный: Диски первых восьми ступеней откованы за одно целое с валом, а остальных – насажены на вал с натягом.

Корпус ЦСД имеет вертикальный технологический разъём, соединяющий литую переднюю и сварную заднюю часть.

Ротор ЦНД – сборный: четыре рабочих диска посажены на вал с натягом.

Корпус ЦНД состоит из трёх частей: средней сварно-литой и двух выходных сварных.

Корпуса ЦВД и ЦСД опираются на корпуса подшипников с помощью лап. Выходная часть ЦСД опирается лапами на переднюю часть ЦНД.

ЦНД имеет встроенные подшипники и опирается на фундаментные рамы своим опорным поясом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Продольный разрез турбины Т-120/130-130

 

 

 

 

Рис. 4 Принципиальная тепловая схема турбоустановки с турбиной Т-120/130-130

 

	D, т/ч	P, ата	T, 0С (X)	H, кДж/кг
0	483,1	125,5	554	3484,8
0’	479	85,5	504	3386,2
1	455	33,0	379	3056,7
2	425	23,4	336	2989,7
3	406	12,4	265	2837,5
4	396	5,83	190	2723,3
5	360,5	2,90	0,995	2584,2
6	356,5	2,08	0,981	2482,7
7	145	0,548	0,945	2401,5
к	149,1	0,057	45	2287,3

Материальный баланс пара и конденсата

Данные по отборам пара (см. Рисунок 2) сведены для более наглядного представления в Таблицу 2 Основных параметров отборов пара:

 

Таблица 2

Основные параметры отборов пара

 

Из таблицы видно с какими параметрами пар подается на голову турбины, какие параметры у забираемого на подогрев пара и какой пар сбрасывается в конденсат.