Анализ теплотехнической эффективности оборудования

Питательная вода из деаэратора забирается питательным насосом  ПН и под высоким давлением  подаётся через подогреватель высокого давления П2 (греющий пар: давление, МПа/температура,ºС – 0,49/230) в котёл.

Как видно из схемы (рис. 1), конденсат греющего пара подогревателя  высокого давления П1 сливается в деаэратор, конденсат греющего пара подогревателя низкого давления П1 дренажным насосом подаётся в линию между П1 и деаэратором и вместе с конденсатом ОЭ сливается тоже в деаэратор.

Из регенеративного  отбора также осуществляется отбор  пара на производственные нужды. Производственный отбор имеет параметры: давление, МПа/температура,ºС – 0,49/230 и совмещён с отбором на ПВД, конденсат которого возвращается конденсатными насосами в цикл турбоустановки в линию конденсата между П1 и деаэратором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание котла

 

Котёл Е-75-3,9 предназначен для получения перегретого пара и рассчитан на работу на буром угле.

Котёл Е-75-3,9 – вертикально-водотрубный  однобарабанный котёл с естественной циркуляцией, выполнен по П-образной схеме компоновки поверхностей нагрева. Диапазон изменения производительности – 70-100% от номинальной. Технические характеристики котла Е-75-3,9ГМ  приведены в табл.3

Рисунок 2 – Схема котлоагрегата, работающего на буром угле

 

Парогенератор состоит  из топочной камеры 2 (см. рис.2 из [3]) и  газохода 8, поверхностей нагрева, находящихся  под давлением рабочей среды (воды, пароводяной смеси, пара), водяного экономайзера 9, испарительных элементов, пароперегревателя 7 и воздухоподогревателя 10.

Испарительные поверхности  и экраны 3 вместе с опускными  трубами 5, соединяющими барабан с  нижними коллекторами экранов, образуют циркуляционный контур.

Поверхности нагрева, находящиеся  под давлением, объединены барабаном, в котором происходит разделение пара и воды, и соединены между собой трубопроводами.

Перегрев пара осуществляется в пароперегревателе 7. Подогрев воздуха производится в воздушном подогревателе 10.

Вместе с воздухом топливо подаётся через горелки 1 в топочную камеру, где сжигается в виде факела.

На стенах топочной камеры расположены экраны 3 и на выходе из топки – фестон 6, которые образуют испарительные поверхности нагрева, получающие часть теплоты продуктов сгорания.

Естественная циркуляция воды и паровой смеси в системе  организуется за счёт разности масс столба воды в опускных трубах 5 и пароводяной смеси в подъёмных трубах экранов 2 и фестона 6.

После топочной камеры продукты сгорания проходят через пароперегреватель 7, в котором пар перегревается до требуемой температуры (t=440ºС) и направляется к турбине. После пароперегревателя продукты сгорания проходят через водяной экономайзер 9, нагревая питательную воду, и воздухоподогреватель 10, в котором подогревается воздух, идущий на сжигание топлива.

Определение параметров основных точек термодинамического цикла ПТУ

 

Построение теплового  процесса расширения пара h,S – диаграмме и оценка расхода пара турбиной

Построение теплового  процесса расширения пара в турбине  осуществляется по рекомендациям [4].

На h,S – диаграмме по параметрам состояния пара перед стопорным клапаном (Р₁=3,43МПа и t₁=435ºС) наносится исходная точка 1. Потеря давления в стопорных и регулирующих клапанах вследствие дросселирования пара оценивается в пределах 3-5% от Р₁. Тогда давление пара перед сопловым аппаратом первой ступени составит

,

что позволит найти точку 2 с параметрами пара Р₂=3,2585МПа и t₂=433,902ºС и отвечающую им энтальпию пара h₂=h₁=3304,632 кДж/кг.

Потеря давления в  выхлопном патрубке турбины определяется по формуле

,

где λ=0,02-0,05 – опытный коэффициент; С_П=100-120 м/с – скорость пара в выхлопном патрубке турбины; Р_к=4,9 кПа – давление пара в конденсаторе.

Определив ∆Р_к, находим изобару

и, построив изоэнтропийный процесс из точки 2, находим энтальпию пара в конце изоэнтропийного расширения ( ).

По полученным данным определяем изоэнтропийный перепад  энтальпий на турбину

.

По известному давлению пара в производственном отборе турбины (Р₃=0,49МПа) находим отвечающую ему изобару на h,S – диаграмме и, проводя линию изоэнтропийного процесса, определим точку 3 и перепад энтальпий на 1-ый отсек турбины

,

где – энтальпия пара перед турбиной; - энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения пара в ЧВД.

Умножив на данного отсека, получим действительный перепад энтальпий

,

где – внутренний относительный КПД отсека до отбора.

Учитывая потери давления в регулирующих клапанах производственного отбора (6-10% от Р₃), находим изобару, отвечающую давлению Р₄

,

 и точку 4 начала  процесса расширения в следующем  отсеке.

Определив изобару Р₄ и построив изоэнтропийный процесс из точки 4, находим энтальпию пара в конце изоэнтропийного расширения ( ).

Тогда изоэнтропный перепад, приходящийся на 2-ой отсек турбины

,

где - энтальпия пара перед регулирующими клапанами производственного отбора; - энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения в ЧНД.

Действительный перепад  энтальпий на 2-ой отсек турбины

,

где - внутренний относительный КПД отсека до отбора.

Действительный перепад  энтальпий на турбину

.

При заданных начальных  и конечных параметрах пара, электрической мощности и величинах отборов ориентировочный расход пара турбоустановки равен

где k_р=1,1 – коэффициент регенерации по табл. 4 из [4]; N_э=6∙10³ кВт - номинальная электрическая мощность турбины; G_П=11,1 кг/с – величина производственного отбора; - действительный перепад энтальпий отсека турбины после производственного отбора; - действительный перепад энтальпий на турбину.

Поскольку в цикле ПТУ работает две турбоустановки, то общий ориентировочный расход пара на них равен

.

Рисунок 3 – Процесс расширения пара в  h,S – диаграмме

Расчёт выполняется  согласно изображённой на рис. 1 принципиальной тепловой схемы турбоустановки П-6-3,43/0,49.

Для определения подогрева питательной  воды в регенеративных подогревателях низкого давления (ПНД) П1 и высокого давления (ПВД) П2 определяются в соответствии с табл. 6:

  – температура питательной  воды на входе в котёл;

 – температура насыщения  в деаэраторе (Р₁₀=0,118 МПа);

 – температура конденсата  после конденсатора (состояние насыщения при P₆=4,9 кПа);

 – температура воды после  охладителя эжектора;

 – нагрев питательной воды  в деаэраторе.

Подогрев в ПВД П2 –  .

Подогрев в ПНД П1 –  .

Температура насыщения греющего пара принимается для регенеративных подогревателей на 2-7 ºС выше температуры  питательной воды на выходе из соответствующего подогревателя. Это недогрев, определяемый наличием термического сопротивления поверхности нагрева подогревателя.

Энтальпия питательной воды на входе  и выходе из подогревателя, а также энтальпия конденсата греющего пара определяется по [5] в соответствии с их температурами и давлением в конденсатной (Р_д=0,118 МПа) и питательной (Р₁=3,43 МПа) линиях.

 

По температуре насыщения конденсата греющего пара определяется оптимальная величина давления греющего пара, отбираемого из проточной части турбины.

 

В точках пересечения  процесса расширения пара в турбине  с изобарами давления в отборах  по h,S – диаграмме (рис. 3) определяем энтальпии отбираемого пара. Результаты расчёта сведены в табл. 4,5.

 

Таблица 4 – Параметры пара регенеративных отборов

Параметры пара регенеративных отборов	О1	ОД	О2
Давление пара, МПа	0,49	0,118	0,102
Температура, ºС	230	130	120

 

Таблица 5 – Параметры воды и пара

Наименование величины	Единица        измерения	П2	ДПВ	П1	ОЭ
1	2	3	4	5	6
Температура питательной воды на входе в подогреватель	ºС	104,3	94,3	42,52	32,52
Температура питательной воды на выходе из подогревателя	ºС	150	104,3	94,3	42,52

 

Окончание таблицы 5

1	2	3	4	5	6
Энтальпия питательной воды на    входе в подогреватель	кДж/кг	437	395,1	178,2	136,3
Обозначение		h10	h9	h8
Энтальпия питательной воды на  выходе из подогревателя	кДж/кг	628,5	437	395,1	178,2
Обозначение		h12	h10	h9
Температура конденсата греющего пара отбора	ºС	155	-	99,3	-
Энтальпия конденсата греющего пара отбора	кДж/кг	649,5	-	416,1	-
Обозначение		h,O1		h,O2
Давление отбираемого пара	МПа	0,049	0,118	0,102	-
Энтальпия отбираемого пара	кДж/кг	2919,8	2735	2716	-
Обозначение		hO1	hOД	hO2

Определение параметров основных точек термодинамического цикла

 

Определение параметров основных точек термодинамического цикла проведены по h,S – диаграмме (электронный ресурс). Результаты сведены в табл. 4. Параметры основных точек теплофикационного цикла ПТУ – рис. 4,5 и табл.6.

Точка 1 изображает состояние пара перед турбиной. По давлению перегретого пара  P₁=3,43МПа и его температуре t₁=435°С определяем остальные параметры пара.

Точка 2 изображает состояние пара перед соплами регулирующей ступени. 1-2 – процесс дросселирования, происходящий при протекании пара через стопорный и регулирующий клапаны. При дросселировании давление в потоке уменьшается, а энтальпия остается постоянной. По давлению пара P₂=3,2585 МПа и энтальпии h₁=3304,632 кДж/кг определяем остальные параметры пара.

Точка 3 изображает состояние пара перед регулирующими  клапанами производственного отбора.  В точке пересечения процесса расширения пара в турбине (h,S-диаграмма (рис. 3)) с изобарой давления P₃=0,49 МПа определяем параметры пара.

Точка 4  изображает состояние пара перед соплами ЧНД, 3-4 – процесс  дросселирования, происходящий при  протекании пара через регулирующие клапаны производственного отбора. По давлению пара P₄=0,392МПа и энтальпии h₃=2919,8 кДж/кг определяем остальные параметры пара.

Точка 5 изображает состояние  пара перед конденсатором. По давлению пара  P₅=4,9 кПа и температуре пара t₅=32,516°С определяем остальные параметры пара.

Точка 6 изображает состояние конденсата после конденсатора. 5-6 – изобарный процесс конденсации пара в конденсаторе. По давлению конденсата  P₆=4,9 кПа и его температуре t₆=32,516°С определяем остальные параметры конденсата.

Точка 7 изображает состояние конденсата после изоэнтропного сжатия в конденсатном насосе до давления P₇=0,118 МПа. По давлению конденсата  P₇=0,118 МПа и его энтропии  s₇=0,4713 кДж/(кгК) определяем остальные параметры конденсата.

Точка 8 изображает состояние конденсата после изобарного нагрева в охладителе эжектора ОЭ. По давлению конденсата  P₈=0,118 МПа и его температуре t₈=42,52°С определяем остальные параметры конденсата.

Точка 9 изображает состояние конденсата после изобарного нагрева в регенеративном подогревателе низкого давления П1 до температуры t₉=94,3°С. По давлению конденсата P₉=0,118 МПа и его температуре   t₉=94,3°С  определяем остальные параметры конденсата.

Точка 10 изображает состояние питательной  воды после изобарного нагрева в деаэраторе до температуры насыщения t₁₀=104,3°С.  По давлению питательной воды  P₁₀=0,118 МПа и ее температуре t₁₀=104,3°С  определяем остальные параметры питательной воды.