Расчет тепловой схемы энергетического блока конденсационной электростанции

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(р_д), р₂, р_{1 .}

 

 

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, Dр, %	Давление пара перед подогревателем, рв., бар
П-5	36,25	391	3200	4	34,8
П-4	17,05	307	3048	5	16,2
П-3 (D-6)	9,0	243	2932	5	6,0
П-2	2,3	(x=0,998)	2708	7	2,12
П-1	0,5	(x=0,939)	2504	8	0,45

 

 

4. Параметры пара, питательной  воды и конденсата (дренажей) в  системе регенерации

Давление на нагнетании конденсационного насоса выбирается исходя из условия  обеспечения требуемого давления воды перед деаэратором питательной  воды.

Деаэратор Д-6 (р_д=6 бар) обычно устанавливается на отметке 25 м. Суммарное гидравлическое сопротивление трубной системы трубопроводов и арматуры каждого ПНД по водяной стороне Dр_ПНД =1 бар, сопротивлении эжекторного и сальникового подогревателей Dр_ЭП =Dр_СП =0,5 бар и р_к = 0,04 бар. Имеем давление на нагнетании конденсатных насосов:

р_кн = р_д + H_деа / 10,197 + 2 Dр_ПНД + 2 (Dр_ЭП ¸ Dр_СП ) – р_к =

= 6,0 + H_деа /10,197  + 2 ´1 + 2 ´ 0,5 - 0,04 = 11,41бар @ 12 бар (для всех вариантов).

где: 10,197 м – высота столба воды эквивалентная давлению в 1 бар, а H_деа= 25м – высота установки деаэратора. Соответствующие давления питательной воды по тракту ПНД проставляются в расчетной тепловой схеме (рис. 1).

Определив давление за конденсатным насосом, находим давление питательной  воды по тракту от конденсатного насоса до деаэратора.

Давление на нагнетании питательного насоса принимаем, бар,

р_пн =1,3 р_о = 1,3 ´ 65 = 84,5 бар @ 85 бар.

При других значениях р₀ величина р_пн округляется до значения кратного 5 бар, например при р₀ =70 бар полученное значение р_пн = 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 : Dр_ПВД = 5 бар. В данном варианте:

р_в4= р_пн –  Dр_ПВД =85  – 5 = 80 бар; р_в5 = р_в4 – Dр_ПВД = 80 – 5 = 75 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:

t_ЭП = 34°С ;  t₁ = 74,05°С ;  t_СП = 78,05°С ;

t₂ = 118,1°С ;  t₄ = 198,1°С ;  t₅ = 238,15°С ;

Температура питательной воды за деаэратором (П-3) соответствует температуре насыщения  при давлении в деаэраторе р_д. Для рассчитываемого варианта р_д = 6 бар. Этому давлению соответствует температура насыщения t_н= =158,8 °С (табл. II [ 2] ).

Энтальпия питательной воды за подогревателями устанавливается  по значению температур и давлений по таблице III [ 2]:

Для подогревателя  П-5 при р_в5=34,8бар, t₅ =238,15°C энтальпия питательной воды будет: ct₅=1075,4 КДж/кг, для П-4 при р_в4=80 бар, t₄ =198,1 °C: ct₄ = 891,1 кДж/кг, для П-2 при р_в2=9 бар, t₂ =118,1°C: ct₂=538,3 кДж/кг, для П-1 при р_в1=10,5 бар, t₁ =74,05 °C: ct₁=310,8 кДж/кг .

Температура и  энтальпия питательной воды за деаэратором определяется давлением в деаэраторе, они приведены выше.

Температуры конденсата, выходящего из поверхностных регенеративных подогревателей, соответствуют температуре насыщения и определяются по давлению пара в подогревателе по данным таблицы II [2].

Отметим, что эти  температуры были уже определены на стр.7 в разделе 2.3, например для подогревателя П5 при давлении р₅ =  34,8 бар температура конденсата (которая равна температуре насыщения) имеет значение t_н5 = 242,15°С, для П4 при р₄ = 16,2 бар значение t_н4 = 202,1°С и т.д.

Энтальпии конденсата определяются по тем же давлениям пара в подогревателе, по табл.II [2] и значение сt_н равно табличному значению энтальпии воды на линии насыщения h’, таким образом при р₅ = 34,8 бар, сt_н5 = h’= 1039,8 кДж/кг, при р₄ =16,2бар сt_н4 = h’ = 859,9 кДж/кг, при р₂ = 2,12 бар сt_н2= h’ =512,3 кДж/кг, при р₁= 0,45бар сt_н1 =h’ =329,6 кДж/кг Значения параметров пара, питательной воды и конденсата сводятся в табл. 2.

Внимание. В настоящем примере расчета повышение энтальпии пара и температуры питательной воды в питательном и конденсатном насосах Dt¢_п.н , Dt¢_к.н вследствие перехода объемных и гидравлических потерь в теплоту перекачиваемой жидкости учитывается для всех вариантов одинаковыми значениями Dt¢_п.н. = 5,5 кДж/кг, Dt¢_к.н. = 1,2 кДж/кг. Значения этих величин приведены также в табл. 2 на стр. 16.

 

5. Баланс пара, питательной  и добавочной воды

При принятом методе расчета тепловой схемы, в котором все расходы  пара и воды в ее элементах выражаются через расход потерь пара на турбину  “D”, а утечки цикла сосредоточены  в месте наивысшего температурного уровня рабочего тепла, имеем :

- необходимую производительность  котельного агрегата блока,

D_ка =D + D_ут;

- количество питательной воды, подаваемой в котел питательного  насоса,

D_пв = D_ка;

Подставляя обусловленные значения величин, имеем :

D_ка = D + 0,02 D  = 1,02 D;

D_пв = 1,02 D.

 

6. Расчеты по системе  регенерации и подсчет расходапара на турбину

6.1. Расчет ПВД

Расчетная схема ПВД с  необходимыми расчетными данными (энтальпиями  пара, питательной воды и дренажа ) из таблицы 2 дается на рис.4.

Уравнения теплового баланса подогревателей :

D₅ ( h₅ – сt_н5 ) = K₅ D _пв ( сt₅ - сt₄ );

D₄ ( h₄ – сt_н4 ) + D₅ ( сt_н5 – сt_н4 ) = K₄ D _пв (сt₄ - сt_пн);

где коэффициенты рассеяния  тепла принимаем (для всех вариантов):

K₅ = 1,009; K₄ = 1,008;

Подставляя в уравнение  известные величины имеем :

D₅ ( 3200 – 1039,8 ) = 1,009 × 1,02 D (1039,8 – 859,9);

D₅ =  0,0857097 D.

D₄ (3048 – 859,9) + 0,0857097 D (1039,8 – 859,9) = 1,008 ×1,02 D (891,1 - 675,9);

2188,1 D₄ +15,4192 D = 221,26 D;

D₄ =  ;

D₄ = 0,0940728 D.

Таким образом имеем, слив конденсата из ПВД в деаэратор:

D₄ + D₅ = 0,1797825D.

В случае, если в системе регенерации  три ПВД (например при m = 7), должно быть составлено уравнение теплового баланса третьего подогревателя:

D₃ (h₃ – сt_н3) + (D₄ + D₅ ) ( сt_н4 – сt_н3 ) = K₃ D_п.в (сt₃ - сt_п.н).

 

 

 

 

 

 

6.2. Расчет деаэратора

Расчетная схема с необходимыми расчетными данными дана на рис.5.

Уравнение теплового баланса запишем  в следующем виде, исходя из условия, что пар «выпара» деаэратора не учитывается в тепловом балансе, т.к. его величина  невелика:

D_д ( h₃ - сt_д ) + ( D₄ + D₅ ) ( сt_H4 - сt_д ) = K₃ [D’_пв ( сt_д - сt₂ )]

Количество питательной воды, идущей из ПНД, (D’пв) определяется из материального баланса деаэратора :

D¢_пв = D_пв - (D₅  + D₄ + D_д ) = 1,02D - 0,1797825D - D_д = 0,8402175D - D_д

Тогда при К_д = 1,007 (для всех вариатов):

D_д (2932 - 670,4) + 0,1797825D (859,9 - 670,4) = 1,007 [(0,8402175D - D_д) (670,4 – 538,3)];

2261,6 D_д + 34,0688 D =111,77 D – 133,0247 D_д ;

2394,6247 D_д = 77,7012 D;

D_д = 0,03245 D.

В этом случае:

D¢_пв =   0,8402175 D - 0,03245 D = 0,8077675 D

 

Таблица 2

Параметры питательной воды и конденсата в системе регенерации  турбины К – 80 – 75

Подогреватели	Пар в камере отбора (из табл. 1)			Потеря давления впаропроводе Dр1,%	Пар у регенеративного подогревателя			Питательная вода за подогревателями			Конденсат из подогревателей
	р, бар	h, кДж кг	t, °С		р, бар	h, кДж кг	tн, °С	рв, Бар	t, °С	сt, кДж кг	tн, °С	сtн, кДж кг
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	13	14
П – 5	36,3	3200	391	4	34,8	3200	242,15	75	238,15	1075,44	242,15	1039,8
П – 4	17,1	3048	307	5	16,2	3048	202,1	80	198,1	891,1	202,1	859,9
За питательным насосом	__	__	__	__	__	__	__	85	158,8	675,91)	__	__
Д – 6 (П –3)	9,0	2932	243	__	6,0	2932	158,8	6,0	158,8	670,4	__	__
П – 2	2,3	2708	122,1	7	2,12	2708	122,1	9,0	118,1	538,32	122,1	512,3
СП	--	--	--	--	--	--	--	10,0	78,05	326,7	__	__
П – 1	0,5	2504	79,05	8	0,45	2504	79,05	10,5	74,05	74,05	79,05	329,6
ЭП	__	__	__	__	__	__	__	11,5	34,0	142,4	__	__
За конден. насосом	__	__	__	__	__	__	__	12,0	29,0	122,62)	__	__
Конденсатор	0,04	2220	29	__	__	__	__	0,05	29	121,4	__	__

1) 5,5 кДж/кг – повышение энтальпии в питательном насосе

2) 1,2 кДж/кг – повышение энтальпии в конденсатном насосе

 

6.3. Расчет ПНД

Расчетная схема ПНД с необходимыми данными дана об энтальпии потоков  теплоносителей дается на рис.6 .

Уравнение теплового баланса для  П – 2:

D₂×(h₂ - сt_н2) = K₂×D¢_п.в×(сt₂ - сt_сп);

где ct_сп – энтальпия пара за сальниковым подогревателем (из табл.2, стр.13).

D₂×(2708 – 512,3) = 1,005 × 0,8077675×D×(538,3 – 326,7);

D₂ =

= 0,0782339×D ;

D₂ = 0,0782339×D.

Уравнение теплового баланса  для П – 1:

D₁× (h₁- ct_н1) + D₂×(ct_н2 - ct_н1) = K₁×D¢_пв×(ct₁ - ct_эп);

D₁×(2504 – 329,6) + 0,0782339×D×(512,3 - 329,6) = 1,004×0,8077675×D×(310,8 -142,5);

2174,4×D₁ + 14,2933334×D = 136,49106×D ;

D₁ =

; D₁ = 0,0561984 D.

6.4. Суммарные расходы  пара в отборы турбины

и расход пара в конденсатор

Согласно расчетной тепловой схеме  рис.1 и выполненным расчетам по определению  расходов пара на подключенные подогреватели, расходы пара из отборов турбины  равны:

D_V = D₅ = 0,0857097×D;

D_IV = D₄ = 0,0940728×D;

D_III = D_д = 0,03245×D;

D_II = D₂  = 0,0782339×D;

D_I = D₁   = 0,0561984×D.

И следовательно, суммарный расход пара на все отборы составит:   S D_отб = 0,3466648×D.

Расход пара в конденсатор турбины  определяется из уравнения, характеризующего баланс потоков пара в турбине:

D_к = D - S D_отб = D - 0,3466648×D , D_к = 0,6533352×D.

Правильность выполненных  расчетов устанавливается подсчетом  расхода пара в конденсаторе по балансу  потоков конденсата в тепловой схеме:

D^*_к = D¢_пв – (D₁+ D₂ + D_ку) = 0,8077675×D – (0,0561984×D_к + 0,0782339×D + 0,02×D)=

= 0,8077675×D – 0,1349503×D = 0,6608172×D;

D^*_к = 0,6608172×D.

D^*_к = D_к , что свидетельствует о правильности расчетов.

 

6.5. Определение расхода  пара на турбину.

Расход пара на турбину подсчитываем по уравнению, основанному на балансе  мощностей потоков пара в ней, МВт:

S N_m = N_э = К  S D_m  H_im ,

где: , H_im  – используемые тепловые перепады в турбине соответствующих расходов пара из отборов; (определяли в разделе 2.3) D_m H_im– произведение этих величин показывает количество энергии, которое вырабатывает поток пара, проходящий до отбора; h_м– механический КПД (определяет потери на трение в подшипниках турбоагрегата); h_э  – КПД электрогенератора. Значения h_м = 0,99 и h_э = 0,986 приняты по табл.I (прилож. 3 [I]) при номинальной мощности турбоагрегата N_э = 75 МВт.