Расчет принципиальной тепловой схемы блока 300 МВт
1
40
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра: «Промышленная теплоэнергетика»ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКАК КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО КУРСУ:«ТЭС и АЭС»НА ТЕМУ:«РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ БЛОКА 300 МВт»Донецк, 2010 г.
ВведениеНеобходимость электрической энергии для современного производства и быта человека общеизвестна. Электрическую энергию производят на электрических станциях, использующих различные виды природной энергии.
Промышленное значение имеет тепловая химически связанная энергия органического топлива, гидравлическая энергия рек, энергия деления атома ядра (ядерного топлива). Основными являются тепловые электрические станции на органическом топливе (ТЭС), производящие около 75% электроэнергии в мире.
На тепловых электрических станциях используют твёрдое топливо (уголь, торф, сланцы), жидкое (мазут), газообразное (природный газ).
Расчёт тепловой схемы производится с целью определения расхода пара и воды для отдельных узлов при различных режимах работы и составления общего (материального) баланса пара и питательной воды, а также с целью определения тепловой экономичности станции при различных режимах работы.
В энергетике Украины энергоблоки мощностью 300 МВт занимают одно из ведущих мест на конденсационных электростанциях. Использование энергоблоков со сверхкритическими параметрами и с промежуточным перегревом позволяет поддерживать КПД «нетто» энергоблоков на уровне 40%. В качестве парогенераторов широко используются однокорпусные котлы с П-образной компоновкой, основным преимуществом которых является упрощенное обслуживание, связанное с уменьшением числа единиц пароводяной арматуры и количества систем автоматического регулирования. Для сжигания отсевов газовых углей Донецкого бассейна и природного газа выбираем котел ТПП-312А, с номинальной паропроизводительностью 350 т/час, что несение электрической мощности 300 МВт. Котел рассчитан на давление свежего пара 25 МПа с температурой 565С. Данной паропроизводительности и параметрам соответствует паровая турбина К-300-240-2 ХТГЗ.
1. Построение процесса расширения пара в h-s диаграмме
Турбина К-300-240 состоит из трёх цилиндров: высокого давления (ЦВД), среднего давления (ЦСД) и низкого давления (ЦНД). После ЦВД пар направляется на промежуточный перегрев. Турбина снабжена системой концевых уплотнений вала штоков стопорных и регулирующих клапанов, протечки через которые используется в системе регенеративного подогрева питательной воды.
Определяем параметры свежего пара перед стопорными клапанами.
P0 = 24 МПа, t0 = 565 0C (значения взяли из задания), h0 = 3395,6 кДж/кг,
S0 = 6,6266 кДж/кгК;
Находим потери в клапанах по формуле:
Р01 = РклР0, где (1.1)
Ркл = 0,04Р0,
Р0 - давление свежего пара перед стопорным клапаном, МПа
Р01 = 0,0424 = 0,96 МПа
Параметры свежего пара после стопорных клапанов равно
Р01 = Р0 - Р01 (1.2)
Р01 = 24 - 0,96 = 23,04 МПа
h0 = h01 = 3395,6 кДж/кг, t01 = 561,50C
Вычисляем параметры пара поступающего из турбины на пароперегреватель:
Рпп1 = (0,15-0,25)Р0, где (1.3)
Рпп1 - давление пара, поступающего из турбины на промперегрев, МПа
Рпп1 =0,2524 = 6 МПа
hпп = 2984,9 кДж/кг, tпп = 3300C
Определяем располагаемый теплоперепад ЦВД:
Н0 = h0 - hпп1, где (1.4)
h0 - энтальпия свежего пара после стопорных клапанов, кДж/кг,
hпп - энтальпия пара, поступающего на промежуточный перегрев, кДж/кг.
Н0 = 3395,6 - 2984,9 = 410,7 кДж/кг
Используемый теплоперепад в ЦВД будет равен:
Hi = H0ЦВДoi, где (1.5)
Н0 - располагаемый теплоперепад на ЦВД турбины,
ЦВДoi = 0,85 - относительный внутренний КПД для ЦВД турбины.
Hi = 410,70,85 = 349,1 кДж/кг
hп2 = h0 - Hi, где (1.6)
hп2 - энтальпия пара на выходе из ЦВД,
Hi - используемый теплоперепад на ЦВД.
hп2 = 3395,6 - 349,1 = 3046,5 кДж/кг
tп2 = 350 0С - температура пара на выходе из ЦВД (по HS-диаграмме).
Находим параметры пара в пароперегревателе:
Рпп11 = (1 - 0,15)Рпп1, где (1.7)
Рпп11 - давление пара в пароперегревателе, МПа.
Рпп11 = 0,856 = 5,1 МПа
hпп11 = 3584,4 кДж/кг - энтальпия пара после промперегрева.
Давление в перепускных трубах будет равно:
Рпер = (0,10-0,15)Рпп11 (1.8)
Рпер = 0,15,1 = 0,51 МПа
Параметры пара в перепускных клапанах (по таблицам Ривкина [2])
tпер = 195 0С, hпер = 2844,65 кДж/кг, Sпер = 7,0386 кДж/кгК
Определяем располагаемый теплоперепад ЦСД по формуле:
Н0ЦСД = hпп11 - hпер, где (1.9)
hпер - энтальпия пара в перепускных клапанах, кДж/кг.
Н0ЦСД = 3584,4 - 2844,65 = 739,75 кДж/кг
Находим используемый теплоперепад ЦСД:
HiЦСД = НоЦСДЦСДoi, где (1.10)
ЦСДoi = 0,91 - относительный внутренний КПД для ЦСД турбины,
Н0ЦСД - располагаемый теплоперепад на ЦСД, кДж/кг.
HiЦСД = 0,91739,75 = 673,2 кДж/кг
hпер = hпп11 - HiЦСД (1.11)
hпер = 3584,4 - 673,2 = 2911,2 кДж/кг
Вычисляем параметры среды в конденсаторе:
, (1.12)
где: m - кратность циркуляции 40 - 60, m=50,
Св - теплоемкость воды,
g - скрытая теплота парообразования.
tk= tохл + Дt + t, где (1.13)
tk - температура конденсата,
tохл - температура охлаждающей воды (из задания),
Дt = 10,6 0С - приращение температуры воды в конденсаторе,
t - величина недогрева t = 50С.
tк = 12 + 10,6 + 5 = 27,6 0С
Определим степень сухости пара и энтальпию в конденсаторе.
Параметры пара в конденсаторе найдем по значению температуры конденсата по таблицам Ривкина.
Рк = 3,7 кПа - давление в конденсаторе,
S1 = 0,4034 кДж/кгК - энтропия воды в конденсаторе,
S11 = 8,5033 кДж/кгК - энтропия насыщенного пара в конденсаторе,
х - степень сухости пара.
(1.14)
h1 = 115,67 кДж/кг - энтальпия воды в конденсаторе, h11 = 2551,58 кДж/кг - энтальпия насыщенного пара.
Определим энтальпию конденсата по следующей формуле:
hк = h1(1 - x) + h11x (1.15)
hк = 115,67(1 - 0,82) + 2551,580,82 = 2113,12 кДж/кг
Определяем располагаемый теплоперепад в ЦНД:
Н0ЦНД = hпер - hк (1.16)
Н0ЦНД = 2911,2 - 2113,12 = 798,08 кДж/кг
Используемый теплоперепад будет равен:
НiЦНД = iЦНД Н0ЦНД, где (1.17)
iЦНД = 0,85 - относительный внутренний КПД для ЦНД турбины,
Н0ЦНД - располагаемый теплоперепад в ЦНД, кДж/кг.
НiЦНД = 0,85798,08 = 678,37 кДж/кг
hк = hпер - НiЦНД (1.18)
hк = 2911,2 - 678,37 = 2232,83 кДж/кг - энтальпия конденсата действительная.
По полученным данным строим H-S диаграмму (рисунок 1.1).
Производим выбор деаэратора. Деаэратор повышенного давления с параметрами:
Pд=0,685 МПа - давление в деаэраторе, tд=1640С - температура в деаэраторе. Давление развиваемое питательным насосом найдем по формуле:
Рпн = 1,2Р0 (1.19)
Рпн = 1,224 = 28,8 МПа
Рассчитываем напор питательной воды.
Рпн = Рпн - Рд (1.20)
Рпн =28,8 - 0,685 = 28,115 МПа
Находим приращение энтальпии питательного насоса:
, где (1.21)
ДРпн - напор питательной воды, МПа,
зпн - КПД питательного насоса
vср - средний объем, который найдем по значению среднего давления между давлением в деаэраторе и давлением, развиваемым питательным насосом.
(1.22)
МПа
кДж/кг - приращение энтальпии питательного насоса.
Вычисляем разность температур питательного насоса и деаэратора.
(1.23)
Температура за питательным насосом будет равна:
tпн = tд + tпн, где (1.24)
tд - температура в деаэраторе при давлении в деаэраторе,
tпн - разность температур питательного насоса и деаэратора.
tпн = 164 + 12,6 = 176,6 0С
Рассчитываем количество подогревателей высокого давления.
, где (1.25)
tпв - температура питательной воды (из задания),
tпн - температура за питательным насосом,
подогрев воды в ПВД tПВД = 35 0С, тогда:
Количество ПВД принимается n = 3.
Выбираем количество подогревателей низкого давления.
tд=170С - подогрев воды в деаэраторе, тогда
tв = 164 - 17 = 147 0С
tОЭ = tОУ = 3,5 0С - подогрев в ОУ и ОЭ,
tПНД = 30 0С - подогрев в каждом ПНД,
tк - температура конденсата.
Принимаем количество ПНД равным n = 4.
Подогрев в группе ПВД:
tПВД = tпв - tпнвых, где (1.27)
tпв - температура питательной воды,
tпнвых - температура за питательным насосом.
tПВД = 270 - 176,6 = 93,4 0С
Подогрев приходящийся на один ПВД:
, где (1.28)
n - количество подогревателей высокого давления.
Температура и энтальпия на выходе из каждого ПВД:
|
tП1вых = 270 0С | hП1 = 1185,4 кДж/кг | |
tП2вых = 270 - 31,13 = 238,87 0С | hП2 = 1032,28 кДж/кг | |
tП3вых = 238,87-31,13 =207,740С | hП3 = 887,43 кДж/кг | |
|
Недогрев воды во всех ПВД принимаем д =1,5 0С. Тогда температура насыщения отбора пара в подогревателе будет равна:
tH = tПiвых + , где (1.29)
i - номер подогревателя,
tПiвых - температура на выходе из каждого ПВД
tH1 = 270 + 1,5 = 271,5 0С
tH2 = 238,87 + 1,5 = 240,37 0С
tH3 = 207,74 + 1,5 = 209,24 0С
Энтальпия и давление для этого состояния:
|
hH1 = 1193,05 кДж/кг | РН1 = 5,64 МПа | |
hH2 = 1039,38 кДж/кг | РН2 = 3,37 МПа | |
hH3 = 894,3 кДж/кг | РН3 = 1,88 МПа | |
|
Давление отбора:
Pi = 1,08PНi (1.30)
Р1 = 1,085,64 = 6,09 МПа
Р2 = 1,083,37 = 3,64 МПа
Р3 = 1,081,88 = 2,03 МПа
По полученным данным на H-S диаграмме определяем точки отборов путем пересечения изобар с линией процесса и находим параметры пара в этих точках (рисунок 1.1).
|
t1 = 341 0С | h1 = 3023 кДж/кг | |
t2 = 511 0С | h2 = 3474 кДж/кг | |
t3 = 428 0С | h3 = 3308 кДж/кг | |
|
Подогрев в группе ПНД:
tПНД = tв - tэж, где (1.31)
tэж = 27,6 + 3,5 + 3,5 =34,6 0С
tПНД = 147 - 34,6 = 112,4 0С
Подогрев на один ПНД посчитаем по формуле:
, где (1.32)
n - количество подогревателей низкого давления
Температура на выходе из каждого ПНД и соответственно энтальпии питательной воды для каждой температуры.
|
tП4вых = tв = 147 0С | hП4 = 619,2 кДж/кг | |
tП5вых = 147 - 28,1 = 118,9 0С | hП5 = 499,05 кДж/кг | |
tП6вых = 118,9 - 28,1 = 90,8 0С | hП6 = 380,31 кДж/кг | |
tП7вых = 90,8 - 28,1 = 62,7 0С | hП7 = 262,39 кДж/кг | |
|
Определяем температуру насыщения отборного пара в подогревателях, а также энтальпию и давление для каждой температуры отбора:
Недогрев в ПНД составит = 40С.
tПН = tПiвых +
|
tН4 = 151 0С | hH4 = 636,5 кДж/кг | РН4 = 4,89 105 Па | |
tН5 = 122,9 0С | hH5 = 516,07 кДж/кг | РН5 = 2,18 105 Па | |
tН6 = 94,8 0С | hH6 = 397,15 кДж/кг | РН6 = 8,39 104 Па | |
tН7 = 66,7 0С | hH7 = 279,14 кДж/кг | РН7 = 2,70 104 Па | |
|
Определяем давление отбора по формуле:
Рi = 1,08PHi (1.33)
И по давлениям в отборах на H-S диаграмме определяем точки отборов на пересечении изобар с линией процесса (рисунок 1.1) и находим для них значение энтальпии и температуры.
|
Р4 = 5,28 105 Па | h4 = 2981 кДж/кг | t4 = 258 0С | |
Р5 = 2,35 105 Па | h5 = 2865 кДж/кг | t5 = 185 0С | |
Р6 = 9,06 104 Па | h6 = 2669 кДж/кг | t6 = 103 0С | |
Р7 = 2,92 104 Па | h7 = 2473 кДж/кг | t7 = 66 0С | |
|
2. Расчет тепловой схемы
2.1 Баланс пара и конденсата
Задаемся:
утечки пара и конденсата на ТЭС: ут = 0,015;
расход пара на паровые эжекторы: эж = 0,01;
расход пара через уплотнения турбин: упл = 0,01.
Коэффициент подвода свежего пара к стопорным клапанам ЦВД: 0=1.
Расчет коэффициента расхода пара на турбоустановку:
ту = 0 + эж + упл (2.1)
ту = 1 + 0,01 + 0,01 = 1,02
Коэффициент выработки пара котлом:
пк = ту + ут (2.2)
пк = 1,02 + 0,015 = 1,035
Коэффициент расхода питательной воды: пв = пк = 1,035
Схема расчетов коэффициентов расхода представлена на рисунке 2.1.
1
40
Рисунок 2.1. Схема расчета коэффициентов расхода
2.2 Расчет установки сетевых подогревателей
При заданной тепловой нагрузке Q = 32 МВт и температурах сетевой воды в НСП и ВСП tпв = 1500С, tов = 700С определим расход сетевой воды. Соответственно hпб = 632,2 кДж/кг, hоб = 292,97 кДж/кг.
(2.3)
Сетевые подогреватели подогреваются паром из отборов турбин. ВСП из четвертого отбора и НСП из шестого отбора, соответственно конденсат пара будет с энтальпией.
Для НСП недогрев 50С:
tнсп = t61-5, где (2.4)
tнсп - температура конденсата от НСП,
t61 - температура пара из шестого отбора.
tнсп = 95 - 5 = 90 0С, hнсп = 376,94 кДж/кг
Недогрев в ВСП:
= t41-tвсп, где (2.5)
t41 - температура пара из четвертого отбора.
= 151-150 = 1 0С, hвсп = 632,2 кДж/кг
(2.6)
Определим доли отбора пара на сетевые подогреватели. Для этого определим действительный теплоперепад и расход свежего пара:
D0 = Dке, (2.7)
Где - коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара из-за отборов на регенеративный подогрев воды, = 1,3.
Н0 = (h0 - hпп1) + (hпп11 - hк) (2.8)
Н0 = (3395,6 - 2984,9) + (3584,4 - 2232,83) = 1762,27 кДж/кг
, где (2.9)
N - мощность блока (из задания),
Dкв - расход котловой воды,
H0 - теплоперепад на турбину,
зм - электромеханический КПД турбоустановки
D0 = 1,3174,04= 226,3
Доли отборов пара на сетевую подогревательную установку определим по формуле:
(2.10)
- доля отбора пара на ВСП.
(2.11)
- доля отбора пара на НСП.
2.3 Расчет установок регенеративного подогрева
Нужно построить также процесс расширения пара в приводной турбине питательного насоса. Пар берется из отбора для ПВД3. Падение давления в паропроводе до турбины примем равным 0,1 от рп3, тогда
Из hs-диаграммы hа.т.н=443кДж/кг; относительный внутренний КПД турбонасоса принимаем равным 0,85.
Следующий этап расчета - определение долей отборов (от расхода пара на турбину) из тепловых балансов подогревателей. Последние составляются последовательно от ПВД №1 до ПНД №7. Составление тепловых балансов начинаем с подогревателей высокого давления (ПВД).
Уравнение теплового баланса:
(2.15)
Доля расхода пара на ПВД №1 из отбора турбины №1:
(2.16)
В этот подогреватель сливается дренаж из ПВД №1 и поступает пар из протечек уплотнений.
Уравнение теплового баланса:
(2.17)
Доля расхода пара на ПВД №2 из отбора турбины №2 находится по формуле:
(2.18)
ПВД
1
40
Рисунок 2.4. Распределение тепловых потоков ПВД №3
В подогреватель ПВД №3 входит питательная вода после питательного насоса с температурой tпн=176,6 0С. Принимаем, что
0С,
hпн=748,14кДж/кг, hдр3=801,3кДж/кг
Уравнение теплового баланса:
(2.20)
Определим долю расхода пара на ПВД №3 из отбора турбины №3.
(2.21)
Сумма расхода пара на ПВД:
ПВД = п1 + п2 + п3 (2.22)
ПВД = 0,085 + 0,049 + 0,043 = 0,177
Доля расхода пара поступающего на промперегрев равна:
пп = 0 - п1 (2.23)
пп = 1 - 0,085= 0,915
В деаэраторе сливаются дренажи всех ПВД, а также подается греющий пар - протечки стоков клапанов ЦВД - Dшт, протечки уплотнений Dпрди пар из отбора. Из ПНД в деаэратор поступает поток конденсата Dк.д. Из деаэратора подается пар на коллектор уплотнений, откуда через концевые уплотнения попадает в сальниковый подогреватель и частично сбрасывается в конденсатор.
Энтальпия пара протечек берется как средняя величина, так как протечки разных уплотнений имеют разную энтальпию: hдпр=3170 кДж/кг.
В уравнение теплового баланса введем только количество греющего пара бд и протечки штоков:
Выразим бкд из весового баланса:
; (2.26)
(2.27)
Баланс пара:
приход (2.28)
расход (2.29)
.
Следовательно, из отбора турбины на деаэратор берется бд=0,005. Тогда имеем:
(2.30)
Переходим к тепловым балансам ПНД.
Уравнение теплового баланса:
, (2.31)
Доля расхода пара на ПНД №4 из отбора турбины №4:
(2.32)
Так как по ходу конденсата перед ПНД №5 имеется смеситель двух потоков - основного конденсата из конденсатора и дренажа из ПНД №6 в уравнении теплового баланса для ПНД №5 запишем отдельно подогрев для каждого из потоков:
, (2.33)
- доля отбора пара на ПНД №5 из противодавления паровой турбины питательного насоса:
(2.34)
Для определения расхода пара на турбину найдем приведенное теплопадение для всей турбины, как сумму произведений долей расхода пара на теплопадение отсеков турбины.
2.4 Определение расходов пара на турбину
1. Отсек ЦВД до левого уплотнения
кДж/кг
295,6=289,4 кДж/кг
2. Отсек ЦВД до отбора на ПВД1
кДж/кг
77=75,6 кДж/кг
3. Первый отсек ЦСД (до отбора на ПВД2)
кДж/кг
110,5=107 кДж/кг
4. Второй отсек ЦСД (до отбора на ПВД3)
(2.44)
кДж/кг
166,1=152,6 кДж/кг
5. Третий отсек ЦСД (до отбора на Д)
Определяем расход пара на турбонасос:
кДж/кг
137,8=107,1 кДж/кг
6. Четвертый отсек ЦСД (до отбора на ПНД4)
(2.47)
кДж/кг
189=145,9 кДж/кг
7. Первый отсек ЦНД (до отбора на ПНД5)
(2.48)
кДж/кг
116=84,7 кДж/кг
8. Второй отсек ЦНД (до отбора на ПНД6)
(2.49)
кДж/кг
196=135,2 кДж/кг
9. Третий отсек ЦНД (до отбора ПНД7)
(2.50)
кДж/кг
196=130 кДж/кг
10. Четвертый отсек ЦНД
(2.51)
кДж/кг
240,2=150,3 кДж/кг
Суммарное приведенное теплопадение равно:
ihij=289,4+75,6+107+152,6+107,1+145,9+84,7+135,2+130+150,3=
=1377,8 кДж/кг (2.52)
Расход пара на турбину:
(2.53)
кг/с
2.5 Проверка правильности расчетов
Зная расход пара на турбину, определим отдельные потоки пара и воды (кг/с), используя полученные ранее значения б:
Di = iD (2.54)
Dп1 = 2220.085= 18,87 кг/с
Dп2 = 2220,049 = 10,88 кг/с
Dп2пр = 2220,007 = 1,55 кг/с
Dп3 = 2220,043 = 9,55 кг/с
Dд1 = 2220,019 = 4,22 кг/с
Dд = 2220,005 = 1,11 кг/с
Dп4 = 2220,0418 = 9,28 кг/с
Dп5 = 2220,0406 = 9,01 кг/с
Dп6 = 2220,0261 = 5,79 кг/с
Dп6пр = 2220,008 = 1,78 кг/с
Dп7 = 2220,0377 = 8,37 кг/с
Dк = 2220,6258 = 138,93 кг/с
кг/с
Мощность турбопривода питательного насоса вычислим по формуле
(2.57)
Определим расход тепла на турбоустановку следующим образом:
(2.58)
Для энергоблока, который работает на твердом топливе при зка=0,89; зтп=0,995; Ксн=0,05
Таблица 2.1 - Результаты расчета процесса расширения пара
|
Название отбора | p | t | i | P1 | tн1 | iн1 | tni | ini | |
| МПа | 0С | кДж/кг | МПа | 0С | кДж/кг | 0С | кДж/кг | |
До клапана | 24 | 565 | 3395,6 | | | | | | |
После клапана | 23,04 | 561,5 | 3395,6 | | | | | | |
ПВД1 | 6,09 | 341 | 3023,1 | 5,64 | 271,5 | 1193,05 | 270 | 1185,4 | |
ПВД2 (ПП1) | 3,64 | 511 | 3473,9 | 3,37 | 240,37 | 1039,38 | 238,87 | 1032,28 | |
ПП11 | 5,1 | 565 | 3584,4 | | | | | | |
ПВД3 | 2,03 | 428 | 3307,8 | 1,88 | 209,24 | 894,3 | 207,74 | 887,43 | |
