Построение процесса расширения пара в H-S диаграмме

Содержание

 

1. Введение

. Тепловая схема энергоблока

. Построение процесса расширения пара в H-S диаграмме

. Таблица параметров пара на турбину

. Расчет сетевой установки

. Определение расхода пара на турбину

. Составление теплового баланса

. Определение технико-экономических показателей работы энергоблока

. Выбор вспомогательного оборудования энергоблока

. Выводы

. Литература

Введение

 

Для производства электрической энергии используются природные энергетические ресурсы. В зависимости от вида энергетических ресурсов различают основные типы электростанций: тепловые (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), атомные (АЭС) и так называемые «нетрадиционные», использующие энергию ветра, солнца, приливов, и т.п. Наибольшая доля в выработке электрической и тепловой энергии принадлежит тепловым электростанциям.

Широкое развитие в энергетике получила теплофикация - централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Основоположниками данного направления являются В.В.Дмитриев и Г.Л. Гинтер.

Все промышленные предприятия нуждаются одновременно в теплоте и электроэнергии. Некоторым предприятиям теплота требуется только для отопления и горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. В этом случае наиболее экономичным теплоносителем является горячая вода. Другим предприятиям (металлургическим, химическим, целлюлозно-бумажным и др.) требуется, помимо горячей воды, пар различных параметров на производственные нужды.

В отличие от электроэнергии теплота не может экономично передаваться на значительные расстояния (особенно при теплоносителе - паре), поэтому каждому крупному предприятию или группе близкорасположенных предприятий требуется свой источник теплоты нужных параметров. Такими источниками являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых производится комбинированная (совместная) выработка теплоты и электрической энергии, а так же водогрейные или паровые котельные и различные утилизационные установки. При достаточно больших масштабах потребления теплоты ТЭЦ дают большую экономию топлива по сравнению с так называемым раздельным вариантом теплоэлектроснабжения, при котором предприятие получает электроэнергию от энергосистемы, а теплоту от районной котельной.

Для расчета тепловых схем широко используются три метода:

1. Аналитический метод. При этом расчёт ведётся в долях расхода отбираемого пара при заданной электрической мощности.

2. Метод последовательных приближений. Он основан на предварительной оценке расхода пара на турбину с последующим его уточнением.

3. Расчет по заданному расходу пара в конденсатор.

Тепловая схема энергоблока

 

Для данной теплофикационной турбины ПТ-135/165-130/15 применим типовое заводское решение. Турбина имеет семь регенеративных отборов (включая регулируемые).

Схема отпуска теплоты с ТЭЦ:

. технологический пар из промышленного отбора, с расходом D_пр=320т/ч.

Конденсат пара возвращается на ТЭЦ полностью, его температура составляет tв.к.=100 ⁰С;

. горячая вода на отопление и коммунально-бытовые нужды. Теплофикационная установка ТЭЦ включает в себя два сетевых подогревателя и пиковый водогрейный котёл.

Тип парогенераторов - барабанный. Данный максимальный расход пара на турбину (750 т/ч) с необходимым запасом в 3% могут обеспечить, при необходимом давлении (13.2 МПа), два котлоагрегата Е - 420 - 140 (БКЗ420 - 140ПТ - 1) с характеристиками:

4. Номинальная паропроизводительность, т/ч 420;

5. Давление острого пара на выходе, МПа 13.2;

6. Температура, ⁰С: 561

7. Перегретого пара 560;

8. Питательной воды 230;

9. Уходящих газов 150;

10.Воздуха на выходе в воздухоподогреватель 60;

11.Горячего воздуха 366;

12.Тип топочного устройства - камерная топка с перережимом;

13.Потери от химической (механической) неполноты сгорания, % 0/1;

14.Расчетный КПД брутто,%92.7;

15.Схема использования теплоты продувочной воды парогенераторов: двухступенчатый сепаратор и подогрев химически очищенной воды.

16.Схема приготовления добавочной воды - химводоочистка. Восполнение потерь конденсата осуществляется в конденсаторе турбины.

 

Построение процесса расширения пара в H-S диаграмме

 

Для теплофикационных турбин частью высокого давления (ЧВД) считают участок проточной части от регулируемых клапанов острого пара до камеры производственного отбора, частью среднего давления (ЧСД) - участок регулирующих органов ЧСД до камеры нижнего отопительного отбора, частью низкого давления (ЧНД) - участок от регулирующих органов ЧНД конденсатора.

При построении i-s диаграммы процесса расширения пара в турбине задаются следующими значениями отдельных величин.

Потери давления от дросселирования острого пара в стопорных и регулирующих клапанах при их полном открытии

 

∆p₀=p₀-p_0’=(0.03...0.05)p_0,

 

где p₀ и p_0’ - соответственно давление острого пара и пара на входе в сопла первой ступени ЧВД.

Принимаем

 

∆p₀=0.04p₀

 

Потери давления в перепускных трубах из одного цилиндра турбины в другой

∆p_пер=0.015p_пер

 

Потери давления в регулирующих органах регулируемых отборах теплофикационных турбин зависят от степени их открытия и величины пропуска пара к последующим ступеням. При полном открытии регулирующего органа потери давления в нём обычно равны 4-6% от величины давления пара в камере регулируемого отбора p_отб. При частичном открытии потеря давления может возрасти до 40-50% и более в зависимости от режима работы теплофикационной турбины.

Для данного режима работы турбины далее строится i-s диаграмма процесса расширения пара в турбине, приведенная на рис.3.1.

Начальные параметры пара p₀=13 МПа, t₀=550⁰C, i₀=3471,4 кДж/кг S₀=6,6087 кДж/кг*⁰K, V₀=0,027 м³/кг.

Учитывая потери давления от дросселирования острого пара в стопорных и регулирующих клапанах, давление пара на входе в турбину p_0’=p₀-Δp₀ и i_0’=i₀, что составляет p_0’=12.48 МПа, остальные параметры: I_0’=3471,4 кДж/кг, S_0’=6,63 кДж/кг*⁰K, V_0’=0.028 м³/кг.

Пар адиабатно расширяется в ЧВД турбины до параметров p₃=1.47 МПа, при этом теплоперепад составляет Δi_3’=597,6 кДж/кг. Учитывая потери в турбине (значение внутреннего относительного КПД η_0i ЧВД принимается согласно рис.2.1. [4],)

₀*V₀=750т/ч*0.027=20,25 м³/ч,_0’/p₃=12.48/1.47=8.49,

 

где G₀=750 т/ч - расход свежего пара,

КПД составляет η₀₃=0.88.

Таким образом сработанный теплоперепад пара составляет (учитывая, что давление на выходе из ЧВД остаётся постоянным)

Δi₀₃= Δi_03’*η₀₃,

Δi₀₃=597.6*0.88=525.89 кДж/кг

 

Параметры пара:

17.I₃=2945.51 кДж/кг;

18.S₃=6.76 кДж/кг*⁰К;

19.Т₃=270 ⁰С;

20.V₃=0.163 м³/кг;

При переходе из ЧВД в ЧСД имеются потери давления в перепускных трубах p_3’’=p₃-Δp_пер., где 3^’’ - точка, соответствующая параметрам пара на входе в ЧСД. Таким образом:

1. p_3’’=0.985p₃=0.985*1.47=1.448 МПа;

2. I_3’’= I₃=2945.51 кДж/кг;

.   S_3’’=6.77 кДж/кг*⁰К;

.   V₃=0.165 м³/кг;

Далее пар адиабатно расширяется в ЧСД турбины до давления p₆=0.08 МПа, адиабатный теплоперепад составляет

Δi_3’’6’=533,2 кДж/кг;

Учитывая потери в турбине (значения КПД ЧСД и ЧНД принимаем согласно рис.2.4.[4]).

Определяем

_3’’=G₀-G_пвд1-G_пвд2-G_пвд3-G_{деаэратора}-D_пр;

 

Где G₀=750 т/ч - расход свежего пара;_пвд1=33.9 т/ч регенеративный отбор пара в ПВД1 (приложение 2 [4]);_пвд2=29.8 т/ч регенеративный отбор пара в ПВД2 (приложение 2 [4]);_пвд3=14.6 т/ч регенеративный отбор пара в ПВД3 (приложение 2 [4]);_{деаэратора}=33 т/ч регенеративный отбор пара в деаэратор (приложение 2 [4]);_пр=160 т/ч - промышленный отбор пара (исх. данные);_3’’ =750-33.9-29.8-14.6-33-160=478.7 т/ч;_3’’*V_3’’=478.7*0.165=79.98*10³ м³/ч;

P_3’’/p₆= =18.1, тогда КПД составляет η_3’’6=0.905.

Таким образом сработанный теплоперепад пара составляет

 

Δi_3’’6=Δi_3’’6*η_3’’6,

Δi_3’’6=533,2 *0.913=482.55 кДж/кг.

 

Параметры пара:

1. I₆=2462.96 кДж/кг;

2. S₆=6.88 кДж/кг*⁰К;

.   V₆=2.09 м³/кг;

.   T₆=95⁰C

При переходе из ЧСД в ЧНД имеются потери давления в перепускных трубах

_6’’=p₆-Δp_пер,

 

где 6’’ - точка, соответствующая параметрам пара на входе в ЧНД.

Таким образом, p_6’’=0.079 МПа, i_6’’=i₆, V_6’’=2.12 м³/кг, S_6’’=6.89 кДж/кг*⁰К;

Далее пар адиабатно расширяется в ЧНД турбины до параметров p_k=0.003 МПа, адиабатный теплоперепад составляет Δi_6’’k=458,9 кДж/кг. Учитывая потери в турбине

_6’’*V_6’’=413*2.12=875.56*10³ м³/ч, где_6’’= G₀-G_пвд1-G_пвд2-G_пвд3-G_{деаэратора}-D_пр -G_пнд4-G_пнд5-G_пнд6, где

 

G_пвд4=30 т/ч регенеративный отбор пара в ПВД4 (приложение 2 [4]);_пвд5=28 т/ч регенеративный отбор пара в ПВД5 (приложение 2 [4]);_пвд6=7.7 т/ч регенеративный отбор пара в ПВД6 (приложение 2 [4]);

Определяем отношение давлений: p_6’’/ p_k= =26.33, тогда η_6’’k=0.871 (согласно рис.2.4[4]). Таким образом, сработанный теплоперепад пара составляет:

Δi_6’’k=0.871*458.9=399.7 кДж/кг.

Параметры пара:

1. I_k=2063.26 кДж/кг;

2. S_k=6.96 кДж/кг*⁰К;

.   V_k=36.6 м³/кг;

.   T_k=25⁰C

Потери давления пара в паропроводе от места отбора в турбине до подогревателя принимаются в размере 6-9% от давления пара в отборе.

Давление в камерах нерегулируемых отборов турбины ПТ-135/165-130-15 принимается согласно заводским данным. Температура питательной воды после ПВД без охладителя перегрева пара принимается меньше температуры насыщения в подогревателе на 3-5⁰С. Для подогревателей низкого и среднего давления недогрев воды принимают равным 2-4⁰С.

Температуры дренажей ПВД принимается выше температур воды на входе на 5-10⁰С, температуры дренажей ПНД равны температурам насыщения греющего пара.

Все расчетные параметры пара и воды сведены в таблицу1.

 

Рис.3.1.

 

 

Таблица параметров пара на турбину

Наименование величины	Элементы схемы
	ПВД1	ПВД2	ПВД3	Деаэратор	ПНД4	ПНД5	ПНД6	ПНД7	Конденсатор	СП2	СП1
Точка процесса в I-S диаграмме	1	2	3	3	4	5	6	7	К	6	7
Давление отборного пара, МПа	3,34	2,24	1,47	1,47	0,5	0,25	0,08	0,02	0,003	0,08	0,02
Температура отборного пара, 0С	370	321	270	270	163	128	95	60	25	95	60
Энтальпия пара, кДж/кг	3159,26	3067,08	2945,51	2945,51	2777,97	2660,65	2462,96	2325,45	2063,3	2462,96	2325,45
Давление пара в подогревателе, МПа	3,078	2,065	1,35	1,35	0,461	0,23	0,074	0,0184	0,0027	0,074	0,0184
Температура насыщения, соответствующая данному давлению, 0С	233,9	213,7	193,35	193,35	148,8	124,71	91,1	57,83	22,34	91,1	57,83
Энтальпия кипящей жидкости, соответствующая значениям температуры насыщения, кДж/кг	1009,1	916	820,9	820,9	627,8	525	381,15	242,72	93,7	381,15	242,72
Температура питательной воды или конденсата на выходе из подогревателей, кДж/кг	232	209,67	187,37	165	145,8	121,71	88,1	54,83		62,3	53
Температура дренажа подогревателей, 0С	222	200	177,37		148,8	124,71	91,1	58,98		66,3	57
Энтальпия дренажа подогревателей, 0С	953	852,4	749,9		627,8	525	381,15	246,91		276,21	238,54