Разработка подогревателя высокого давления для турбинной установки

Содержание

1. Краткая характеристика турбоустановки

2. Схема движения теплообменивающихся сред, график изменения температур в теплоносителе

3. Определение количества теплоты

4. Определение поверхностей нагрева Вывод и заключение Литература

1. Краткая характеристика турбоустановки

Паровая конденсационная турбина К-800−240−4 производственного объединения турбостроения «Ленинградский металлический завод» (ПОТ ЛМЗ) номинальной мощностью 800 МВт с начальным абсолютным давлением пара 23,5 МПа предназначена для непосредственного привода генератора переменного тока ТВВ-800−2, для работы в блоке с прямоточным котлом.

Номинальная мощность 800 МВт Максимальная мощность 850 МВт Давление свежего пара 23,54 МПа Температура свежего пара 540? С Давление пара после промежуточного перегревателя 3,24 МПа Температура пара после промежуточного перегревателя 540? С Число регенеративных отборов пара 8

Максимальный расход пара 2650 т/ч Число цилиндров 5

Число ступеней 26

Температура питательной воды 274

Рис. 1 Схема одной из двух одинаковых групп ПВД К-800−240−4

2. Схема движения теплообменивающихся сред, график изменения температур в теплообменнике

Одним из элементов, комплектующих любую турбоустановку, являются подогреватели высокого давления (ПВД). Каждый из подогревателей рассчитан на тепловые потоки и параметры, определяемые тепловым балансом соответствующей паровой турбины.

По принципу использования тепла греющей среды при подогреве питательной воды поверхность теплообмена ПВД делится на следующие зоны:

конвективного теплообмена при охлаждении перегретого пара, т. е. с температурой стенки выше его температуры насыщения (зона охлаждения пара — ОП) при давлении в данной зоне;

конвективного теплообмена при охлаждении конденсата греющего пара (зона охлаждения конденсата — ОК);

конденсации греющего пара (зона конденсации пара — КП (СП)).

Все три зоны, практически всегда, расположены в одном корпусе ПВД. К аппарату подводятся и отводятся потоки нагреваемой питательной воды, подаваемой питательным насосом из деаэратора или предыдущего ПВД, греющего пара из отборов турбины и конденсата этого пара. В группе последовательно включенных ПВД между соседними аппаратами осуществляется перед отводом в деаэратор каскадный слив конденсата греющего пара.

График изменения температур в теплообменнике

Рис. 3

3. Определение количества теплоты

Параметры греющего пара:

§ давление pп =3,77 МПа;

§ температура tп =289°С;

§ энтальпия iп =2938 кДж/кг;

§ давление пара в собственно подогревателе p`п =3,69 МПа;

§ температура насыщения t^нс.п. =245,6 °С;

§ энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем i^нс.п .=1064,2 кДж/кг;

§ энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель i? п =2853 кДж/кг;

§ температура пара t? п =260°С.

Параметры питательной воды:

§ давление pп.в.=32 МПа;

§ температура на входе в охладитель конденсата tв =196,8 °С;

§ энтальпия воды на входе в охладитель конденсата iв =852,2 кДж/кг;

§ температура конденсата на выходе из охладителя tдр =206 °С;

§ энтальпия iдр=879,4 кДж/кг;

В охладитель конденсата поступает часть питательной воды с расходом 48,9 кг/с (14,3%•G_п.в). Через собственно подогреватель проходит 342 кг/с воды. Расход воды через пароохладитель принять равным 70% расхода пара (42,4 кг/с), поступающего в подогреватель.

Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя определяется при p_п.в=32 МПа и температуре tс.п. = t^нс.п.- х = 245,6−4,5 = 241,1 °С; тогда iс.п. = 1048,2 кДж/кг.

Используя расход пара, определяют температуру на выходе из охладителя конденсата, на входе в собственно подогреватель и на выходе из охладителя пара. Из уравнения теплового баланса для охладителя конденсата (дренажа)

i" _од = i_в+(D_п(i^н_сп-i_др) + D_п8(i_др8-i_др)•з_п)/G_од

i" _од = 1047,7 кДж

tод = 241 °C.

Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель:

i'_сп = i_в+G_од (i_од-i_в)/G_пв

i'_сп = 882,2 кДж температура воды на входе в собственно подогреватель t? од = 203,7°С.

Энтальпия воды на выходе из пароохладителя

(при расходе Gпо = 0,7D = 0,760,55=42,4 кг/с):

i" _по = i" _сп+D_п(i_п-i'_п)•з/G_по

i" _по = 1134 кДж температура tпо=260,1 °С.

По балансу теплоты определяем тепловую нагрузку для:

охладителя конденсата:

Q_ок = D_п(i^н_сп-i_др)з = 9818 кВт собственно подогревателя:

Q_сп = D_п(i'_п— i^н_сп)з = 81 488кВт охладителя пара:

Q_по=D_п(i_п-i^'_п)з = 5795кВт

iп — удельная энтальпия пара;

i?п — удельная энтальпия пара, поступающего в собственно подогореватель;

i^нс.п. — удельная энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем;

i _др — удельная энтальпия дренажа;

D_п — расход пара в подогреватель;

4. Определение поверхностей нагрева

Расчет собственно подогревателя (СП)

Средний температурный напор для поверхностей нагрева отдельных элементов и подогревателя в целом определяется как среднелогарифмическая разность температур, т. е.

Здесь большие и меньшие температуры разности определяются в соответствии с графиком рисунка 3:

?t_б=t^н_с.п. — t?_од = 245,6−203,7 = 41,9 °С;

?t_м=t^н_с.п — t_сп = 245,6−241,1 = 4,5 °С.

Следовательно Дt_ср=(41,9−4,5)/ln (41,9/4,5)=16,8єС Для определения коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде необходимо установить режим движения ее. Скорость воды в трубах подогревателя принимается в пределах 1,3−1,8 м/с. Для скорости 1,5 м/с и соответствующих средней температуре воды:

Дt_т=(t_сп+t'_сп)/2=(241,1−203,7)/2=222,4єС н=0,147•10^-6 м²/с; л=0,673 Вт/(м•К); Pr=0,835

число Рейнольдса равно:

Re = w•d/н= 1,5•0,032/0,147•10^-6=324 324

Коэффициент теплоотдачи для этих условий определяется:

б₂=0,023(л/d) Re^0,8Pr^0,4= 0,023 (0,673/0,032) (324 324)^0,4 (0,835)^0,4= 11 570Вт/(м²•К) Термическое сопротивление стенки труб :

R_ст=д_ст/л_ст=5,36•10^-5

Значение коэффициента b в формуле при Дt^ср_ст=(t^н_сп+ Дt_т)/2 = (245,6+222,4)/2 = 234? С

b=8073, т. е. б₁=8073Дt^-0,25 Вт/(м²•К) В соответствии с полученными значениями имеем:

Дt= Дt₁ + Дt₂ + Дt₃ = (q/b)^4/3 + (д_ст/л_ст)•q + q/б₂=(q/8073)^4/3 + 5,36•10^-6 + q/11 570

принимая различные значения q, находим и строим зависимость

q=10 Вт/м² ?t = 2,73°С;

q=20 Вт/м² ?t = 6,15°С;

q=30 Вт/м² ?t = 9,96°С;

q=40 Вт/м² ?t = 14,05°С;

q=50 Вт/м² ?t = 18,38°С;

Графоаналитическое определение плотности теплового потока в зависимости от температурного напора Из нее следует что при = 16,8: q = 46 400 Вт/м²

Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях:

k=q/Дt=46 400/16,8=2762 Вт/(м²•К) Поверхность нагрева собственно подогревателя:

F=Q/(kДt_ср) =81 488•10³/(2762•16,8) = 1851 м²

Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности, коррозии и т. д. Принимаем:

F_сп = 1863 м²

При принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно подогревателя:

N= G_пвх/(0,785w•d²_вн) = 342•0,0016/(0,785•1,5•0,024² = 817 шт.

Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секций и числа рядов в каждой секции, т. е. 68=48. Тогда N=792 шт.

Длина каждой спирали в этом случае:

L= F/(р d_внn) = 1863/(3,14•0,024•792=31 м

Расчет охладителя пара (ОП)

Тепловая нагрузка охладителя пара Qоп = 5795 кВт;

расход пара Dп =60,55 кг/с;

расход питательной воды G_пв = 42,4 кг/с.

Если размеры спиралей охладителей пара такие же, как и собственно подогревателя, тогда сечение для прохода пара:

F=L•0,004•в = 31•0,004•0,98 = 0,122 м²

в=0,98 учитывает часть длины труб, участвующей в теплообмене, а

0,004-расстояние между трубами.

При двух потоках скорость пара в охладителе:

w=D_пх/2 °F = 60,55•0,06/(2•0,122) = 14,9 м/с где хсредний удельный объем пара при его средней температуре:

t_ср= (t_п+t" _п)/2 = (289+260)/2 = 274,5?С Эквивалентный диаметр:

d_э= 4F/p = 4•0,122/2 = 0,244 м Число Рейнольдса:

Re= w_nd_э/н_n =14,9•0,244/1,13•10^-6=3,22•10⁶.

Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб:

б₁= 0,027(л/ d_э)(Re)^0,84(Pr)^0,4 = (0,027•0,049•(3,22•10⁶)^0,84•(1,16)^0,4)/0,244 = 1685 Вт/(м²•К) Скорость воды в трубах при двух поточной схеме принимаем равной 1,5м/с, диаметр трубок 324 мм.

Физические параметры воды:

t_ср= (t" _по+t" _сп)/2 =(260,1+241,1)/2= 250,6 єС н = 1,37•10^-7 м²/с;

л = 0,65 Вт/м•К;

Pr= 0,798

Re = (1,5•0,024)/ 1,37•10^-7 = 262 774

б₂=0,023(л/d)Re^0,8Pr^0,4=(0,023•0,65•262 774^0,8•0,798^0,4)/0,024=12 328 Вт/(м²•К) Коэффициент теплопередачи:

k=1/(1/1685+8,3•10^-5•32/24+1•32/(12 328•24)=1230 Вт/(м²•К) где — учитывает вид теплопередающей стенки — стенка цилиндрическая.

Средний температурный напор в охладителе пара:

t_п — t_по = 289−260,1=28,9°С;

t?_сп — t_сп =260−241,1=18,9°С.

Дt_ср = (28,9−18,9)/ln (28,9/18,9) = 23,54

Поверхность нагрева охладителя пара:

F_оп = Q/(k Дt_ср) = 5 795 000/(1230•23,54)=84,6 м²

Число змеевиков охладителя пара :

N = F/(вLрd_н) =84,6/(0,98•31•3,14•0,032) = 28 шт

Расчет охладителя конденсата (ОК)

Тепловая нагрузка охладителя конденсата: Q_ок=9818 кВт Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

t^ср_к= 228,2 ?С Сечение для прохода конденсата в охладителе принимаем таким же, как и в охладителе пара, т. е. 0,122 м². Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

w_к= D_k•х_k/F = 60,55•0,0012/0,122 = 0,6 м/с Значение числа Рейнольдса при найденной скорости равно:

Re = w_к•d_э/н = 0,6•0,244/0,142•10^-6=1,02•10⁶

коэффициент теплоотдачи по формуле:

б₁= 0,023(л/ d)(Re)^0,8(Pr)^0,4 = (0,023•0,644•(1,02•10⁶)^0,4)/0,032= 4415 Вт/(м²•К) Средняя температура воды в трубах охладителя:

t^ср_од = (t_в+ t_од)/2 = (196,8+203,7)/2 = 200,3?С Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяем при скорости w=2 м/с и физ. параметрах, соответствующих t^ср_од= 200,3?С

Re = (2•0,024)/(0,16•10⁶) = 3,45•10⁵

б₂=0,023•0,688•(3,45•10⁵)^0,8•(0,893)^0,4=16 970 Вт/(м²•К) Расчетное значение:

б_2р=1,132• б₂=16 970•1,132=19 210 Вт/(м²•К) Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:

k= 1/(1/4415+8,14•10⁵•32/24+32/(19 210•24)) = 2473 Вт/(м²•К) Средний температурный напор в охладителе:

Дt_ср= (Дt_б— Дt_м)/ln Дt_б/Дt_м=(41,9−9,2)/ln (41,9•9,2)= 21,6?С Поверхность теплообмена охладителя конденсата:

F_ок= Q/(k Дt_ср)= 9 818 000/(19 210•21,6)= 184,1 м²

Таким образом, в результате расчета получено:

F_оп = 84,6 м²; F_сп = 1851 м²; F_ок = 184,1 м²

Заключение

подогреватель давление теплота турбоустановка В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого давления № 7 (ПВ-2100−380−40) для турбинной установки К-800−240−4. ПВД-7 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель: давлении 3,77 МПа, температуре 289 °C и расходом пара 60,55 кг/с. Параметры питательной воды при этом: давление 32МПа и температура 196,8 °С .

В результате расчета были определены следующие площади составляющих частей подогревателя:

площадь СП F_сп = 1851 м²

площадь ОП: F_оп = 84,6 м²

площадь ОК: F_ок = 184,1 м²

Полученные в результате расчёта значения площадей немного отличаются от реальных табличных значений данного подогревателя ПВ-2100−380−40 (F_сп = 1863 м²; F_оп = 847 м²; F_ок = 185 м²) на допустимую величину. В результате можно сделать вывод, что расчет произведен верно.

Литература

1. Рыжкин В. Я. «Тепловые электрические станции», Москва, 1987 г.

2. Григорьев В. А., Зорин В. М. «Тепловые и атомные электрические станции», Москва, «Энергоатомиздат», 1989 г.

3. Соловьёв Ю. П. «Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций», Москва, «Энергоатомиздат», 1983 г.

4. Рихтер Л. А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций», Москва, 1987 г.