Расчет подогревателя высокого давления для турбинной установки Т-110120-130

Краткое описание тепловой схемы турбины Т-110/120−130

Турбина имеет 7 регенеративных отборов и 2 теплофикационных. Мощность турбины N=110 МВт, начальные параметры Р₀=12,75 МПа, t₀=555 °C, давление в конденсаторе Р_к=5кПа. Главный паропровод к турбине выполнен двумя трубопроводами диаметром 250 мм. Перед стопорным клапаном установлена ГПЗ, обеспечивающая надежное отключение турбины от паровых магистралей во время останова. На ГПЗ имеется байпас, на котором смонтирована арматура и специальное устройство схемы пуска и расхолаживания турбины. Из стопорного клапана свежий пар поступает по 4 перепускным трубам к регулирующим клапанам.

Конденсаторная установка турбины включает в себя конденсаторную группу типа КГ2−6200−1, воздухоудаляющее устройство, состоящее из двух основных эжекторов типа ЭП-3−600−4А, пускового эжектора ЭП-1−600−3, эжектора отсоса воздуха из сетевых подогревателей ЭП-2−1 и 2-х КЭНов 12КСВ, а также трубопровода с необходимой арматурой. Конденсаторная группа состоит из двух поверхностных двухходовых конденсаторов с поверхностью охлаждения 6000 м² каждый. Пар из турбины конденсируется на поверхностях и стекает в нижнюю часть конденсатора и отводится в выносной общий конденсатосборник. Выделяющийся из пара воздух удаляется из конденсаторов эжекторами. Отсасываемая паровоздушная смесь перед выходом из конденсаторов проходит через воздухоохладители. Здесь происходит конденсация дополнительной части пара.

Циркуляционная вода кроме конденсаторов турбины по трубопроводам технической воды через 2 фильтра ФС-400−1 подается к маслои газоохладителям, маслоохладителю системы уплотнений вала генератора. Для откачки конденсата из конденсатосборника установлены 2 КЭНа, один из которых резервный.

Регенеративная установка включает в себя холодильники основных эжекторов и охладителя пара из уплотнений, сальниковый подогреватель, 4 ПНД, сливные насосы, 3 ПВД, а также трубопроводы с необходимой арматурой. Эжектор типа ХЭ-70−550 предназначен для отсоса паровоздушной смеси из концевых камер лабиринтовых уплотнений турбины и штоков РК и СК. Сальниковый подогреватель предназначен для отсоса пара из промежуточных камер лабиринтовых уплотнений турбины. В качестве сальникового подогревателя используется ПНД поверхностного типа. После сальникового подогревателя установлен РК рециркуляции. Максимальная величина рециркуляции из линии основного конденсата определяется минимально необходимым количеством для обеспечения надежной работы основных эжекторов, эжектора отсоса из уплотнений и сальникового подогревателя.

Дальнейший подогрев основного конденсата происходит в 4 ПНД. Каждый ПНД представляет собой поверхностный пароводяной теплообменный аппарат вертикального типа. В линию основного конденсата между ПНД 1 и ПНД 2 предусмотрен подвод конденсата греющего пара из горизонтального ПСВ, а между ПНД 2 и ПНД 3 подвод из вертикальных подогревателей. При нормальной работе турбины слив конденсата греющего пара ПНД 4 — ПНД 2 осуществляется каскадно на всас сливных насосов, конденсат ПНД 1 сливается в конденсатосборник ПСГ. После ПНД 4 основной конденсат направляется на деаэратор 6 ата.

На ПВД питательная вода подается с напора ПЭН. Каждый ПВД представляет собой поверхностный пароводяной теплообменный аппарат вертикального типа. Непосредственно на входе в группу ПВД установлен быстродействующий выпускной клапан, отключающий подачу питательной воды к ПВД и направляющий ее по двум линиям обвода помимо подогревателей. На выходе питательной воды из группы ПВД установлен обратный клапан, предотвращающий обратный проток воды через ПВД при их отключении. Слив греющего пара из ПВД производится каскадно на деаэратор 6 ата.

Типы и схемы включения регенеративных подогревателей По принципу действия различают подогреватели смешивающего и поверхностного типов. В первых подогрев воды осуществляется при непосредственном соприкосновении с паром, во вторых теплота передается через стенки трубок (вода — внутри, пар — между трубками). В смешивающих подогревателях вода нагревается до температуры насыщения. Благодаря этому потенциал греющего пара используется наиболее полно, достигается наибольшая экономия теплоты за счет регенерации, что и является основным преимуществом смешивающих подогревателей. К их преимуществам относится также возможность удаления из воды растворенных газов при подогреве ее до температуры насыщения греющего пара. Недостатком схемы является необходимость иметь большое количество последовательно включенных питательных насосов, чем снижается надежность питания котлов.

На электростанциях в основном применяются поверхностные подогреватели. В таком подогревателе из-за сопротивления переходу теплоты через стенку имеет место недогрев воды до температуры насыщения пара. Недогрев уменьшается с увеличением удельной поверхности подогревателя на тонну подогреваемой воды, но при этом возрастает его стоимость. Оптимальный недогрев определяется технико-экономическими расчетами. Вследствие недогрева тепловая экономичность схем с поверхностными подогревателями ниже, а затраты металла и стоимость выше, чем в схемах со смешивающими подогревателями. Схемы с поверхностными подогревателями усложняются дренажными линиями для отвода конденсата греющего пара и различаются способом отвода дренажа.

Из схем отвода дренажа наивысшую тепловую экономичность имеет схема с дренажным насосом у каждого подогревателя с подачей дренажа в линию главного конденсата, но она дорога и сложна.

Экономична, но одинаково сложна схема с подкачкой дренажа в вышерасположенные подогреватели.

Наиболее дешевой является каскадная схема отвода дренажа, где вообще нет дренажных насосов, и дренаж удаляется самотеком в сторону подогревателей более низкого давления, а затем — в конденсатор турбины, но она менее экономична.

Снижение экономичности каскадной схемы обусловлено необратимостью процесса, поскольку дренаж с повышенным потенциалом сливается в теплообменник, работающий при низшем потенциале. В энергетическом отношении это означает, что отбор пара более низкого давления уменьшается в результате вытеснения дренажем из подогревателей повышенного давления: увеличивается конденсационная выработка электроэнергии и появляется потеря тепла с горячим дренажем, отводимым в конденсатор, где это тепло отдается охлаждающей воде.

Чтобы уменьшить вытеснение пара нижних отборов дренажем при каскадном сливе и несколько повысить тепловую экономичность установок, применяют охладители конденсата, которые в настоящее время выполняют преимущественно встроенными в корпус регенеративного подогревателя. Охлаждающей средой в охладителе конденсата служит основной конденсат перед входом в данный подогреватель.

Экономичность регенеративного подогрева воды при использовании перегретого пара отборов турбины можно повысить охлаждением греющего пара питательной водой. Благодаря этому уменьшается необратимость процесса теплообмена в регенеративных подогревателях, увеличиваются расходы пара в отборы, и растет КПД станции.

Пароохладитель представляет собой пароводяной теплообменник, где вода нагревается в результате понижения перегрева без конденсации пара: греющий пар на выходе еще сохраняет остаточный перегрев 15 — 25. Различают пароохладители по конструктивному исполнению — встроенные в корпус регенеративного подогревателя и выносные, и по схемам включения.

Вода во встроенный пароохладитель обычно поступает непосредственно после подогревателя, использующего охлажденный пар этого же отбора. Температура этой воды на входе в пароохладитель обычно примерно на 5 ниже температуры насыщения греющего пара. При этом температурный напор на холодном конце пароохладителя минимален и составляет при противоточном выполнении охладителя 20 — 30.

В выбранной мной схеме включения пароохладителей вода направляется в линию основного потока непосредственно за данным подогревателем. Через пароохладитель пропускается лишь часть потока нагреваемой воды: остальная часть потока идет в обход через дроссельную шайбу.

1. Схема регенеративного подогревателя

2. Расчёт основных параметров ПВД

Параметры греющего пара:

§ давление pп = 1,22 МПа;

§ температура tп = 266 °C;

§ энтальпия iп =2967 кДж/кг;

§ давление пара в собственно подогревателе p`п = 1,14 МПа;

§ температура насыщения t^нс.п. = 185,6 °С;

§ энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем i^нс.п.=788,14 кДж/кг;

§ энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель iпо = 2812 кДж/кг;

§ температура пара tпо = 200 °C.

Параметры питательной воды:

§ давление pп.в.=23 МПа;

§ температура на входе в охладитель конденсата tв =160 °С;

§ энтальпия воды на входе в охладитель конденсата iв =688,69 кДж/кг;

§ температура конденсата на выходе из охладителя tдр =170 °С;

§ энтальпия iдр=719,73 кДж/кг;

§ температура конденсата ПВД-6 tдр6 = 200 °C;

§ энтальпия конденсата ПВД-6 iдр₆=852 кДж/кг;

§ расход конденсата ПВД-6 D_др6=13,13 кг/с;

В охладитель конденсата поступает 15% питательной воды с расходом G_ок=20,63 кг/с. Через собственно подогреватель проходит 137,5 кг/с воды. Расход воды через пароохладитель G_оп принят равным 70% расхода пара, поступающего в подогреватель.

Расход пара в подогреватель обычно известен из расчета тепловой схемы или определяется из уравнения теплового баланса при заданных параметрах:

D_п (i_по — i_др)= G_п.в. (i_с.п — i_в)

Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя при давлении p = 23 МПа и температуре t _с.п = t^н _с.п — 5,6 ⁰С = 185,6 — 5,6 =180⁰С и i _с.п = 774,59 кДж/кг Расход пара в подогреватель:

Используя полученный расход пара, определяем температуру воды на выходе из охладителя конденсата, на входе в собственно подогреватель и на выходе из охладителя пара. Из уравнения теплового баланса для охладителя конденсата:

Имеем:

Температура воды на выходе из охладителя конденсата

Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель:

Температура воды на входе в собственно подогреватель

Энтальпия воды на выходе из пароохладителя при расходе питательной воды :

Температура воды на выходе из пароохладителя

Тепловая нагрузка:

— охладитель конденсата:

— охладитель пара:

— собственно подогреватель:

3. Расчет собственно подогревателя

Среднелогарифмическая разность температур в подогревателе:

где, а

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

При параметрах;; значение числа Рейнольдса Коэффициент теплоотдачи ₂ определяется:

Термическое сопротивление стенки труб

Значение коэффициента b при

т. е.

Принимая различные значения q строим зависимость? t = f (q) из которой следует что при .

Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях:

Поверхность нагрева собственно подогревателя:

Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнений поверхности, коррозии и т. п. Принимаем .

При принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно подогревателя:

Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секций и числа рядов в каждой секции, т. е. 6*8 = 48. Тогда.

Длина каждой спирали в этом случае:

В заключении теплового расчета собственно подогревателя рекомендуется уточнить температуру, при которой были определены физические параметры:

Отклонение от принятого значения равно, что вполне допустимо.

4. Расчет охладителя пара

Тепловая нагрузка охладителя пара. Расход пара, а расход питательной воды .

Если размеры спиралей охладителей пара такие же, как и в собственном подогревателе, то сечение для прохода пара Здесь учитывает часть длины труб, участвующей в теплообмене, а 0,004 — расстояние между трубами.

При двух потоках скорость пара в охладителе

где? — средний удельный объем пара при его средней температуре.

Эквивалентный диаметр .

Число Рейнольдса:

Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб:

Скорость воды в трубах при двухпоточной схеме принимается равной 1,5 м/с, а диаметр трубок 32*5 мм.

Коэффициент теплопередачи:

где учитывает вид теплопередающей стенки — стенка цилиндрическая.

Средний температурный напор в охладителе пара:

где, а

Поверхность нагрева:

Число змеевиков охладителя пара с учетом ?

5. Расчет охладителя конденсата

Тепловая нагрузка охладителя конденсата

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

При этой температуре:

,

Сечение для прохода конденсата в охладителе принимаем таким же, как и в охладителе пара, т. е. 0,051 м².

Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

Значение числа Рейнольдса при найденной скорости:

Коэффициент теплоотдачи:

Средняя разность температур воды в охладителе конденсата:

При этой температуре:

,

Скорость воды в охладителе конденсата принимаем равной

.

Значение числа Рейнольдса при этой скорости:

Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде:

Расчетное значение

Коэффициент теплопередачи:

турбина охладитель подогреватель конденсат Средний температурный напор в охладителе:

где, а

Поверхность нагрева:

Заключение

В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого давления № 5 для турбинной установки Т-110/120−130. ПВД-5 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель: давлении 1,22 МПа, температуре 266 °C и расходом пара 5,76 кг/с. Параметры питательной воды: давление 22,55МПа и температура 160 °C.

В результате расчета были определены следующие площади:

Ш площадь СП;

Ш площадь ОП

Ш площадь ОК

Ш площадь ПВД 5

По данным площадям из таблицы в качестве ПВД5 выбираю ПВ-425−230−13.

Полученные в результате расчёта значения площадей отличаются от реальных табличных значений данного подогревателя, что объясняется погрешностями, возникшими в ходе расчета, а также округлениями и допущениями.

1. Д. П. Елизаров «Теплоэнергетические установки электростанций». М.: Энергоиздат, 1982.

2. В. Я. Рыжкин «Тепловые электрические станции», М.: Энергоатомиздат, 1987.

3. В. А. Григорьев, В. М. Зорин «Тепловые и атомные электрические станции». М.: Энергоиздат, 1982.