Расчет тепловой схемы утилизационных парогазовых установок

Введение

Принципиальная тепловая схема (ПТС) электростанции определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии на электростанции. Она включает основное и вспомогательное теплоэнергетическое оборудование, участвующее в осуществлении этого процесса, и входящее в состав пароводяного тракта электростанции.

На чертеже, изображающем принципиальную тепловую схему, показывают теплоэнергетическое оборудование вместе с трубопроводами пара и воды (конденсата), связывающими это оборудование в единую установку. Принципиальная тепловая схема изображается обычно как одноагрегатная и однолинейная схема.

При неблочной структуре электростанции, имеющей одинаковые котлы и турбины, ПТС сводится к принципиальной тепловой схеме одноагрегатной электростанции.

В состав ПТС, кроме основных агрегатов и связывающих их линий пара и воды, входят регенеративные подогреватели высокого и низкого давления с охладителями пара и дренажей, сетевые подогревательные установки, деаэраторы питательной и добавочной воды, трубопроводы отборов пара от турбин к подогревателям, питательные, конденсатные и дренажные насосы, линии основного конденсата и дренажей, добавочной воды. В состав ПТС входят также вспомогательные устройства и теплообменники, расширители и охладители продувочной воды парогенераторов барабанного типа, охладители пара эжекторных установок и уплотнений, линии отвода пара из уплотнений турбин к различным подогревателям воды.

ПТС является основной расчетной технологической схемой проектируемой электростанции, позволяющей по заданным энергетическим нагрузкам определить расходы пара и воды во всех частях установки, ее энергетические показатели.

На основе расчета ПТС определяют технические характеристики и выбирают тепловое оборудование, разрабатывают развернутую (детальную) тепловую схему энергоблоков и электростанции в целом.

1. Выбор и обоснование принципиальной тепловой схемы блока Применение парогазовых технологий обеспечивает повышение тепловой экономичности выработки электроэнергии и теплоты, экономию капитальных вложений в развитие энергосистемы, снижение металлоемкости энергетических установок.

При реконструкции и расширении тепловых электростанций могут применяться различные схемы газотурбинных надстроек паротурбинных установок.

В данном курсовом проекте рассмотрена схема дубль-блока, работающего на одну паровую турбину. В состав блока входят: газовая турбина SGT-600 и котел-утилизатор. Оба блока работают на паровую турбину ПР-6−3,4/1,0/0,1−1, обеспечивая каждый половину нагрузки турбины.

В схеме предусмотрен деаэратор питательной воды и деаэратор подпитки теплосети, расширители непрерывной продувки.

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

2.1 Расчет котлов-утилизаторов Описание котла-утилизатора:

На ПГУ установлено два котла-утилизатора вертикального типа с естественной циркуляцией, без дополнительного дожигания. Основным видом топлива является природный газ, в качестве аварийного топлива предусмотрено дизельное топливо.

Котел-утилизатор оснащается системой автоматического регулирования, технологическими защитами и блокировками, дистанционным управлением, системой автоматического контроля технологических параметров. Автоматизированная система управления и контроля котла являются подсистемой АСУТП ПГУ.

Конструкция котла и его поставочная блочность обеспечивают проведение монтажа поставочными блоками или с их доукрупнением на месте монтажа.

Конструкция котла обеспечивает также условия для проведения механизированного ремонта его узлов в соответствии с типовыми требованиями.

Удаление уходящих газов после КУ происходит через индивидуальную дымовую трубу высотой 40 м диаметром устья 3,2 м.

Расчет поверхностей нагрева котла-утилизатора:

Для расчета нам необходимы следующие данные:

Основные характеристики ГТУ-25 по ISO:

— электрический КПД эГТУ = 0,34;

— расход выпускных газов Gг = 289,44т/ч = 80,4 кг/с;

— температура выпускных газов t4 = 543С;

— мощность NГТУ = 24,77 МВт.

Расчеты проводились для газа в системе Белтрансгаз, объемный состав характеризуется следующими данными.

Для этого газа, при нормальных условиях, сг=0,6839 кг/нм3, Qрн 7976 ккал/нм3 = 33,42 МДж/нм3 = 49,01 Мдж/кг, при этом VВ0 = 10 м3/м3, L=16,51кг/кг.

Расход топлива в камеру сгорания ГТУ кг/с .

В результате избыток воздуха в КС ГТУ

= 3,32

В зависимости от кс и температуры газов в тракте КУ по данным [1, приложение 1] находилась их энтальпия.

Для проведения вычислений удобно составить расчетную схему котла-утилизатора с указанием поверхностей нагрева, изменения температуры и энтальпии сред в газовом и пароводяном трактах котла.

Табл.2.1 Параметры пароводяного теплоносителя котла-утилизатора

При этом по ходу газа последовательно установлены:

· пароперегреватель;

· испаритель;

· экономайзер;

· сетевой пучек (газовый водяной подогреватель) для подогрева сетевой воды.

Параметры пароводяной среды в КУ будем определять по.

Исходными данными являются параметры пара перед турбиной: P0 = 3,4 МПа; t0=4350С;

PПЕ= 1,09· P0 = 1,09· 3,4 = 3,7МПа; tПЕ=4400С; PИ=1,1· PПЕ = 1,1· 3,7 = =4,07МПа; ts?251,50C.Сведем в таблицу № 2.1. основные параметры теплоносителя в КУ (см.выше).

Расход перегретого пара найдется из баланса испарительной и пароперегревательной поверхностей КУ:

;

следовательно:

При этом

hг.пп.= 583,5 кДж/кг (по tг=543 oC и б=3,32

tв.и.=tнасf (Рs)=251,5 0С; hв.и.=1092,92 кДж/кг

hп.пп=3312,09 кДж/кг (по tп.пп.=440oC и Р=40,7ата)

hг.и.=271 кДж/кг (по tг.и.= tв.и.+8 =252+8=260 oC)

Энтальпия газов на выходе экономайзера НД:

Где hпв.= hдпв'+?hпн=444 кДж/кг;(температура питательной воды 104С);

Gпв=1,005Gп=1,005· 11,09=11,15 кг/с;

Тогда

tг.эк.= hг.эк./ср=186,03/1,0365=179,48 0С;

Принимаем температуру уходящих газов равную 120С, тогда hух.г.=123,66 кДж/кг.

Расход сетевой воды через сетевой пучок при нагреве воды от tос= 70С до температуры tпс= 110С находим из уравнения теплового баланса сетевого пучка:

Dсв срв (tпс — tос) = Gг (h12 — hух) охл,

Dсв = (Gг (hг.эк. — hух) охл)/ (срв (tпс — tос))=

= (80,4 (186,03 — 123,66)0,98)/ (4,187 (110 — 70))= 29,32 кг/с= 105,552 т/ч Количество тепла отпускаемого сетевым пучком:

Qсп= Dсв срв (tпс — tос)= 105,5524,187 (110 — 70)= 4914,03 кДж/с = 4,226 Гкал/час КПД котла утилизатора найдем из следующего соотношения:

В период ремонта тепловых трасс, а также при отсутствии теплового потребителя сетевой воды котел-утилизатор может работать с отключенным по воде сетевым пучком. Поверхность нагрева сетевого пучка при этом должна быть сдренирована. При этом произойдет повышение температуры уходящих газов до tух = tг.эк. = 2320С (hг.эк. = 240.5 кДж/кг) и снижение КПД котла:

2.2 Расчет тепловой схемы ПТУ в составе УПГУ Расчет тепловой схемы турбины ПР-6−3,4/1,0/0,1−1 в составе УПГУ произведем по следующим этапам:

2.2.1 Составление балансов основных потоков пара и воды Расход пара на паровую турбину, с учетом потерь:

G0=Gп — Gут= 2· 11,01 — 0,333 = 21,86 кг/c.

При этом

Gут=бутGп= 0,015· 2·11,01=0,333 кг/c.

Для УПГУ с отборами на производство бут= 0,015.

Расход пара через проточную часть турбины с учетом протечек через уплотнения:

Gт=G0 — Gупл = 21,86 — 0,437= 21,42 кг/c.

Где Gупл= бупл· G0= 0,02· 21,86=0,437 кг/c.

Определим расход добавочной воды:

Gдв= Gут+Gпр'+Gпот. вн.= 0,333+ 0,04 + 6,945 = 7,318 кг/c.

Gпот. вн — потери конденсата на производстве, принимаем бок= 0,5, тогда

Gпот. вн= Gпр (1- бок)=13,89· (1−0,5)=6,945 кг/c.

2.2.2 Построение процесса расширения пара в турбине на hsдиаграмме Турбина ПР-6−3,4/1,0/0,1−1 имеет противодавление 0,11 МПа, регулируемый производственный отбор 1 МПа. Основные характеристики турбины сведены в таблицу:

Табл. 2.2.1

Процесс расширения в hs — диаграмме

Рис. 2.1 Процесс расширения пара в турбине ПР-6−3,4/1,0/0,1−1

Табл.2.2.2 Параметры расширения пара в основных точках

При построении приняли .

2.3 Расчет теплообменных аппаратов

2.3.1 Расчет расширителя непрерывной продувки Так как турбина работает с барабанными котлами, устанавливаем одну ступень расширителя непрерывной продувки. Представленный на рис 2.2.

Gp, hp``

в Д

Gпр, hпр

Gпр-Gр= G’пр, hp`

Рис. 2.2 Расширитель непрерывной продувки

Давление в расширителе:

По Рр находим: кДж/кг, кДж/кг.

По давлению в барабане котла Рбар=4,07 МПа находим hпр=h`бар=1092,92 кДж/кг. Принимаем КПД расширителя р=0,98.

Тепловой баланс расширителя:

где Gпр :

Тогда:

2.3.2 Расчет сетевого подогревателя Найдем энтальпию пара за турбиной. Для этого примем зoi=0,82, в 0-ой точке h0=3305,07 кДж/кг, s0=6,974 кДж/кг· 0С.

Тогда Хкад = (s0 — sk')/(sk''-sk'),

Xkад = (6,974 — 1,303) / (7,358−1,303) = 0,939;

hkад=hk'+ Xkад· rk=417,436+0,939·2257,51= 2531,57 кДж/кг.

Найдем hk

hk =hотб — зoi· (hотбhkад)= 3094,06−0,82· (3094,06−2537,4)=2637,6 кДж/кг Составив уравнение теплового баланса для сетевого подогревателя ТУ:

Примем температурный напор 50С, тогда tс1=ts-5=950С.

Где Gксп=Gт-Gотб.п.=7,53 кг/c.

Тепловая нагрузка подогревателя:

2.3.3 Расчет деаэратора питательной воды Расчётная схема деаэратора питательной воды:

Рис. 2.3 Деаэратор питательной воды Составим уравнение материального баланса:

где Gхво= Gупл + 0,5Gкп-отб + Gупл + 2· G’пр Уравнение теплового баланса:

Тогда Где h’к=437,44 кДж/кг, при температуре конденсата 1000С;

Решив систему уравнений получаем:

Gспк=7,37 кг/c; Gотб=0,1769 кг/c.

2.3.4 Расчет деаэратора подпитки теплосетей Величина подпитки теплосетей:

Gпод=0,02· (Gcв.сп+2·Gcв.ку)=0,02·(156,4+2·29,32)=4,3 кг/с.

tпод= t0.4ата'=75,80С.

tд=(110+95)/2=102,5 0С;

tв=320С.

Составим уравнения теплового баланса и материального:

Решая систему уравнений получаем:

Уравнение смешения для определения температуры на входе в сетевую установку tос' имеет вид:

2.4 Расчет мощности турбоустановки Мощность турбины котел утилизатор пар вода

3. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УПГУ.

Определим электрический КПД ПТУ:

Где Qэ — расход теплоты на выработку электроэнергии, МВт;

Q0 — расход теплоты в свежем паре на турбоустановку, МВт;

Qтуп-отб — теплота отпускаемая промышленному потребителю, МВт;

Qспту — теплота отпущенная противодавлением, МВт.

Найдем Qтуп-отб, Qспту:

Тогда Удельный расход теплоты на выработку электроэнергии паровой турбины КПД нетто УПГУ по отпуску электроэнергии:

Удельные выработки на тепловых потоках от УПГУ:

— удельная выработка на тепловом потреблении от турбины:

— удельная выработка на паре промышленного отбора:

;

— удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении для всей ПГУ в целом:

Расходы топлива для ГТУ принимаем bтэ=170 кг у.т./Гкал. Тогда

;

расход условного топлива ГТУ:

;

расход топлива на выработку электроэнергии можно определить по формуле:

;

Тогда удельный расход топлива на выработку электроэнергии определим по:

;

При ДЭсн=5% NнеттПГУ=52,611 МВт:

;

При Раздельной схеме энергоснабжения принимаем:

bКЭСээ=320 г у.т./ кВт· ч;

bкот =160 кг у.т./Гкал. В этом случае:

затраты топлива на выработку электроэнергии будут равны:

;

затраты топлива на выработку тепловой энергии:

;

общий расход топлива при раздельной выработке энергии:

.

4. ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

4.1 Питательные насосы Питательные насосы выбираем на подачу питательной воды в барабан котла при максимальной мощности установки с запасом 5%:

МПа;

.

Выбираем питательный насос по [3,таблица 5] типа ПЭ-100−53.

4.2 Конденсатные насосы Конденсатные насосы выбираем по максимальному расходу пара в конденсатор с запасом:

Выбираем два рабочих насоса 50% производительности и один резервный типа Кс-12−50 по [3, таблица 5,8].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была рассчитана тепловая схема утилизационной парогазовой установки, включающей котел-утилизатор, газовую турбину STG-600 и паровую турбину типа ПР-6−3,4/1,0/0,1−1 с противодавлением. Основные характеристики турбины представлены в таблице № 2.2.1.

Был произведен укрупненный расчет КУ, расчет параметров пара в процессе расширения пара в турбине в основных точках. Полученные данные сведены в таблицы № 2.1 и № 2.2.2.

В следствии расчетов получили следующие показатели:

— удельный расход топлива на отпуск электроэнергии составил ;

— КПД брутто по выработке электроэнергии: ;

— КПД нетто УПГУ по отпуску электроэнергии: .

· Расчет тепловой схемы утилизационных парогазовых установок: методическое пособие по дипломному проектированию для студентов специальностей 1 — 43 01 04 «Тепловые электрические станции», 1−53 01 04 «Автоматизация и управление энергетическими процессами"/С. А.Качан. -Мн.:БНТУ, 2007.?130с.

· Таблица «Термодинамические свойства воды и водяного пара».

· Малюшенко В. В., Михайлов А. К. Энергетические насосы: Справочное пособие. — М.: Энергоиздат, 1981. — 200 с., ил.