Расчёт подогревателя высокого давления №6 для турбины К-300-240-3

Курсовая работа на тему:

Расчёт подогревателя высокого давления № 6 для турбины К-300−240−3

подогреватель перегрев охлаждение конденсация пар

Регенеративные подогреватели

Краткая характеристика подогревателя

Схема включения ПВД

Схема регенеративного подогревателя

Определение количества теплоты Qоп, Qсп, Qок

Параметры греющего пара

Параметры питательной воды

Расход пара в подогреватель

Расчет охладителя пара

Расчет охладителя конденсата

• Заключение
• Введение
• Турбина К-300−240−3 с параметрами свежего пара Р=23,54 МПа и tп=560 °C имеет номинальную мощность N=300 МВт, а максимальную Nmax=320 МВт. Имеется промежуточный перегрев пара. Давление после промежуточного перегрева 3,53 МПа, температура после промежуточного перегревателя 565 °C.
• Для регенерации производится 9 отборов. Давление отработавшего пара 0,343 МПа, температура охлаждающей воды 12 °C, расход охлаждающей воды равен 34,805 м3/ч.
• Формула проточной части: в части высокого давления (1Р+10), в части среднего давления 12, в части низкого давления 3.
• Турбина имеет 3 корпуса и 28 ступеней. Средний диаметр последней ступени равен 2550 мм.
• Общая масса турбины равна 625 тонн. Полная длина турбины с генератором 33,6 м, без генератора 22 м. Слив греющего пара из ПВД производится каскадно на деаэратор 6 ата.
• Завод-изготовитель П.О. «Турбоатом».

Регенеративные подогреватели

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.

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.

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.

Через пароохладитель пропускается лишь часть потока нагреваемой воды: остальная часть потока идет в обход через дроссельную шайбу.

Краткая характеристика подогревателя

ПВД предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет охлаждения и конденсации пара.

Конструктивно все подогреватели высокого давления выполняются вертикальными, коллекторного типа. Поверхность теплообмена набирается из свитых в плоские спирали гладких труб диаметром 32 мм, присоединенных к вертикальным раздающим и собирающим коллекторным трубам.

Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Трубная система ПВД выполнена в виде спиральных змеевиков, размещаемых в разъемном сварном корпусе, и состоит из трёх элементов — зоны охлаждения перегретого пара, зоны конденсации пара и зоны охлаждения конденсата. Питательная вода подводится к ПВД снизу и распределяется на два стояка, из которых поступает в первую группу секций горизонтальных трубных спиралей. Пройдя эту часть змеевиков, вода собирается в распределительном коллекторе и переходит в следующую группу горизонтальных змеевиков. Из этой группы змеевиков большая часть воды отводится в сборный (выходной) коллектор, а меньшая часть перед входом в сборный коллектор проходит верхнюю группу горизонтальных змеевиков, расположенную в зоне охлаждения перегретого пара. Выход воды из подогревателя высокого давления, также как и вход, — снизу, отвод конденсата также снизу — каскадный, в направлении, обратном потоку питательной воды. По питательной воде ПВД включаются последовательно.

Схема включения ПВД

Рисунок 1 — Схема включения подогревателей высокого давления в тепловую схему турбины К 300−240−2

Схема регенеративного подогревателя

Через охладитель конденсата проходит весь поток питательной воды или ее часть, ограничиваемая установкой шайбы.

Смешение потока воды, проходящего через каждый охладитель пара, с потоком питательной воды происходит на входе в паровой котел. Может быть использована другая схема, когда охлаждение пара происходит потоком воды, направляемым в паровой котел после всех подогревателей (схема Виолен). Может быть применена последовательная схема включения всех зон, и возможна комбинированная схема.

Во всех случаях через охладитель пара пропускается только часть питательной воды, а другая ее часть байпасируется помимо охладителя с помощью ограничивающей шайбы.

Определение количества теплоты Qоп, Qсп, Qок

Параметры греющего пара:

— давление pп = 1,559 МПа;

— температура tп = 450 °C;

— энтальпия iп =3364 кДж/кг;

— давление пара в собственно подогревателе p`п = 1,51 МПа;

— температура насыщения tнс.п.= 198,3 °С;

— энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем iнс. п=843,4 кДж/кг;

— энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель i`п=2790,2 кДж/кг;

— температура пара t`п=332 С.

Параметры питательной воды:

— давление pп.в.=30 МПа;

— температура на входе в охладитель конденсата tв =165 °С;

— энтальпия воды на входе в охладитель конденсата iв =710,1 кДж/кг;

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

— энтальпия iдр=735,8 кДж/кг;

— температура конденсата ПВД-7 tдр7 =315°С;

— энтальпия конденсата ПВД-7 iдр7=1318 кДж/кг;

— расход конденсата ПВД-7 Dдр7=39,5 кг/с;

В охладитель конденсата поступает 15% питательной воды с расходом Gод=39,7 кг/с. Через собственно подогреватель проходит 277,8 кг/с воды. Расход воды через пароохладитель Gоп 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:

Dп (iпо — iдр)= Gп.в. (iс.пiв) Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя при давлении p = 30 МПа и температуре t с. п = tн с. п — 4,5 0С = 198,3 — 4,5 =1940С и i с. п = 839,2 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:

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 .

Рис.1

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*9 =54. 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.

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 х — средний удельный объем пара при его средней температуре.

Эквивалентный диаметр .

Число Рейнольдса:

Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб:

Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к воде определяется при физических параметрах: и рп.в. =30 МПа

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

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 в

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. 0,035 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 :

Средний температурный напор в охладителе :

где, а

Поверхность нагрева :

Заключение

В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого давления № 6 для турбинной установки К-300−240−3. ПВД-5 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель: давлении 1,559 МПа, температуре 450 °C и расходом пара 17,5 кг/с. Параметры питательной воды: давление 30МПа и температура 165 °C.

В результате расчета были определены следующие площади:

— площадь СП;

— площадь ОП

— площадь ОК

— площадь ПВД 5

По данным площадям из таблицы в качестве ПВД6 выбираю ПВ-760−230−14.

Значения площадей, полученные в результате расчета, отличаются от табличных значений данного подогревателя, что объясняется погрешностями, возникшими в ходе расчета, а также округлениями и допущениями.

1. Д. П. Елизаров «Теплоэнергетические установки электростанций «. М.: Энерго издат, 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.