Расчета тепловой схемы турбины К-160-130

2 Расчетная часть

2.1 Подготовка исходной информации

Основными исходными данными для расчета тепловой схемы являются: тип турбины, величина электрической и тепловой нагрузок, а так же величина расхода пара на производство, начальные и конечные параметры пара. [11]

Таблица 2.1 - Основные технические характеристики турбины К-160-130

Наименование параметров	Значения
1. Номинальная мощность, МВт    2. Начальные параметры пара: давление, МПа температура, оС 3. Параметры пара после промежуточного перегрева: давление, МПа температура, оС 4. Давление пара в конденсаторе, кПа 5. Расход охлаждающей воды, т/ч 6. Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, оС 7. Максимальный расход свежего пара, т/ч 8. Частота вращения ротора, с-1	160 12,75 565 2,8 565 2,5-3,5 20812 12 516 50

Расчётные значения внутреннего относительного КПД  по отсекам:

Цилиндра высокого давления: ;

Цилиндра низкого давления: .

Электромеханический КПД: .

Для расчета тепловой схемы, по рекомендациям[7],[9],[11]  используем следующие величины :

Расход продувочной воды: ;

Расход пара на собственные нужды машинного отделения: ;

Расход пара на собственные нужды котельного цеха: ;

Внутристанционные потери конденсата: ;

Температура химически очищенной воды: ;

КПД подогревателей поверхностного типа: ;

Недогрев воды до температуры насыщения в ПВД: ;

Недогрев воды до температуры насыщения в ПНД: .

Температурный график тепловой сети для г. Тайшет:

Потери при дросселирования пара в стопорных и дросселирующих клапанах: Р₀’ = 0,949 Р_о;

Потери давления пара в тракте промперегрева:  ∆Р_пп = 0,13 Р₀^пп;

Давление питательной воды за питательным насосом:  Р_пн = 1,3 Р_о;

2.2 Расчет принципиальной тепловой схемы

Принципиальная тепловая схема турбины К-160-130 приведена на рисунке 2.1 и на листе 3 графической части проекта.

Рисунок 2.1- Принципиальная тепловая схема турбины К-160-130

2.2.1 Расчет установки по подогреву сетевой воды

Расчётная схема подогрева сетевой воды представлена на рисунке 2.2

В блоке предусмотрен отпуск тепла для отопления и горячего водоснабжения города в количестве = 60 МВт. Схема отпуска тепла представлена на рисунке 2.2. Схема состоит из двух подогревателей поверхностного вида. Пар на сетевые подогреватели подаётся из VI-го и VII-го отборов. Дренаж греющего пара подогревателей направляется в схему перед ПНД-3.

Рисунок 2.2 - Установка по подогреву сетевой воды

ТП - тепловой потребитель; СН - сетевой насос; СП-1 - нижний сетевой подогреватель; СП-2 - верхний сетевой подогреватель.

Расход сетевой воды находим по формуле, кг/с:

  ,                                                   (2.1)

где     - отопительная нагрузка, ;

Расход пара на верхний сетевой подогреватель, кг/с:

  ,                                                  (2.2)

где    - КПД теплообменника.

Расход пара на нижний сетевой подогреватель, кг/с:

 ,                                                   (2.3)

2.2.2 Построение процесса расширения пара на i-s диаграмме.

Из характеристик турбины имеем:

Таблица 2.2 - Характеристики отборов турбины

№ отбора	Потребители пара	Давление, МПа(кгс/см2)	Температура, оС
I	ПВД-3	3,18	375
II	ПВД-2	2,07	527
III	ПВД-1, деаэратор	1,23	451
IV	ПНД-4	0,45	322
V	ПНД-3	0,14	200
VI	ПНД-2,ПС-2	0,071	138
VII	ПНД-1,ПС-1	0,034	80

Процесс расширение пара в турбине представлен на рисунке 2.3

Давления острого пара с учетом потерь при дросселировании в стопорном и регулирующих клапанах:  P₀’ = 0,949 · P₀ = 0,949 · 12,75 = 12,1 МПа. [4]

Энтальпии в отборах ЦВД находятся по формуле:

                                           (2.4)

Энтальпии в отборах ЦНД находятся по формуле:

                                           (2.5)

Используя значения давлений в отборах, на h-s диаграмме находится значения энтальпий в этих отборах.

Рисунок 2.3 - Тепловой процесс турбины К-160-130 в i-s диаграмме

2.2.3 Определение параметров по элементам схемы

Определение параметров по элементам схемы покажем на примере подогревателя высокого давления ПВД-3.

Давление пара в отборе Р_отб = 3,18 МПа.  Принимая потерю давления 5 %, [ 11] находим давление пара у подогревателя, МПа:

Р_п = 0,95 · 3,18 = 3,021,                                          (2.6)

Температура насыщения греющего пара, °С: [4]

t_н = 234,246,                                                         (2.7)

Энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг: [4]

 = 1010,202,                                                          (2.8)

Температура питательной воды за подогревателем с учётом недогрева, °С:

t_в = t_н - q = 234 - 2 = 232,246,                                    (2.9)

Энтальпия питательной воды, кДж/кг:

= 232,246·4,186=972,181,                                     (2.10)

Энтальпия греющего пара (из i-s диаграммы), кДж/кг:

i_отб = 3170,811,                                                     (2.11)

Использованный теплоперепад на турбине, кДж/кг:

h = i₀ - i_отб = 3512,96 – 3170,811 = 342,149,                              (2.12)

Аналогичным образом рассчитываем параметры по другим элементам. Результаты сводим в таблицу 2.3

Таблица 2.3 Параметры по элементам схемы

	ПВД-3	ПВД-2	ПВД-1	Д-р	ПНД-4	ПС2	ПНД-3	ПС-1	ПНД-2	ПНД-1	К
Ротб, МПа	3,18	2,07	1,23	1,23	0,45	0,45	0,14	0,14	0,071	0,034	0,0035
iотб, кДж/кг	3170,81	3527,1	3370,347	3370,347	3111,18	3111,18	2873,612	2873,612	2755,105	2645,34	2549,57
Рп, МПа	3,021	1,966	1,168	0,7	0,427	0,427	0,133	0,133	0,0674	0,0323	0,003325
tн, оС	234,246	211,519	186,747	164,95	145,98	145,98	107,778	107,77	88,938	70,8	25,8
tв, оС	232,246	209,519	184,747	164,95	141,98	141,98	103,778	103,77	84,938	65,8	25,8
, кДж/кг	1010,202	904,66	793,083	697,14	614,92	614,92	451,961	451,961	372,503	296,381	108,203
, кДж/кг	972,181	877,046	773,35	690,48	594,33	594,33	434,414	434,414	355,55	275,451	108,019
Н, кДж/кг	342,149	420,289	577,04	577,04	836,197	836,197	1073,768	1073,768	1192,27	1302,035	1397,805

2.2.4 Определение предварительного расхода пара на турбину

Коэффициент недоиспользования мощности отопительных отборов.

Для первого отбора:

 ,                                         (2.13)

где    - энтальпия на выходе из турбины, кДж/кг;

 - энтальпия пара за промперегревом, кДж/кг;

- энтальпия пара перед промперегревом, кДж/кг.

Для второго отбора:

 ,                                         (2.14)

Расход пара на турбину, кг/с:

,                             (2.15)

где    - использованный теплоперепад, кДж/кг;

 - номинальная мощность турбины, кВт;

 - электромеханический КПД;

- коэффициент регенерации принимаем равным =1,1 (с последующим уточнением).

2.2.5 Баланс пара и конденсата

Расход пара на эжектор принят 0,5 % от расхода пара на турбину, кг/с: [7]

,                                             (2.16)

Расход пара на уплотнения турбины принят 1 % от расхода пара на турбину, кг/с:

 ,                                             (2.17)

Утечки пара и конденсата можно принять 1,1% от расхода пара на турбину, кг/с:

 ,                                             (2.18)

Расход пара на собственные нужды, кг/с:

 ,                                           (2.19)

Расход перегретого пара, кг/с:

,                                (2.20)

,                                              (2.21)

2.2.6 Расчет регенеративной схемы (ПВД)

Рисунок 2.4 - Схема подогревателей высокого давления

Уравнение теплового баланса ПВД-3:

,                                      (2.22)

Из уравнения (2.22) находим расход пара на ПВД-3, кг/с:

  ,                                               (2.23)

Уравнение теплового баланса ПВД-2:

 ,                     (2.24)

Из уравнения (2.24) находим расход пара на ПВД-2, кг/с:

 ,                                 (2.25)

Уравнение теплового баланса ПВД-1:

 ,                    (2.26)

Из уравнения (2.26) находим расход пара на ПВД-1, кг/с:

 ,                             (2.27)

где   кДж/кг,

      кДж/кг  ,         (2.28)

Где  -перепад давления питательной воды в питательном насосе, МПа;

V=0.00109-удельный объем питательной воды [4] ; -КПД насоса [9].

2.2.7 Расчет деаэратора

Рисунок 2.5 – Схема деаэратора

Уравнение материального баланса деаэратора:

  ,                                   (2.28)

Уравнение теплового баланса деаэратора:

 ,                         (2.29)

Решив систему уравнений, получим:

кг/с;

 кг/с;

2.2.8 Расчет регенеративной схемы (ПНД)

Рисунок 2.6 Схема подогревателей низкого давления

Расход пара на ПНД-4 (из уравнение теплового баланса), кг/с:

 ,                                     (2.30)

Уравнение теплового и материального баланса для ПНД-3 и ТС-1

,                 (2.31)

,                                           (2.32)

,                                  (2.33)

где  кг/с - расход конденсата греющего пара после нижнего сетевого подогревателя.

Решив данную систему, получим:

кг/с;

 кг/с;

 кг/с;

Уравнение теплового и материального баланса для ПНД-2, ТС-2 и ПНД-1:

,                  (2.34)

,                                (2.35)                      

,                       (2.36)

,              (2.37)

где -температура основного конденсата перед ПНД-1;

-температура насыщения после конденсатора;

-нагрев основного конденсата в охладителе эжекторов и охладителей уплотнений;

Решив данную систему, получим:

кг/с;

 кг/с;

кДж/кг;

 кг/с;

2.2.9  Определение расхода пара в конденсатор и погрешности расчёта ПТС

Расход пара в конденсатор, кг/с:

,         (2.38)

Проверка по балансу мощности

Расчётная электрическая мощность турбоагрегата, МВт:

    ,                                          (2.39)

 

Погрешность расчета составляет:

,             (2.39)

Погрешность не превышает 2%, [4]следовательно коэффициент регенерации уточнять не надо.

2.3 Расчет технико-экономических показателей работы станции

Расход тепла на турбоустановку, кВт:

,                  ( 2.40 )

где    - расход пара на турбоустановку, кг/с:

- количество пара, прошедшее через промперегрев, кг/с;

- энтальпия острого пара, кДж/кг;

,  - энтальпии пара после и до промперегрева, кДж/кг.

Тепло, отданное тепловому потребителю, кВт:

 ,                              (2.41)

Затраты тепла на выработку электроэнергии, кВт:

  ,                                              (2.42)

Тепловая нагрузка котла, кВт:

 ,                                 (2.43)

Полный расход топлива, кг/с:

  ,                                                   (2.44)

Коэффициент ценности тепла:

 ,                           (2.45)

 ,                            (2.46)

Увеличение расхода тепла на производство электроэнергии за счёт