Міністерство освіти і науки України

Державний вищий навчальний заклад

“Київський енергетичний коледж”

                                                                                       Затверджую

                                                            Заступник директора з навчальної роботи

                                                       _____________________Т.І. Свириденко

                                                       _____________________ 2016р.                                                                                                                                                

Методичний посібник щодо розрахунку

принципової теплової схеми

енергоблоків різних типів ТЕС

              Розроблено: викладач – методист ___________ О.М. Томашевська

                                    викладач – методист____________ Л .О.Подушко

                                    викладач –методист_____________Є.М.Сорока                                                           

РОЗГЛЯНУТО ТА СХВАЛЕНО                                        

на засіданні ЦПК №3

Протокол № ____ від___________

Голова ЦПК __________Л.О. Подушко

2016

Зміст

Перелік скорочень

ТЕС- теплова електростанція;

ТЕЦ- теплоелектроцентраль;

 КА-  котельний агрегат;

ЦВТ- циліндр високого тиску;

ЦСТ- циліндр середнього тиску;

ЦНТ- циліндр низького тиску;

ПВТ- підігрівник високого тиску;

ПНТ- підігрівник низького тиску;

ЖТН- живильний турбонасос;

ЖЕН- живильний електронасос;

 КН  - конденсатний насос;

 ДН  - дренажний насос;

 СН  - сітьовий насос;

СПВ – сітьовий підігрівник верхній;

СПН - сітьовий підігрівник нижній;

 D     - повна витрата середовища, кг/с;

 d      - питома витрата середовища, г/кДж, кг/кВт;

 h      - ентальпія, кДж/кг;

 N     - електрична потужність, кВт, МВт;

 р      -  тиск, МПа;

 t       - температура, ⁰С;

 v      - питомий обєм середовища, м³/кг

 Q     - кількість теплоти, теплове навантаження, кВт, МВт;

 q      - питома витрата теплоти;

 y      - коефіцієнт недовиробітку потужності регенеративним відбором пари;

      - частка витрати;

      - відносна помилка розрахунку, %;

      - коефіцієнт корисної дії;

     - недогрів води до температури насичення в підігрівнику, ⁰С

1 Складання принципової теплової схеми енергоблоку

   1.1 Для забезпечення високих енергетичних показників енергоблоку принципова теплова схема ( ПТС) повинна складатися обгрунтовано і раціонально. ПТС наочно представляє технологічний процес перетворення енергії на ТЕС. ПТС являється основною розрахунковою схемою  проектуємої ТЕС. Дані, які одержують в результаті розрахунків, визначають рівень технічного удосконалення енергоблоку.

1.2 При виборі ПТС за основу приймається теплова схема , яка відповідає типу турбоустановки, вказаному в завданні на розрахунок.

 1.3 Приклади ПТС представлені в додатку 7.

 1.4 при розробці ПТС вирішуються наступні питання:

• Вибір параметрів пари в регенеративних відборах;
• Вибір типу регенеративних підігрівників(переважно поверхневого типу);
• Вибір схеми відводу дренажу гріючої пари ПВТ(звичайно каскадної);
• Вибір схеми відводу дренажу гріючої пари ПНТ(каскадної або змішаної);
• Вибір тиску в деаераційної колонці( деаераторі);
• Вибір типу привода живильного насосу(електро або турбопривод);
• Вибір схеми включення приводної турбіни живильного турбонасосу(ЖТН) в теплову схему турбоустановки;
• Вибір місця введення в схему додаткової води для поповнення втрат пари і конденсату;
• Вибір схеми відпуску теплоти для потреб теплофікації .

 1.5 На ПТС зображують: паровий котел, турбіну, генератор, конденсатор, регенеративні підігрівники, живильні, дренажні, конденсатні насоси, турбіну ЖТН та лінії зв’язку між ними.

       Однотипне устаткування незалежно від числа встановлених агрегатів зображують одним елементом, а трубопроводи при декількох паралельних лініях – однією лінією. З арматури зображують тільки регулюючий клапан на підводі пари до деаератора.

 1.6 На ПТС вказують літерні позначення часток витрат , або витрат та ентальпій відповідних потоків робочого тіла. [1]

2 Розрахунок принципової теплової схеми енергоблоку

 2.1 Загальні положення.

        Мета розрахунку – за даними енергетичними навантаженнями визначити витрати пари і води на всі елементи турбоустановки та енергетичні показники енергоблоку.

Вхідні дані:

 Типорозмір турбіни;

 Електрична потужність турбоагрегату N, МВт;

 Теплове навантаження турбоагрегату Q,Мвт;

 Температура в прямій/зворотній магістралі t_пр/ t_зв ⁰С;

 Початковий параметри пари перед турбіною:  p₀ МПа, t₀ ⁰С;

 Тиск пари холодного/гарячого промперегріву p_хпп/p_гпп МПа;

 Температура пари після промперегріву t_гпп⁰С;

 Тиск пари в деаераторі живильної води p_д МПа;

 Відносні внутрішні ККД циліндрів турбіни _оі^ЦВТ, _оі^ЦСТ, _оі^ЦНТ;

 ККД котельної установки _ку.

Основні етапи розрахунку:

 Побудова процесу пари в турбіні в h,s- діаграмі;

 Складання зведеної таблиці параметрів робочого тіла;

 Визначення часток робочого тіла для елементів ПТС;

 Розрахунок підігрівників сітьової установки;

 Перевірка вірності розрахунку за допомогою матеріального балансу пари та конденсату в конденсаторі;

 Визначення витрат пари та води на всіх ділянках ПТС;

 Перевірка вірності розрахунків за допомогою порівняння потужностей потоків пари;

 Розрахунок показників теплової ефективності ТЕС.

 Перевірка розрахунків принципових теплових схем за допомогою табличного редактора MS EXCEL

             2.2 Побудова процесу роботи пари в турбіні в h,s- діаграмі

        Для визначення стану водяної пари в ступінях турбіни будується процес роботи пари в h,s- діаграмі (рисунок 2.2.1).

        При будові цього процесу враховуються втрати тиску пари у паровпускних та регулюючих клапанах ЦВТ.

         За початковими параметрами знаходиться точка О, яка відповідає стану пари до паровпускних клапанів. Втрата тиску в паровпускних клапанах приймається від 3до 5 % тиску свіжої пари.

         Тоді тиск перед першим ступенем ЦВТ p₀^=(0,97-0,95)p₀, МПа. Процесу дроселювання в паровпускних клапанах відповідає відрізок О-О^ (h ₀=const).

        Будується ізоентропійний процес роботи пари в ЦВТ від т. О^ до тиску

 “ холодного” промперегріву p_ХПП ( відрізок О^ -А).

        Знаходиться ентальпія відпрацьованої пари при ізоентропійному розширенні в ЦВТ  h^а_ХПП, кДж/кг.

        Ентальпія пари в кінці дійсного процесу роботи пари ( з урахуванням втрат енергії в проточній частині) h_ХПП, кДж/кг, визначається формулою:

            h_ХПП=  h ₀- _оі^ЦВТ(h ₀- h^а_ХПП),

де _оі^ЦВТ- відносний внутрішній ККД ЦВТ.

 За параметрами p_ХПП  і t_ХПП  знаходиться т. В Відрізок О^-В відповідає дійсному процесу роботи пари в ЦВТ.

       Стану пари на вході в ЦСТ відповідає т. Е (Р_ГПП  і t_ГПП  ). Аналогічно відбувається побудова дійсного процесу роботи пари в ЦСТ, ЦНТ(відрізок Е-К,

 якщо _оі^ЦСТ=_оі^ЦНТ). При цьому ентальпія пари в кінці дійсного процесу роботи пари в ЦСИ,ЦНТ h_К, кДж/кг, визначається за формулою:

         h_К= h_ГПП- _оі^{ЦСТ,ЦНТ}(h_ГПП- h_К^а),

де h_ГПП- ентальпія пари на вході в ЦСТ після промперегріву, кДж/кг;

_оі^{ЦСТ,ЦНТ}- відносний внутрішній ККД ЦСТ,ЦНТ;

h_К^а-ентальпія відпрацьованої пари при ізоентропійному процесі розширення пари в ЦСТ,ЦНТ,кДж/кг.

         Тиски пари в регенеративних відборах вибираються близькими до заводських даних (додаток 9). За прийнятими тисками знаходяться на h-s діаграмі  точки 1,2,......8 (залежності від кількості регенеративних відборів, які відповідають стану пари у відборах.

         При виборі турбоприводу у живильному насосі на h,s- діаграмі зображується процес роботи пари в приводної турбіні ( відрізок Е М).Ентальпія відпрацьованої пари в кінці дійсного процесу розширення h_ТП, кДж/кг, розраховується за формулою:

            h_ТП=  h _ВІДБ- _оі^ТП (h _ВІДБ- h^а_ТП),

де h _ВІДБ- ентальпія пари регенеративного відбору на турбопривід,

_оі^ТП- відносний внутрішній ККД приводної турбіни;

 h^а_ТП - ентальпія пари в кінці ізоентропійного процесу роботи пари в привідній турбіні, кДж/кг.

           Для турбоустановок без прмперегріву дійсному процесу  роботи пари на

 h,s- діаграмі відповідає відрізок ( О^-К) (рисунок 2.2.2).

        Ентальпія відпрацьованої пари в кінці дійсного процесу роботи пари

h_К, кДж/кг визначається за формулою:

         h_К= h₀- _оі (h₀- h_К^а),

де h₀- ентальпія пари на вході в турбіну, кДж/кг;

 _оі- відносний внутрішній ККД турбіни;

h_К^а -ентальпія відпрацьованої пари при ізоентропійному розширенні в циліндрах турбіни, кДж/кг. [1]

3 Складання зведеної таблиці параметрів робочого тіла

        Дана таблиця полегшує розрахунок принципової теплової схеми.

        В графі 1 зведеної таблиці параметрів робочого тіла  проставляються точки процесу h,s- діаграми. В графі 2- найменування потоку або підігрівника. До граф 3,4,5 записують параметри гріючої пари з h,s- діаграми:

         Тиск p, МПа;

         температуру t,⁰C;

         ентальпію h, кДж/кг.

        В графі 6 проставляють тиск пари перед підігрівниками, p^_і  МПа, з урахуванням зниження тиску в паропроводах від турбіни до підігрівника у розмірі 3-5% тиску пари у відборі.

        p^_і=(0,97-0,95) p_ВІДБ

       Температура насичення t^{ 0}C (графа 7 ) та ентальпія дренажу h^_і кДж/кг      (графа 8 ) визначається за таблицями термодинамічних властивостей води та водяної пари для стану насичення при тиску перед підігрівником p^_і, МПа.[6] Температурний напір регенеративних підігрівників  ⁰С (графа 9) приймається для більш дешевих матеріалів трубних систем ( латунь, вуглецева сталь) 1,5⁰С для ПНТ і 2,5-5,0 ⁰С для ПВТ; для  більш коштовних матеріалів ( аустенітна сталь ) 3,5-5,0 ⁰С для ПНТ і  5,0- 7,0  ⁰С для ПВТ.

      До графи 10 записують значення тиску живильної води і основного конденсату після кожного підігрівника p_ПІ, МПа. Тиск, який розвиває конденсат ний або живильний насоси приймаються за довідником, а гідравлічний опір за порадою керівника. До графи 11 записують значення температур нагріває мого середовища після підігрівника t_ПІ ⁰С:

      t_ПІ= t^-_І

     Ентальпія води h_ПІ, кДж/кг ( графа 12 ) визначається за таблицями термодинамічних властивостей води і водяної пари для стану ”вода і перегріта пара” [6]( за тиском p_ПІ, МПа і температурою t_ПІ⁰С після підігрівників ) (дивись таблиці 5.1, 6.1, 7.1 відповідно типу турбіни ).[1]

4 Визначення часток витрати гріючої пари і води на всі елементи ПТС

      При розрахунку ПТС витрати гріючої пари і води на елементи ПТС зручно виражати у частках витрати свіжої пари на турбіну перед ЦВТ, D₀.

      Для ПТС конденсаційного типу: _і= D_і/ D₀, де _і- частка і-го потоку пари або води;

      D_і-витрата і-го потоку пари або води, кг/с;

      D₀- витрата свіжої пари на турбіну, кг/с.

      При цьому частка витрати свіжої пари на турбіну ₀= D₀/ D₀=1,0.

     Для любої точки ПТС повинна зберігатися рівність суми потоків пари та води, які входять і виходять з котла ( рівняння матеріального балансу).

     Витрата живильної води на котельну установку залежить від типу котла.

     Для прямо токових котлів: _жв=_ку; для барабанних котлів: _жв=_ку+_прод,

 де - _жв= D_жв/ D₀- частка витрати живильної води на котельну установку;

     _ку= D_ку/ D₀ – частка витрати перегрітої пари на виході з котельної установки;

      _прод= D_прод/ D₀- частка витрати води безперервної продувки з барабанного котла; _прод=3% від D₀ ( за нормами технологічного проектування електростанцій і систем).

     Частка витрати перегрітої пари з котла: _ку=_о+_втр+_ущ+_еж,

     де _о=1- частка витрати свіжої пари на турбіну;

      _втр=  D_втр/ D₀- частка витрати пари на поповнення втрат в циклі;

      _ущ= D_ущ/ D₀- частка витрати пари на ущільнення турбіни;

      _еж= D_еж/ D₀- частка витрати пари на парові ежектори.

      Для розрахунку ПТС ТЕЦ витрати граючої пари і води на елементи ПТС записують у вигляді часток від витрати свіжої пари на турбіну:

      D_жв= D_ку= D_о+ D_втр+ D_ущ+ D_еж=(1+_втр+_ущ+_еж) D_о- для прямо токових котлів;

      D_жв= D_ку+D_прод= D_о+ D_втр+ D_ущ+ D_еж+D_прод=(1+_втр+_ущ+_еж+_прод) D_о- для барабанних котлів.

 Таблиця 4.1- Частки витрат пари на втрати, ущільнення та ежектори для  різних типів турбін

     Умовно приймаємо, що пара на втрати, ущільнення та ежектори поступає з паропроводу свіжої пари перед турбіною.

       Для розрахунків ПТС складаються рівняння матеріального та теплового балансів з урахуванням втрат теплоти в довкілля.

       ККД підігрівників, який враховує втрати теплоти приймається : _п=99%.[1]

       Методики розрахунку ПТС ТЕС конденсаційного типу та ТЕЦ представлені в табличній формі на прикладах ПТС з турбоустановками К-300-23,5,

Т-250/300-23,5 та Т-110/120-12,8.

5 Розрахунок елементів ПТС з турбоустановкою К-300-23,5

     Таблиця 5.1- Таблиця параметрів робочого середовища в точках процесу

Таблиця 5.2-Розрахунок часток витрат пари  та води  на елементи ПТС

  продовження таблиці 5.2

продовження таблиці 5.2

закінчення таблиці 5.2

        Таблиця 5.3- Визначення коефіцієнтів недовироблення потужності  регенеративними  відборами пари

        Таблиця 5.4

                                    Витрата пари на турбіну D₀,кг/с:

                   D₀=Nх 10³/((1-_іу_і)( h₀-_ХПП+h_ГПП- h_К)_м_г)=

                 _м=_г=0.99 [1]

         Таблиця 5.5- Визначення витрат пари і води на елементи ПТС

       Таблиця 5.6- Розрахунок сумарної потужності турбіни за   відсіками