Расчет ПВД-7 турбоустановки Т-50/60-130

Министерство образования  Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Энергетический факультет

Кафедра «Тепловые электрические станции»

Расчет ПВД-7 турбоустановки Т-50/60-130

Курсовой проект

по дисциплине « Вспомогательное оборудование ТЭС»

                                                                      Исполнитель:   студент

                                                                      Руководитель:      Пронкевич Е.В

Минск 2015 г.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 3

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ.. 4

2. ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТУРБОУСТАНОВКИ.. 7

3. СХЕМА ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД В  ПВД.. 10

4.1 Охладитель пара. 12

4.2 Собственно подогреватель. 14

4.3 Охладитель конденсата. 15

5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СОБСТВЕННО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ (СП) 16

6.  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ ПАРА (ОП) 20

7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ КОНДЕНСАТА (ОК) 22

8.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 24

ЛИТЕРАТУРА.. 25

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсовой работы является тепловой расчет и выбор подогревателя системы регенерации высокого давления для заданной паротурбинной установки.

Подогрев питательной воды и конденсата паром, отбираемым из отборов турбины, осуществляется в регенеративных подогревателях. По месту в тепловой схеме турбоустановки различают регенеративные подогреватели высокого (ПВД) и низкого давления.

ПВД располагаются между котельным агрегатом и питательным насосом,используют теплоту пара, отбираемого из части высокого (ЧВД) и среднего (ЧСД) давления турбины. Давление питательной воды в нихопределяется напором, развиваемым питательным насосом.

Высокое давление воды в ПВД предъявляет серьезные требования ких конструкции и прочностным свойствам применяемых материалов. Эти подогреватели являются теплообменниками поверхностного типа.

К регенеративным подогревателям электростанций предъявляются высокие требования по надежности и обеспечению заданных параметров подогрева воды — они должны быть герметичны и должна быть обеспечена возможность доступа к отдельным ихузлам и очистка поверхностей нагрева от отложений. Для предотвращения вскипания нагреваемой среды и гидравлических ударов в поверхностях нагрева давление греющего парадолжно быть ниже давления воды.

Конструкция подогревателей должна обеспечивать компенсацию температурных изменений всех элементов и максимальную скорость их прогрева. Должны быть обеспечены также возможность дренирования всех полостей подогревателя и условия максимального использования теплоты греющего пара.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Подогреватели высокого давления предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет охлаждения и конденсации пара.

Конструктивно все подогреватели высокого давления выполняются вертикальными (для снижения гидравлического сопротивления)  коллекторного типа. Поверхность теплообмена набирается из свитых в плоские спирали гладких труб наружным диаметром 32 мм, и толщиной стенки 6 мм, присоединенных   к вертикальным раздающим и собирающим  коллекторным   трубам. Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Все элементы корпуса выполняются из качественной углеродистой стали 20К. Верхняя объемная    часть корпуса крепится фланцевым соединением      к нижней части.      Гидравлическая плотность соединения обеспечивается     предварительной приваркой    к фланцам корпуса и днища мембран, которые       свариваются    между собой  по наружной кромке и другими методами.   Само фланцевое   соединение крепится шпильками. Конструкция трубной системы включает в себя четыре или шесть коллекторных труб для распределения и сбора воды.  В нижней части корпуса устанавливаются специальные развилки и тройники для соединения коллекторных труб с патрубками подвода и отвода питательной воды.

После входного    патрубка поток     питательной воды    разветвляется по раздающим коллекторам. Диафрагмы, установленные в этих коллекторах,    разделяют потоки в зонах охладителя конденсата и пара. После нагрева части потока в зоне охладителя конденсата происходит смешение его с основным потоком питательной воды. Весь поток питательной воды поступает в собирающие коллекторы,  откуда одна часть ее поступает непосредственно в выходной патрубок, а другая пройдя через трубы охладителя пара.

Греющий пар подводится через паровой штуцер. При нижнем подводе паровая труба,  соединяющая   этот штуцер с   охладителем  пара, помещается в отдельном кожухе, защищающем ее от переохлаждения. Спиральные элементы теплообменной поверхности охладителя конденсата и пара располагаются в специальных  кожухах, в которых с помощью системы промежуточных перегородок в межтрубном пространстве создается направленное движение потоков пара и конденсата.

В корпусе охладителя пара перегретый пар омывает трубный пучок в несколько ходов и передает питательной воде теплоту перегрева. Из охладителя пара поток пара поступает в подогреватель и распределяется по всей высоте его поверхности. Конденсат пара с помощью перегородок, установленных в межтрубном  пространстве, отводится за пределы трубного пучка и вдоль стенок корпуса стекает в охладитель конденсата. Над верхним днищем кожуха охладителя устанавливается специальная перфорированная труба, через которую из подогревателя отводятся неконденсирующиеся газы.

У     ПВД горизонтального типа поверхность теплообмена представляет собой два раздельно направленных в противоположные стороны U-образных трубных пучка. В центре корпуса расположена общая цилиндрическая водяная камера с двумя трубными досками. В подогревателе отсутствует охладитель перегрева, а поверхность охладителя конденсата выделена в нижней части трубных пучков. Греющий пар поперечным   потоком   омывает    горизонтально     расположенные трубки и конденсируется на их  поверхности.  Конденсат пара отводится в кожух охладителя конденсата, где передает теплоту питательной воде при продольно-встречном  омывании  трубок.

Все подогреватели высокого давления помимо автоматического устройства регулирования уровня конденсата в корпусе, которым  оснащены и ПНД ,имеют также автоматическое защитное устройство. Назначение этого устройства - защита турбины от попадания воды в случае превышения уровня ее в корпусе в результате разрыва труб, появления свищей в местах сварки и других причин.

Поддержание нормального уровня конденсата в корпусе каждого из подогревателей в заданном диапазоне  осуществляется    регулирующим клапаном путем изменения количества конденсата,   каскадно сбрасываемого в подогреватель более низкого давления. При превышении допустимого нормального уровня открывается клапан аварийного сброса конденсата. При дальнейшем повышении уровня сверх так называемого первого аварийного предела приборы защиты дают команду на включение клапана с электромагнитным   приводом, закрывающего доступ питательной воды к ПВД и направляющего ее по байпасному трубопроводу в котельный агрегат. При достижении уровнем конденсата второго аварийного предела приборы защиты дают команду на отключение питательных насосов и останов энергоблока.

Защитное устройство предусматривает одно на группу ПВД. Однако подача импульсов по уровню конденсата на него предусмотрена от каждого корпуса подогревателя. При срабатывании защиты все ПВД отключаются по питательной воде.

2. ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТУРБОУСТАНОВКИ

 Теплофикационная паровая турбина Т-50/60-130 предназначена для привода электрического генератора и имеет два теплофикационных отбора для отпуска тепла на отопление. Как и другие турбины мощностью 30-60 МВт, она предназначена для установки на ТЭЦ средних и небольших городов. Давление как в отопительных, так и в производственном отборе поддерживается регулирующими поворотными диафрагмами, установленными в ЦНД.

Турбина рассчитана для работы при следующих номинальных параметрах:

·                   давление перегретого пара – 3.41 МПа;

·                   температура перегретого пара - 396° С;

·                   номинальная мощность турбины - 50 МВт.

Последовательность технологического процесса рабочего тела заключается в следующем: пар, сгенерированный в котле, по паропроводам направляется в цилиндр высокого давления турбины, отработав на всех ступенях ЦВД поступает в ЦНД после чего поступает в конденсатор. В конденсаторе отработавший пар конденсируется за счет тепла отданного охлаждающей воде, которая имеет свой циркуляционный контур (цирк. вода), далее, при помощи конденсатных насосов, основной конденсат направляется в систему регенерации. В эту систему входят 4 ПНД, 3 ПВД и деаэратор. Система регенерации предназначена для подогрева питательной воды на входе в котел до определенной температуры. Эта температура имеет фиксированное значение и указывается в паспорте турбины.

Принципиальная тепловая схема является одной из основных схем электростанции. Такая схема дает представление о типе электростанции и принципе ее работы, раскрывая суть технологического процесса выработки энергии, а также характеризует техническую оснащенность и тепловую экономичность станции. Она необходима для расчета теплового и энергетического балансов установки.

 На данной схеме показаны 7 отборов, два из которых являются также и теплофикационными, т.е. предназначены для подогрева сетевой воды. Дренажи с подогревателей сбрасываются либо в предыдущий подогреватель, либо с помощью дренажных насосов в точку смешения. После того как основной конденсат прошел 4 ПНД, он попадает в деаэратор. Основное значение которого заключается не в том чтобы подогреть воду, а в том чтобы очистить ее от кислорода, который вызывает коррозию металлов трубопроводов, экранных труб, труб пароперегревателей и другого оборудования.

Основные элементы и условные обозначения:

К- (конденсатор)

КУ- котельная установка

ЦВД- цилиндр высокого давления

ЦНД- цилиндр низкого давления

ЭГ – электрический генератор

ОЭ – охладитель эжектора

ПС – подогреватель сетевой

ПВК – пиковый водогрейный котел

ТП - тепловой потребитель

КН – конденсатный насос

ДН – дренажный насос

ПН – питательный насос

ПНД – подогреватель высокого давления

ПВД – подогреватель низкого давления

Д - деаэратор

Схема.1 Тепловая схема турбины Т50/60-130

Таблица 1.1. Номинальные значения основных параметров турбины

Параметры	Т50/60 -130
1. Мощность, МВт
Номинальная	50
Максимальная	60
2. Начальные параметры пара:
давление, Мпа	130
температура, °С	396
3.Расход свежего пара, т/ч:
номинальный	274
максимальный	300
4. Максимальный расход свежего пара, т/ч	670
5. Температура воды, °С
питательной	242
охлаждающей	20

Таблица 1.2. Параметры пара в камере отбора

Подогреватель	Параметры пара в камере отбора	Количество отбираемого пара, кгс/с
Давление, МПа	Температура, °С
ПВД7	3,41	396	3,02
ПВД6	2,177	347	4,11
ПВД5	1,28	274	1,69
Деаэратор	1,28	274	1,16
ПНД4	0,529	197	2,3
ПНДЗ	0,272	138	2,97
ПНД2	0,0981	-	0,97
ПНД1	0,04	-	0,055

3. СХЕМА ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНИВАЮЩИХСЯ СРЕД В  ПВД

Принципиальная схема движения тепло обменивающихся сред в зонах ПВД представлена на рис.1а. 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. Такая схема включения носит название схемы Рикара-Никольного. 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.

 

Рис.1 Схема движения теплопроводных сред

Во всех случаях через охладитель пара пропускается только часть питательной воды, а другая ее часть байпасируется помимо охладителя с помощью ограничивающей шайб. Включение зоны охлаждения пара может быть различным. Например, возможно включение охладителя пара всех или какого-либо отдельного подогревателя параллельно по ходу воды всем или некоторым подогревателям.

 

                Рис.2 Температурный график теплоносителей
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК В  ОП, СК, ОК

Параметры греющего пара:

§  давление pп =3,41 МПа;

§  температура tп =396°С;

4.1 Охладитель пара

По давлению и температуре пара найдем его энтальпию:

 =3215 кДж/кг;

По давлению насыщения

Определяем температуру насыщения пара . Тогда  при давлении =3,342МПа     и    с помощью h,s - диаграммы получим .

Давление питательной воды примем на 20...30% выше номинального давления свежего пара перед турбиной (130 ата), т.е.  

=166,7 кг/с – расход питательной воды, принимаем равным номинальному расходу свежего пара паровой турбины.

По температуре  и давлении питательной воды с помощью таблицы 1 в приложении определяем энтальпию питательной воды за собственно подогревателем  .

Энтальпию воды на выходе из охладителя пара  определяем из уравнения теплового баланса:

Где = - энтальпия пара на входе в охладитель.

- энтальпия пара на входе в собственно подогреватель.

- КПД теплообменного аппарата ( принимаем =0,98);

- энтальпия питательной воды на входе в охладитель пара.

=3.02 кг/с – расход пара.

 - коэффициент, учитывающий долю воды, проходящую в ОК. Принимаем =0,7.

 

при    и   находим .

Тогда температура смеси:     

По уравнению теплового баланса определим тепловую нагрузку на

охладитель пара:

 4.2 Собственно подогреватель

Для определения температур греющей и нагреваемой  сред запишем  уравнение теплового баланса по пару и воде при заданных параметрах:

где     и  - энтальпия пара на входе в собственно подогреватель и энтальпия питательной воды на входе в охладитель пара соответственно  возьмем из предыдущего расчета:

                  и  .

- энтальпия пара в состоянии насыщения.

 По температуре насыщения , с помощью таблицы [1] в приложении, определяем .

=3,02 кг/с – расход пара на подогреватель.

кг/с – расход питательной воды.

     Из уравнения теплового баланса выразим энтальпию питательной воды на входе в собственно подогреватель:

Подставляя численные значения получим:

По  находим температуру воды на входе в СП  

По уравнению теплового баланса определим тепловую нагрузку собственно подогревателя:

4.3 Охладитель конденсата

Уравнение теплового баланса по пару и воде при заданных параметрах:

где - энтальпия пара в состоянии насыщения.

кг/с – расход питательной воды, поступающей в ОК

- энтальпия питательной воды на входе в ПВД, т.к. данный ПВД-7 находится после ПВД-6  ,

по давлению найдем         , 

 принимаем на (5...10)°С выше, чем ,   значит ,

 - коэффициент, учитывающий долю воды, проходящую в охладитель конденсата. Принимаем =0,2.

- температура воды на выходе из охладителя конденсата, после точки смещения, определяем из уравнения теплового баланса энтальпию питательной воды после ОК, до точки смешения:

                           

Подставляя численные значения, получим:

По находим

По уровню теплового баланса определим нагрузку охладителя дренажа:

5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СОБСТВЕННО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ (СП)

Средний температурный напор для поверхностей нагрева отдельных элементов и подогревателя в целом определяется как среднелогарифмическая разность температур, т.е.

Здесь большие и меньшие температуры разности определяются в соответствии с графиком  рисунка 1:

для собственно подогревателя

∆t_б=t^н_с.п. - t′_сп = 241-229= 12°С;

∆t_м=t^н_с.п – t^”_сп = 241-239= 2 °С.

Следовательно

      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 температуре  определяем:

 - коэффициент кинематической вязкости;

 - коэффициент теплопроводности;

 - число Прандтля.

При данных параметрах определяем  число Рейнольдса: 

.    

где   - внешний диаметр трубки.

Режим течения турбулентный. Тогда определим коэффициент теплоотдачи:

      Термическое сопротивление стенки труб :

- коэффициент теплопередачи стальной стенки;

   Значение коэффициента b в формуле   при

              и параметрах сред при

 

Вычислим по формуле: ,

где С=1,13 и E_r=0,8 – коэффициенты для вертикальных стальных труб, l=0,384м, g=9,8м/с².

Тогда коэффициент b принимает значение:

В соответствии с полученными значениями имеем:

принимая различные значения q, находим  и строим зависимость  (рис.2).

q=10 кВт/м²    ∆t = 2,8 °С;

q=15 кВт/м²    ∆t = 4,6°С;

q=20 кВт/м²    ∆t = 6,5 °С;

q=25 кВт/м²    ∆t = 8,4 °С;

           Рис.2 Графоаналитическое определение плотности теплового потока в    зависимости от температурного напора.

Из нее следует что при = 5,6 :      q =17420.

        Коэффициент  теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях равен:       

       Поверхность нагрева собственно подогревателя:

Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности, коррозии и т.д. 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. 612=72. Тогда N=288 шт.

Длина каждой спирали в этом случае

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

Отклонение от принятого значения  составляет , что допустимо.

6.  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ ПАРА (ОП)

Тепловая нагрузка охладителя пара Qоп = 1018 кВт;

             Расход пара Dп =3,02 кг/с.

    Если размеры спиралей охладителей пара такие же, как и собственно подогревателя, тогда сечение для прохода пара:

Здесь β=0,98 учитывает часть длины труб, участвующей в теплообмене,  а 0,004­­ – расстояние между трубами.

 - средняя температура в ОП

При двух потоках скорость пара в охладителе:

,

где υ - средний удельный  объем пара при  его средней температуре в ОП:.

Эквивалентный диаметр:  

.

Число Рейнольдса     .

Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб следует определять из выражения, учитывая параметры пара при средней его температуре     t_ср=328   :

физические параметры при  этом определяются при

 и :

Скорость воды в трубах при двух поточной схеме принимаем равной 1,5м/с, а диаметр трубок 222мм. Тогда число Рейнольдса: .

Тогда коэффициент теплоотдачи от стенки труб к воде определим по формуле:

Определим коэффициент теплопередачи:

где  - Учитывая что стенка - цилиндрическая

Средний температурный напор в охладителе пара:

Поверхность нагрева охладителя пара:

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

 Число змеевиков охладителя пара :

шт.

7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ КОНДЕНСАТА (ОК)

Тепловая нагрузка охладителя конденсата    ;

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве :

;

Сечение для прохода конденсата в охладителе принимаем таким же, как и в охладителе пара , т.е. 0,06 Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве :

.

Физические параметры конденсата при :  

Эквивалентный диаметр: .

Значение числа Рейнольдса  при найденной скорости равно:

 а коэффициент теплоотдачи по формуле : 

 Средняя разность температур воды в трубах охладителя:

      Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяем при скорости    и физических параметрах,  соответствующих 

;

       Расчетное значение :

         Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:

          Средний температурный напор в охладителе:

         Поверхность теплообмена охладителя конденсата:

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

Число змеевиков охладителя пара:

шт.

8.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого давления №7  (ПВ-425-230-50) для турбинной установки Т-50/60-130. ПВД-7 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель

·        давление 3,41 МПа;

·        температура 396 °С;

·        расход пара 3,02 кг/с.

Параметры питательной воды при этом:

·        давление 4 МПа 

·        температура 217 °С.

В результате расчета были определены следующие площади составляющих частей подогревателя:

·        площадь СП ;

·        площадь ОП ;

·        площадь ОК.

. Таким образом, общая расчетная площадь ПВД составляет:

Что не отличается от действительного значения 425 м².

ЛИТЕРАТУРА

1.           Программа « AquaDat»

2.           Программа « Диаграмма HS для воды и водяного пара v2.4»

3.           Е.А. Краснощеков, А.С. Сукомел. « Задачник по теплопередаче»-М.:Энергия,1980.

4.           Рыжкин В. Я.  «Тепловые электрические станции», Москва, 1987 г.

5.           Григорьев В. А., Зорин В. М. «Тепловые и атомные электрические станции», Москва, «Энергоатомиздат», 1989 г.

6.           Соловьёв Ю. П. «Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций», Москва, «Энергоатомиздат», 1983 г.

7.           Рихтер Л. А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций», Москва, 1987 г.