Учебное пособие: Методика поверочного теплового расчета двухконтурной парогазовой установки утилизационного типа

_оi ^1-14 = (0,92 - 0.2/(D_{0 ВД}• х_ср))•(1+(H₀^1-14 - 7•10²)/2•10⁴). (7.3)

Здесь: D_{0 ВД} - расход пара через сопла первой ступени ЦВД, кг/с; х_ср = (х_О^ґ _ВД • х₂ ^1-14)^0,5 - средний удельный объем пара в проточной части ЦВД, м³/кг; х₂ ^1-14 - удельный объем пара за ступенями №1-14, м³/кг; H₀^1-14 - располагаемый тепловой перепад проточной части ЦВД, кДж/кг.

Рис. 24. Процесс расширения пара в h,s-диаграмме для турбины К-110-6,5

5. После расчета отсека ЦВД (ступени №1-14) выполняется расчет параметров пара в камере смешения ЦВД.

В камере ЦВД, между 14-ой и 15-ой ступенями, происходит смешение потоков пара ступеней №1-14 пара контура НД КУ:

D_СМ = D_{0 ВД} + D_{0 НД}, (7.4)

где: D_СМ - расход пара из камеры смешения через 15-ю 19-ю ступени ЦВД в рассматриваемом режиме, кг/с; D_{0 ВД} - расход пара через 14-ю ступень ЦВД в рассматриваемом режиме, кг/с; D_{0 НД} = (D_{ПП НД} - D_СН) - расход пара в рассматриваемом режиме в камеру смешения из контура НД КУ, за вычетом расхода пара в коллектор собственных нужд (D_СН ? 0,006 • D_{ПП НД}), кг/с).

Теплосодержание пара на входе в 15-ю ступень ЦВД определится из теплового баланса камеры смешения:

h _СМ = (h_{2 ВД} • D_{2 ВД} + h_{0 НД} • D_{0 НД}) / D _СМ. (7.5)

Давление в камере смешения определится по формуле Стодолы-Флюгеля:

p_СМ = [ (D_СМ / D_{СМ 0})² • (p_{СМ 0}² - p_{К 0}²) + p_К ²]^0,5. (7.6)

Здесь:

а) в расчетном режиме (проектные данные) параметры пара в камере смешения приведены в табл. 4. Давления и расходы пара в таблице представлены из условия работы блока ПГУ (2 ГТ и ПТ) на номинальной нагрузке.

б) в рассчитываемом режиме: p_СМ - давление пара в камере смешения, бар;

p_К ? p_{К 0} - давление пара за последней ступенью турбины в конденсаторе, бар.

Таблица. 4. Опорные параметры для расчета котла-утилизатора П-88

Пренебрегаем значениями p_{К 0}² и p_К ² ввиду их малости, получаем формулу для определения давления в камере смешения:

p_СМ = (D_СМ / D_{СМ 0}) • p_{СМ 0}. (7.7)

6. Давление пара для рассчитываемого режима за последней ступенью ЦВД определяется по формуле Стодолы-Флюгеля:

D_0n²/ D₀₀² = [(p_0n² - p_2n²)/ (p₀₀² - p₂₀²)] ^0,5 >

> p_2n^ЦВД = [p_0n² - (D_0n²/ D₀₀²)•((p₀₀² - p₂₀²))] ^0,5. (7.8)

Здесь: D₀₀ = D_{0 СМ} = 105,3 кг/с - расход пара из камеры смешения для расчетного режима в ступени ЦВД №№15 19; D_0n = D_СМ - расход пара из камеры смешения для рассматриваемого режима работы в ступени ЦВД №№15 19; p₀₀ = p_{СМ 0} - давление в камере смешения для расчетного (проектного) режима работы; p_0n = p_СМ - давление в камере смешения для рассчитываемого режима работы; p₂₀ = 1,64 бар (1,67 кгс/см²) - давление на выходе ЦВД для расчетного режима работы турбоустановки.

Параметры пара в изоэнтропийном процессе расширения пара за ступенью №19 (за ЦВД) определяются с учетом того, что процесс в ЦВД может заканчиваться в области влажного пара.

Значение относительного внутреннего КПД ступеней ЦВД №№ 1519 (_оi^15-19) можно оценить по приближенной эмпирической формуле для группы ступеней малой верности (ступени с сопловыми и рабочими лопатками небольшой длины: и = d_ср / ? > 8 10):

_оi^15-19 = (0,92 - 0.2/(D_СМ • х_ср))•(1+(H₀^15-19 - 7•10²)/2•10⁴)•k_вл. (7.9)

Здесь: D_СМ - расход пара через сопла 15-ой ступени ЦВД, кг/с;

х_ср = (х₀¹⁵ • х₂¹⁹)^0,5 - средний удельный объем пара в проточной части ступеней №№ 1519 ЦВД, м³/кг; H₀^15-19 - располагаемый тепловой перепад проточной части ЦВД, кДж/кг; k_вл = 1 - 0,4•(1 - г_вл)• y₂^ЦВД •(H_{0 ВЛ}^15-19 / H₀^15-19) - коэффициент, учитывающий потери энергии пара в ступенях ЦВД, работающих во влажном паре: где: г_вл = 0,1 - коэффициент [22, 24]; y₂^ЦВД - степень влажности пара в действительном процессе за ЦВД; H_{0 ВЛ}^15-19 - часть располагаемого теплового перепада (H₀^15-19), находящегося в зоне влажного пара (то есть ниже пограничной кривой x = 1 в h,s-диаграмме).

7. Параметров пара перед ЦНД определяются с учетом процессов в ресиверах и выносных сепараторах пара.

Потеря давления пара (p_2n^ЦВД) в перепускных трубах (ресиверах) из ЦВД в ЦНД (?p_РЕС) и в выносных сепараторах (?p_С):

?p₂ = ?p_РЕС + ?p_С = (0,02 0,03) • p_2n^ЦВД. (7.10)

Давление пара перед соплами первой ступени ЦНД

p_О ^ЦНД = p_2n^ЦВД - ?p₂. (7.11)

Если на ПТ установлен сепаратор, то значение коэффициента сепарации влаги (КПД сепаратора) рекомендуется принимать ц = 0,98.

ц = G_СЕП / G₂^I, (кг/с) /(кг/с). (7.12)

Здесь: G_СЕП - массовый расход сепарата (вода), выведенного в сепараторе из потока пара, кг/с; G₂^I - массовый расход влаги на входе в сепаратор, то есть содержащейся в насыщенном (влажном паре) после ЦВД, кг/с.

Массовый расход влаги на входе в сепаратор (G₂^I) можно определить исходя из определения степени влажности пара:

y₂ ^ЦВД = 1 - x₂ ^ЦВД = G₂^I / (G₂^I + D₂^II) = G₂^I / D₂^ЦВД > G₂^I = y₂ ^ЦВД • D₂^ЦВД, (7.13)

где: D₂^ЦВД = D_СМ - расход влажного пара из ЦВД в сепаратор, кг/с; G₂^I - масса влаги, содержащейся в насыщенном паре после ЦВД, кг/с; D₂^II - масса сухого насыщенного пара, содержащегося во влажном паре (D₂^ЦВД = G₂^I + D₂^II) на выходе из ЦВД, кг/с.

Масса отсепарированной влаги:

G_СЕП = ц • G₂^I, кг/с. (7.14)

Масса влаги, оставшаяся в потоке пара после сепараторов (на входе в сопла первой ступени ЦНД):

G₀^{I ЦНД} = G₂^I - G_СЕП. (7.15)

Расход насыщенного пара из сепараторов в ЦНД:

D₀^ЦНД = D₂^II + G₀^{I ЦНД}. (7.16)

Степень сухости пара на входе в ЦНД:

x₀ ^ЦНД = D₂^II / D₀^ЦНД. (7.17)

ЦНД не имеет отборов пара, поэтому расход пара в конденсатор:

D_К = D₂^ЦНД = D₀^ЦНД, (7.18)

где: D₀^ЦНД - расход пара в сопла первой ступени ЦНД (`в голову” ЦНД), кг/с; D₂^ЦНД - расход пара на выходе ЦНД, кг/с; D_К - расход пара в конденсатор, кг/с.

Относительный внутренний КПД проточной части ЦНД можно оценить по эмпирической зависимости [10, 11]:

_оi ^ЦНД = 0,87•(1+ (H₀ ^ЦНД - 400)/10⁴)•k_вл - ?H_ВС / H₀ ^ЦНД, (7.19)

где: H₀^ЦНД - располагаемый тепловой перепад ЦНД, кДж/кг; k_вл = 1 - 0,4•(1 - г_вл)• (y₀^ЦНД + y₂^ЦНД)•(H_{0 ВЛ}^ЦНД / H₀ ^ЦНД) - коэффициент, учитывающий потери энергии влажного пара в ступенях ЦВД; г_вл = 0,1 - коэффициент [22, 24]; y₂^ЦНД - степень влажности пара в действительном процессе за ЦВД; H_0ВЛ^ЦНД - часть располагаемого теплового перепада (H₀^ЦНД), находящегося в области влажного пара (то есть ниже пограничной кривой x = 1 в h,s-диаграмме).

Потери энергии потока пара с выходной скоростью, покидающего ЦНД можно определить по эмпирической формуле [22, 24], кДж/кг:

?H_ВС = 0,5•10-³[(D_К • х_К) / Щ_Z]² • [1 - (0,1/(и_Z - 1)], (7.20)

где: D_К - расход пара в конденсатор, кг/с; х_К - удельный объем пара на входе в конденсатор (в действительном процессе), м³/кг; Щ_Z = р • d_{СР Z} • ?_{2 Z} = 3,14•2,48•960,0•10-³ = 7,475712 м² - аксиальная площадь выхода потока пара из последней ступени К-110-6,5; и_Z = d_{СР Z} / ?_{2 Z} = 2,48 / (960,0•10-³) = 2,583 - веерность последней ступени К-110-6,5 [ 23 ]; d_{СР Z} = 2,48 м - средний диаметр рабочих лопаток последней ступени К-110-6,5; ?_{2 Z} = 960 мм - длина рабочих лопаток последней ступени К-110-6,5.

8. Параметры пара в действительном процессе на выходе из последней ступени ЦНД:

?H_ВС, _оi ^ЦНД, H_i^ЦНД, h₂ ^ЦНД (7.21)

9. Пренебрегая аэродинамическим сопротивлением выходного патрубка ЦНД, ввиду его малости [22], считаем, что полученные значения параметров пара на выходе из ЦНД соответствуют параметрам пара на входе в конденсатор:

p_К = p₂^ЦНД; h_К = h₂ ^ЦНД; t_К = t₂ ^ЦНД; х_К = х₂ ^ЦНД; y_К = y₂ ^ЦНД. (7.22)

Экономические показатели паротурбинной установки

1. Внутренняя мощность паровой турбины, кВт:

N_i^ПТ = N_i^{ЦВД (1-14)} + N_i^{ЦВД (15-19)} + 2 • N_i^ЦНД =

= D_{0 ВД} • H_i^1-14 + D _СМ • H_i^15-19 + 2 • (D₀^ЦНД/2) • H_i^ЦНД. (7.23)

2. Электрическая мощность ПТУ (мощность на клеммах генератора), кВт:

N_Э^ПТУ = N_i^ПТ • _М • _ЭГ, (7.24)

где: _М = 0,99 - механический КПД паротурбинной установки [22]; _ЭГ = 0,98 - электрический КПД паротурбинной установки [22].

3. Абсолютный электрический КПД ПТУ:

_Э^ПТУ = N_Э^ПТУ / Q_КУ. (7.25)

4. Абсолютный электрический КПД паросиловой установки (КУ + ПТУ):

_Э^ПСУ = _Э^ПТУ • _КУ, (7.26)

где _КУ - КПД котла-утилизатора.

8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕЖИМА КОНДЕНСАТОРА

Расчет поверхностного конденсатора на заданный режим работы ПТ позволяет выполнить численные исследования характеристик конденсатора при отклонении следующих величин от номинальных:

1) расхода пара в конденсатор;

2) расхода охлаждающей воды в трубную систему конденсатора;

3) температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор;

4) присосов воздуха в паровое пространство конденсатора;

5) степени загрязнения конденсаторных трубок;

6) поверхности теплообмена.

Расчет обычно выполняется в следующей последовательности.

1. Подготавливаются все данные расчетного режима работы конденсатора, включающие: конструктивные данные; расход и параметры пара на входе в конденсатор; расход и параметры охлаждающей воды конденсатора.

2. По данным номинального режима конденсатора целесообразно выполнить расчет конденсатора на номинальный режим для определения расчетных значений тепловых и гидравлических характеристик конденсатора.

3. Подготавливаются данные искомого переменного режима конденсатора, т. е. режима, на который, собственно, и выполняется расчет. В качестве исходных данных служат: расход и параметры пара, поступающего в конденсатор; число ходов, расход и параметры охлаждающей воды; величина присосов воздуха в паровое пространство конденсатора; величина и характер отложений на поверхностях трубной системы конденсатора.

В зависимости от состава работающего основного оборудования ПГУ определяется расход охлаждающей воды в конденсатор. При работе ПГУ в составе полублока нагрузка ПТ не превышает 50% от номинальной, поэтому целесообразно задаться расходом охлаждающей воды соответствующему производительности работы одного ЦЭН.

Теплоту конденсации пара, кДж/кг:

. (8.1)

1. Тепловая нагрузка конденсатора, кВт:

. (8.2)

1. Кратность охлаждения воды в конденсаторе, кг/кг,

. (8.3)

2. Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе, °С,

, (8.4)

где кДж/(кгК) - удельная изобарная теплоемкость охлаждающей воды.

3. Конечный температурный напор в конденсаторе, °С,

, (8.5)

где ? коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/(мК). В первом приближении принимаем по данным расчета на номинальный режим (или по рекомендациям).

4. Температура пара, поступающего в конденсатор, °С,

. (8.6)

5. Давление пара в конденсаторе (считаем, что в конденсатор поступает влажный пар)

. (8.7)

6. Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора, °С:

. (8.8)

7. Среднелогарифмический температурный напор в конденсаторе, °С,

. (8.9)

6. Средний коэффициент теплопередачи в конденсаторе с учетом чистоты конденсаторных трубок, Вт/(м²К) [12]:

, (8.10)

где ? коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к охлаждающей воде, Вт/(м²К); ? средний коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси, Вт/(м²К); ? теплопроводность материала стенки, Вт/(мК); ? теплопроводность отложений на стенках конденсаторных трубок, Вт/(мК); ? толщина отложений на конденсаторных трубках, мм; , ? внутренний и наружный диаметр конденсаторных трубок, мм.