В данной выпускной работе была составлена и рассчитана схема конденсационного энергоблока мощностью 210 мвт с турбиной К-210-130. В исследовательской части был произведён тепловой расчёт парогенератора.
Работа включает в себя страниц, таблиц, рисунков, К работе также прилагается листа графических работ формата А1.
конденсационный энергоблок котел турбоустановка
Введение
В данной дипломной работе составлена и рассчитана принципиальная тепловая схема энергоблока с турбиной К-210-130. Определено основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии на электростанции. На чертеже, изображающем принципиальную тепловую схему, показано теплоэнергетическое оборудование вместе с линиями (трубопроводами) пара и воды (конденсата), связывающими это оборудование в единую установку.
При расчёте принципиальной тепловой схемы была достигнута основная цель - определены технические характеристики теплового оборудования, обеспечивающие заданный график электрической нагрузки и требуемый уровень энергетических и технико-экономических показателей электростанции. На первом этапе были определены состояния водяного пара в ступенях турбины. На втором этапе были составлены соотношения материальных балансов потоков пара и воды. Для удобства расчётов расход свежего пара на турбину принят за единицу, а остальные потоки пара и воды выражены по отношению к этой величине. На третьем этапе были составлены и решены (если требуется, то совместно с уравнениями материального баланса) уравнения теплового баланса теплообменников турбоустановки. На четвёртом этапе был определён расход пара на турбину из условия заданной электрической мощности. Пятый завершающий этап - определение энергетических показателей турбоустановки и энергоблока.
В исследовательской части были отражены проблемы организации эксплуатации котлоагрегатов, связанные с образованием отложений на внутренних и внешних поверхностях нагрева. Разработаны методы борьбы с данными отложениями и сделаны соответствующие выводы.
Технологическая часть
1. Расчёт тепловой схемы конденсационного Энергоблока 210 мвт
1.1 Принципиальная тепловая схема энергоблока мощностью 210 мвт
Расчёт принципиальной тепловой схемы проведён с целью определения параметров и величины потоков рабочего тела (пара, конденсата и питательной воды) в различных участках технологического цикла, а также мощности и показателей тепловой экономичности.
Энергоблок 210 мвт состоит из барабанного парогенератора и одновальной конденсационной турбоустановки К-210-130 номинальной мощностью 210 мвт, с параметрами свежего пара:
Давление Р=130 ат. (12,75 мпа);
Температура 565 °С.
Топливо – уголь Егоршинского месторождения (Свердловская обл.), марки ПА. Принципиальная тепловая схема энергоблока приведена на рисунке 1.1
Турбина имеет три цилиндра. Свежий пар поступает в ЦВД, включающий регулирующую одновенечную ступень и одинадцать ступеней активного типа. После ЦВД пар поступает на промежуточный перегрев, после которого с параметрами рпп=2,35 мпа и tпп= 565 °С поступает в ЦСД. Цилиндр среднего давления имеет одинадцать ступеней. После ЦСД пар поступает в двухпоточный цилиндр низкого давления, с четырьмя ступенями в каждом потоке.
Конечное давление пара в турбине перед конденсатором Рк=0,034 ат. (0,00343 мпа).
Турбина имеет 7 регенеративных отборов пара. Подогрев конденсата и питательной воды паром, отбираемым из проточной части турбины, является одним из эффективных способов повышения экономичности тепловых электрических станций, получивших развитие с повышением начальных параметров пара и внедрения промперегрева. Регенеративный подогрев существенно сокращает удельный расход топлива на выработку электроэнергии. Основным преимуществом регенерации является уменьшение расхода пара в конденсатор и потерь тепла в нём. Регенеративный подогрев питательной воды производится последовательно в нескольких подогревателях, что существенно повышает тепловую экономичность цикла. В зависимости от начальных параметров и исходной температуры нагреваемого конденсата теплофикационных отборов дополнительная выработка электроэнергии на регенеративных отборах ТЭС составляет 8-35 % от выработки на внешнем теплопотреблении.
Подогрев питательной воды осуществляется в поверхностных и смешивающих (при непосредственном контакте воды с паром) регенеративных подогревателях. Основными подогревателями в тепловой схеме ТЭС являются поверхностные. В качестве смешивающегося подогревателя зачастую используется деаэратор, служащий в основном для удаления вредных примесей газов из рабочего тела. В смешивающих подогревателях недогрев равен нулю, что обусловливает большую их тепловую экономичность.
Конденсат турбины подогревается в охладителе уплотнений ОУ и охладителе эжектора ОЭ, в четырех регенеративных подогревателях низкого давления, а также в конденсаторе испарителя (КИ). После деаэратора вода питательным насосом прокачивается через три подогревателя высокого давления. Все ПВД имеют встроенные пароохладители, а также снабжены встроенными охладителями дренажа помимо основной конденсирующей поверхности, что повышает эффективность регенеративного цикла. Охладитель пара использует теплоту перегрева пара для дополнительного подогрева питательной воды на 2-5 °С выше температуры воды на выходе из основной поверхности. Охладитель конденсата охлаждает конденсат греющего пара ниже температуры насыщения, что уменьшает вытеснение пара более низких отборов в случае каскадного слива конденсата из подогревателя. Установка охладителей пара и конденсата даёт экономию топлива до 0,5-1 %.
Дренажи ПВД сливаются каскадно в деаэратор. Дренажи ПНД4, ПНД5 сливаются каскадно в П6(смешивающего типа) . Дренажи подогревателей ПНД7, ОУ и ОЭ поступают конденсатосборник конденсатора.
Потери пара и воды энергоблока восполняются дистиллятом, получаемым из одноступенчатой испарительной установки. В испаритель (И) подается греющий пар из 5-го отбора турбины. Вторичный пар конденсируется основным конденсатом в конденсаторе испарителя (KИ), включенном между подогревателями ПНД5 и П6. Химически очищенная добавочная вода поступает в испаритель через подогреватель добавочной воды (ПДВ) и деаэратор испарителя (ДИ). Дистиллят откачивается в деаэратор питательной воды дренажным насосом.
Принята следующая схема использования протечек из уплотнений турбины: из стопорных клапанов ЦВД протечки поступают в “горячую” нитку промежуточного перегрева; протечки регулирующих клапанов ЦВД, стопорных и регулирующих клапанов ЦСД и первых камер уплотнений ЦВД поступают в деаэратор питательной воды; из вторых камер уплотнений ЦВД, из концевых уплотнений ЦВД, ЦСД и ЦНД пар отсасывается паровым эжектором в охладитель уплотнений ОУ; к концевым уплотнениям ЦВД, ЦСД и ЦНД пар подводится пар из деаэратора питательной воды.
Воздух из конденсаторов ЦНД отсасывается водяными эжекторами.
1.2 Параметры пара и воды турбоустановки
На рисунке 1.2. Показана схема процесса работы пара в H,S-диаграмме.
Параметры и величины потоков рабочего тела (пара, конденсата и питательной воды) в различных участках технологического цикла приведены в таблице 1.1, где приняты следующие обозначения:
Pп, Tп, hп - давление (мпа), температура ( °С) и энтальпия (кдж/кг) пара;
P¢п - давление пара перед подогревателями регенеративной установки (мпа);
Tн, h'п - температура ( °С) и энтальпия (кдж/кг) конденсата при давлении насыщения ;
q - недогрев воды в поверхностных теплообменниках на выходе из встроенного пароохладителя (°С);
Pв, Tв, hв - давление (мпа), температура (°С) и энтальпия (кдж/кг) воды после регенеративных подогревателей;
tr - суммарный подогрев воды в ступени регенерации, включая собственно подогреватель, встроенные пароохладитель и охладитель дренажа ( кдж/кг);
Qr - тепло, отдаваемое греющим паром в ступени регенерации без учёта охладителя дренажа ( кдж/кг);
Точка процесса 0' (рисунок 1) отвечает состоянию пара перед регулирующей ступенью ЦВД. Потери давления в паропроводах отбираемого пара приняты 5-10 %, а дополнительная потеря давления пара в охладителях составляет 2 %.
1.3 Балансы пара и воды
Расчёт тепловой схемы ведётся при электрической мощности генератора Wэ=210 мвт. Расходы отборов определяются в долях расхода свежего пара. При этом подвод свежего пара к стопорным клапанам ЦВД a0 = 1,0 , потери от утечек aут = 0,01. Паровая нагрузка парогенератора и расход питательной воды составляют:
aпг = a0 + aут = 1,01.
aпв = aпг + aпр = 1,035,
Где aпр = 0,025 – расход продувочной воды.
1.3.1 Доли утечек и протечек
Протечки пара из уплотнений приняты равными:
Стопорные клапаны ЦВД: aс.к.= 0,0020;
Регулирующие клапаны ЦВД: aр.к.= 0,0028;
Стопорные и регулирующие клапаны ЦСД: aппc.р.= 0,0003;
Первые камеры переднего и заднего уплотнений ЦВД: aу1=0,0043;
Отвод пара из вторых камер переднего и заднего уплотнений ЦВД и из
Концевых уплотнений в охладитель уплотнений ОУ: aоу =0,003;
Пара из первых камеры переднего и заднего уплотнений ЦСД: aу2=0,0003 ;
Количество пара уплотнений , направляемого в деаэратор питательной воды: aд.у. = aр.к.+ aу1+aппc.р = 0,0028+0,0043+0,0003 = 0,0074 ;
Количество пара, подаваемого на концевые уплотнения турбины: aу.к.= 0,001;
Расход пара на эжектор отсоса уплотнений: aэ.у.= 0,0008 ;
Количество пара, отводимого из деаэратора на концевые
Уплотнния:
aу. Д.= aу. К.-2aу2 = 0,001-2·0,0003 = 0,0004 .
1.3.2 Балансы расширителей непрерывной продувки
1) расход пара из расширителя непрерывной продувки первой ступени
(выхлоп вторичного пара в ДПВ)
, (1.1)
Где hпр=1560 кдж/кг- энтальпия продувочной воды, при температуре насыщения в барабане парогенератора;
H`пр= 666 кдж/кг- энтальпия продувочной воды, при температуре насыщения в деаэраторе питательной воды;
H``пр=2755 кдж/кг- энтальпия пара при давлении насыщения в ДПВ;
Подставляя эти значения в формулу (1.1) , получим
Αп1=0,011
2) расход пара из расширителя непрерывной продувки второй ступени (выхлоп вторичного пара в деаэратор испарителя ДИ)
, (1.2)
Где h`пр1= 437 кдж/кг- энтальпия продувочной воды, при температуре насыщения в деаэраторе испарителя;
H``пр1=2680 кдж/кг- энтальпия пара при давлении насыщения в ДИ;
Αпр1- расход продувочной воды из расширителя первой ступени. Определяется по формуле (1.3):
Αпр1= αпр- αп1=0,025-0,011=0,014 (1.3)
Подставляя эти значения в формулу (1.2) , получим:
Αп2=0,0015
1.4 Тепловые балансы регенеративных подогревателей высокого давления
Тепловой расчет регенеративных подогревателей, имеющих в одном корпусе пароохладитель (ПО), собственно подогреватель (СП) и охладитель дренажа (ОД) удобно выполнять, задаваясь конечным недогревом воды на выходе ее из пароохладителя Q. При этом известны температуры и энтальпии воды до и после всего теплообменника, а также доля воды, проходящей через теплообменник aв, параметры греющего пара на входе в теплообменник p'п, hп, Tп; температура и энтальпия насыщения пара в подогревателе -T'н и h'п . В результате решения уравнения теплового баланса теплообменника определяют долю греющего пара, отбираемого из турбины aп. При этом приняты: остаточный перегрев пара за пароохладителем QПО = 5-15 °C и недоохлаждение конденсата в охладителе дренажа Qо.д.= 40 кдж/кг (Qо.д.»10°С). Условно принимаем при расчёте потоки дренажей из вышестоящих подогревателей направленными в охладитель дренажа.
1.4.1 Тепловой баланс ПВД 1
Уравнение теплового баланса ПВД1 :
a1(hп1-hдр1)•ηто = aпв•(hпв1-hпв2) , (1.4)
Где a1- доля греющего пара, отбираемого из турбины для ПВД1;
Hп1=3217,9 кдж/кг – энтальпия греющего пара перед ПВД1;
Hдр1 - энтальпия конденсата греющего пара на выходе из ПВД1;
Hдр1 = hпв2 + Qо.д.=921+40 = 961 кдж/кг, (1.5) ηто = 0,99 – коэффициент, учитывающий рассеивание теплоты в подогревателях;
aп.в.=1,035 - расход питательной воды через ПВД1;
Hпв1 = 1029 кдж/кг – энтальпия питательной воды после ПВД1;
Hпв2 = 921 кдж/кг – энтальпия питательной воды после ПВД2.
При этом, доля конденсата греющего пара, сливаемого каскадно из ПВД1 в ПВД2 определяется по формуле:
aдр1=a1, (1.6)
Находим долю греющего пара, отбираемого для ПВД1 по формуле (4):
a1 = 0.049
Находим долю конденсата греющего пара, сливаемого каскадно из ПВД1 в ПВД2
aдр1=0.049
1.4.2 Тепловой баланс ПВД 2
Уравнение теплового баланса ПВД2 :
a2•(hп2-hдр2)+ aдр1• (hдр1- hдр2) = aпв•( hпв2- hпв3)•(1/ ηто), (1.7)
Где a2 - доля греющего пара, отбираемого из турбины для ПВД2;
Hп2= 3121,1кдж/кг - энтальпия греющего пара перед ПВД2;
Hдр2 - энтальпия конденсата греющего пара на выходе из ПВД1;
Hдр2 = hпв3 + Qо.д.=771,2+40 = 811,2 кдж/кг, (1.8)
Hпв3=771,2кдж/кг - энтальпия питательной воды после ПВД3;
Находим долю греющего пара a2 , отбираемого для ПВД2
a2 =0,065.
При этом, доля конденсата греющего пара, сливаемого каскадно из ПВД2 в ПВД3 определяется по формуле (1.9):
aдр2=a2+aдр1, (1.9)
aдр2= 0.065+0.049=0.114
1.4.3 Тепловой баланс ПВД 3
Уравнение теплового баланса ПВД3 :
aп3•(hп3-hдр3)+ aдр2• (hдр2- hдр3) =aпв•(hпв3-hпв_пн)•(1/hто), (1.10)
Где aп3- доля греющего пара, отбираемого из турбины для ПВД3;
Hп3=3413,9 кдж/кг - энтальпия греющего пара перед ПВД3;
Hпв_пн- энтальпия воды перед ПВД3, с учетом подогрева в питательном насосе τп.н.
Hпв_пн= hдпв+ τп.н , (1.11)
Где hдпв = 666 кдж/кг – энтальпия питательной воды после деаэратора.
Подогрев в питательном насосе определяется по формуле (1.12):
Τп.н.= vср•( рн- рв)/ hнi , (1.12)
Где vср = 0,0011 - среднее значение удельного объёма воды в насосе;
Рн = 18,1 мпа - давление воды в нагнетающем патрубке насоса;
Рв = 0,59 мпа - давление воды во всасывающем патрубке насоса;
hнi = 0,85 – внутренний ( гидравлический ) КПД насоса;
кдж/кг;
Энтальпия воды перед ПВД3 по формуле (1.11):
685.14 кдж/кг.
Hдр3 - энтальпия конденсата греющего пара после охладителя дренажа ПВД3. Рассчитывается по формуле (1.13):
Hдр3= hпв_пн + Qо.д.=685,14+40=725,14 кдж/кг, (1.13)
Находим долю греющего пара aп3, отбираемого для ПВД3 по формуле (1.10):
aп3 =0.03
При этом, доля конденсата греющего пара, сливаемого каскадно из ПВД3 в ДПВ определяется по формуле (14):
aдр3=aп3+aдр2=0.03+0.114=0.144, (1.14)
aдр3= 0.144
1.5 Испарительная установка
Эта установка включает испаритель, его деаэратор, подогреватель добавочной воды, использующие пар из пятого отбора, и конденсатор испарителя, включённый между подогревателями ПНД5 и ПНД6.
Расходы пара и воды в установке, а также подогрев воды в конденсаторе испарителя определяются из уравнений материального и теплового баланса. В таблице 1.2 приведены параметры пара и воды в установке.
Среда
Греющий пар
Вторичный пар
Параметр пара и воды
Р5,
Мпа
H5,
Кдж/кг
Тн. И,
°С
H'5,
Ри1,
Тн. И1,
H'и,
H''и,
Значение
0.261
2937.41
127
532
0.14
109
455,1
2689,2
Производительность испарителя (выход дистиллята из конденсатора испарителя) равна потерям пара и конденсата турбоустановки:
aи1 = aдист = aвт = aут = 0,01
Расход воды на испаритель с учётом его продувки:
aи.в = aи1+aи1.пр = aи1 +0,02•aи1 =1,02•0,01=0,0102
Материальный баланс деаэратора испарителя:
aи.в = aд.в+aд.и = 0,0102, (1.15)
Где aд.в - количество воды, поступающей в деаэратор испарителя после подогревателя добавочной воды;
aд.и - количество пара, поступающего в деаэратор из пятого отбора.
Уравнение теплового баланса деаэратора испарителя:
aи.в •h'д.и=aд.в•hп.д.в+aд.и•hп5 , (1.16)
Где h'д.и=435,4 кдж/кг - энтальпия воды на выходе из деаэратора, принимается по температуре насыщения в деаэраторе испарителя;
Hп.д.в=356,8 кдж/кг - энтальпия воды, поступающей в деаэратор испарителя после подогревателя добавочной воды, при Рд.в=1,18 мпа и Tп.д.в=85 °С;
Hп5=2937.41 кдж/кг-энтальпия пара в пятом отборе.
Уравнения (1.15) и (1.16) образуют систему двух уравнений:
aд.в+aд.и=0,0102
aд.в •356,8+aд.и •2937.41 =0,0102•435,4
Решением которой являются значения:
aд.в=0,0099
aд.и =0,00031
Уравнение теплового баланса испарителя:
aи•(hп5-h'5)•hи=aи1 •(h''и1-h'д.и)+ aи1.пр •(h'и1-h'д.и) , (1.17)
Где aи - расход пара на испаритель;
H'5=532 кдж/кг - энтальпия насыщенного греющего пара на выходе из испарителя;
hи =0,99 - КПД испарителя;
H''и1=2689,2 кдж/кг - энтальпия вторичного пар на выходе из испарителя;
H'д.и=435,4кдж/кг - энтальпия воды на выходе из деаэратора (на входе в испаритель); H'и1=440,17 кдж/кг - энтальпия продувочной воды испарителя.
Находим долю греющего пара aи , отбираемого для испарителя по формуле (1.17):
Уравнение теплового баланса подогревателя добавочной воды:
aп.д.в•(hп5-h'5)•hп.д.в=aд.в•(hп.д.в-hд.в), (1.18)
Где aп.д.в - количество пара, поступающего в подогреватель добавочной воды из пятого отбора;
hп.д.в =0,99 - КПД подогревателя добавочной воды;
Hп.д.в=356,8 кдж/кг- энтальпия воды на выходе из подогревателя добавочной воды; hд.в=168,5 кдж/кг - энтальпия добавочной воды на входе в подогреватель добавочной воды при Рд.в=1,1 мпа и Тд.в=40 °С. Находим долю греющего пара aп.д.в , отбираемого для подогревателя добавочной воды по формуле (1.18):
.
Общее количество пара, идущего на испарительную установку:
aи.у = aи+aп.д.в+aд.и = 0,0094+0,00078+0,00031 = 0,01049.
Уравнение материального баланса испарителя:
Страницы: 1, 2, 3
