Расчет тепловой схемы паротурбинной установки

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизированного управления технологическими процессами топливно-энергетического  комплекса

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по курсу:

«Теплоэнергоснабжение»

на тему:

«Расчет тепловой схемы паротурбинной  установки»

                   Выполнил: ст. гр. АКТ-02-1

                               Писаренко А.Г.

                                                               Принял: ст. преподаватель 

                                                                     Регишевская И.Д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Алчевск, 2004

СОДЕРЖАНИЕ 
 

 Введение………………………………………………………………..……………….3

 Задание………………………………………………………………………….............4

1 Описание прототипа  с характеристикой тепловых и  конструктивных особенностей……………………………………………………………………………..5

2 Расчет тепловой  схемы………………………………………………………………...6

 2.1 Построение процесса расширения рабочего тела в проточной части турбины………………………………………………………………………..………….6

 2.2 Распределение  регенеративного подогрева питательной  воды: по ступеням и определение параметров пара в отборах……………………………………………….8

 2.3 Определение  расхода пара из котла и расхода питательной воды…………….11

 2.4 Расчет  регенеративных подогревателей  высокого давления…………………..12

 2.5 Расчет  деаэратора…………………………………………………………………13

 2.6 Расчет  регенеративных подогревателей  низкого давления…………………….14

3 Расчет экономически оптимальной толщины тепловой изоляции главного паропровода……………………………………………………………………..............15

 Выводы………………………………………………………………………………...19

 Перечень  ссылок………………………………………………………………………20

 Приложение  А…………………………………………………………………………21

 Приложение  Б…………………………………………………………………………22 

 

ВВЕДЕНИЕ 

    Современная энергетика основывается на централизованной выработке электроэнергии. Устанавливаемые  на электрических станциях генераторы электрического тока в подавляющем  большинстве имеют привод от турбин. Для электроэнергетики, производимой в стране тепловыми электростанциями, где почти всегда применяются паровые турбины, составляют 83-85%. Аналогичное соотношение характерно и для большинства других стран.

    Таким образом, паровая турбина является основным типом двигателя на современной тепловой электростанции, в том числе на атомной, паровая турбина получила также широкое применение в качестве двигателя для кораблей. Паровые турбины используются для привода разных машин - насосов, воздуходувок и т.д.

    Паровая турбина, обладая большой быстроходностью, отличается сравнительно малыми размерами и массой. И может быть построена на большую мощность с высокой экономичностью и высоким КПД.

    В термодинамическом цикле водяного пара при отсутствии внешних потребителей тепла определенное количество тепла, отработавшего пара может быть использовано для подогрева питательной воды. Вместо того, чтобы питательную воду подогревать в самом котле за счет тепла сжигаемого топлива, можно для повышения температуры питательной воды использовать пар, отбираемый из промежуточных ступеней турбины. Таким образом осуществляется регенерация тепла, то есть передача части тепла отработавшего пара питательной воде. Регенеративный подогрев питательной воды повышает КПД цикла паротурбинной установки.

 

    ЗАДАНИЕ 

      Рассчитать  тепловую схему регенеративного подогрева воды конденсационной турбины К-225-12,8 по следующим данным:

      а) номинальная электрическая мощность турбины, N=225 МВт;

      б) число отборов, n=7;

      в) давление пара перед турбиной, Р₀=12,8МПа;

      г) начальная температура пара, t₀=540ºС;

      д) давление промежуточного перегрева, Р_п/п=3,5МПа;

      е) температура промежуточного перегрева, t_п/п=540ºС;

      ж) давление отработавшего пара, Р_к=3,4 кПа;

      з) температура питательной воды, t_п.в.=250ºС.

 

1 ОПИСАНИЕ ПРОТОТИПА  С ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ТЕПЛОВЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ 

    Характерной особенностью современной энергетики является стремление к увеличению единичных мощностей паротурбинных установок с одновременным повышением их начальных параметров пара.

    Конденсационная паровая турбина К-225-12,8 мощностью 225 МВт рассчитана на работу с начальными параметрами пара Р₀=12,8 МПа и t₀=540ºС с промежуточным перегревом до t_п/п=540ºС при давлении  Р_п/п=3,5МПа. Давление пара в конденсаторе при номинальной нагрузке турбины Р_к=3,4кПа.

    Турбина имеет семь регенеративных отборов пара для подогрева питательной воды до t_п.в.=250ºС. Подогрев воды осуществляется в четырех подогревателях низкого давления, сальниковом подогревателе, подогревателе испарителя и деаэраторе. В подогревателях высокого давления, к которым подается перегретый пар, предусмотрены отсеки для использования тепла перегрева.

    Отсос пара из крайних камер лабиринтовых уплотнений турбины производится в вакуумный охладитель, снабженный эжектором.

    Главный образец паровой турбины К-225-12,8 был изготовлен в 1958г. С тех пор турбина широко применяется на крупных тепловых электростанциях.

 

    2 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ  СХЕМЫ 

    2.1 Построение   процесса    расширения   рабочего тела   в   проточной   части                      

         турбины 

    Процесс расширения пара в проточной части турбины строим в I-S диаграмме водяного пара. На диаграмме находим изобару Р₀=12,8 МПа и изотерму t₀=540 ºС. Точка 1- пересечение изобары и изотермы.

    Определим давление после стопорного клапана  турбины:

                                        Р₀*=Р₀*0,95=12,8*0,95=12,16 МПа.

    Найдем  на диаграмме изобару Р₀’=12,16 МПа. Точка 1΄-пересечение изобары Р₀* и изотермы t_0. Удельная энтальпия пара в точке 1΄ i₁ *=3440 кДж/кг. Из точки 1 проводим изоэнтропу до пересечения с изобарой Р_п/п=3,5 МПа (точка 2), i₂=3040 кДж/кг.

                                        Н₀₁= i₁ *-i₂=3440-3040=400 кДж/кг;

                                        Н_i1= Н₀₁*0,84=400*0,84=336 кДж/кг;

                                        i₂*= i₁΄- Н_i1=3440-336=3104 кДж/кг.

    Находим точку 2΄ на пересечении удельной энтальпии пара i₂*=3104 кДж/кг с изобарой Р_п/п=3,5 МПа.

    Определим энтальпию точки 3, которая находится  на пересечении Р_п/п и t_п/п : i₃=3520 кДж/кг.

                                        Р_п/п΄=Р_п/п*0,95=3,5*0,95=3,325 МПа.

    По давлению Р_п/п΄ и t_п/п определяем точку 3΄.

    Проводим  изоэнтропу из точки 3΄ до пересечения  с изобарой Р_к=3,4 кПа, находим точку 4. Определяем энтальпию: i₄=2160 кДж/кг.

                                       Н₀₂=i₃΄-i₄=3520-2160=1360 кДж/кг;

      Н_i2= Н₀₂*0,86=1360*0,86=1170 кДж/кг;

                                        i₄΄= i₃΄- Н_i2=3520-1170=2350 кДж/кг.

    Находим точку 4΄ по найденной энтальпии  i₄΄ и Р_к=3,4 кПа.

    На  рисунке 2.1 приведен процесс расширения пара в проточной части турбины  К 225-12,8 в I-S диаграмме водяного пара. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Рисунок  2.1-Процесс расширения пара в  проточной части турбины К  225-12,8 в I-S 

                       диаграмме водяного пара.

    2.2  Распределение   регенеративного   подогрева   питательной    воды:  по

          ступеням и определение параметров пара в отборах 

    Для тепловых схем стандартных турбин завод-изготовитель указывает давление и температуры  при номинальной мощности турбины  во всех регулируемых и нерегулируемых отборах.

    При проектировании турбины необходимо определить параметры пара в нерегулируемых отборах. Для этого необходимо определить по начальному давлению пара Р₀ температуру питательной воды t_п.в. и по давлению в конденсаторе – температуру конденсата t_к..

    Разность  температур каждой ступени регенеративной схемы находим по формуле:

    Δt_ст.=(t_п.в.-t_к.)/n, 

    где n – количество ступеней регенеративного  подогрева, равное числу отборов  пара.

    Δt_ст.=(250_.-25,6)/7=32 ºС. 

    По  известной величине подогрева в  ступени для нее определяют необходимое давление в регенеративном отборе. Определяем температуры воды после каждого подогревателя и энтальпии воды.

t₁ = t_k + ∆t_ст = 25,6 + 32 = 57,6 ºС                                 j₁ = 241,3 кДж/кг

t₂ = t₁ + ∆t_ст = 57,6 + 32 = 89,6 ºС                                 j₂ = 375,8 кДж/кг

t₃ = t₂ + ∆t_ст = 89,6 + 32 = 121,6 ºС                               j₃ = 511,2 кДж/кг

t₄ = t₃ + ∆t_ст = 121,6 + 32 = 153,6 ºС                             j₄ = 648,4 кДж/кг

t₅ = t₄ + ∆t_ст = 153,6 + 32 = 185,6 ºС                             j₅ = 790,2 кДж/кг

t₆ = t₅ + ∆t_ст = 185,6 + 32 = 217,6 ºС                             j₆ = 934,2 кДж/кг

t₇ = t₆ + ∆t_ст = 217,6 + 32 = 249,6 ºС                             j₇ = 1086 кДж/кг

      Для подогревателей низкого давления, расположенных от конденсатора питательного насоса, величина недогрева составляет Ө=3÷5 ºС, а для подогревателя высокого давления (после питательного насоса) -  Ө=4÷6 ºС. Для смешивающих подогревателей (термический деаэратор) - Ө=1÷2 ºС. Определяем температуру насыщенного пара для каждого подогревателя.

      t_п1 = t₁ + Ө = 57,6 + 3 = 60,6 ºС