Составление и расчет тепловой схемы энергоблока на заданные параметры

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный технологический  университет

им. В.Г. Шухова»

 

 

 

Кафедра энергетики теплотехнологии

 

        

     Курсовая работа

 

По дисциплине «  Промышленные тепловые электростанции»

 

 

На тему: «Составление и расчет тепловой схемы энергоблока на заданные параметры»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                        

   Выполнил:

                                                                                           

 

                                                                                                Проверил:

доцент Губарев А. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Белгород, 2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Аннотация…………………………………………………………..………4
2. Введение……………………………………………………………..……...5
3. Раздел 1. Определение параметров энергоносителей в ступенях регенеративного подогрева ……………………………………………….6
4. Раздел 2. Построение условного процесса расширения пара в турбине в h-s диаграмме……………………………… ………………….…….……10

5.  Раздел 3. Определение расходов пара в элементах схемы электростанции……………………………………………………….………14

5. Раздел 4. Энергетические показатели турбоустановки и блока

котел - турбина……………………………………………………………20

6. Заключение………………………………………………………………..22
7. Литература………………………………………………………………...23
8. Приложение……………………………………………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

В данной курсовой работе рассматривается принципиальная тепловая схема энергоблока. С помощью исходных технических данных находят параметры энергоносителей в ступенях регенеративного подогрева, строится условный процесс расширения пара в турбине в h-s диаграмме, определяются расходы пара в элементах схемы электростанции и энергетические показатели турбоустановки и блока котел – турбина.

В заключение делаются выводы по энергетическим показателям турбоустановки и энергоблока.

Курсовая работа выполнена  на листах формата А4, содержит 3 схемы и h-s диаграмму.

Графическая часть курсовой работы выполнена на листе формата А3 и содержит изображение процесса расширения пара в турбине в h-s диаграмме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Принципиальная  тепловая схема электростанции определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии  на электростанции. Схема включает основное и вспомогательное оборудование, участвующее в осуществлении  этого процесса и входящего в  состав пароводяного тракта электростанции. Основная цель расчета конденсационной  электростанции заключается в определении  технических характеристик теплового  оборудования, обеспечивающих заданный график электрической нагрузки и  требуемый уровень энергетических и технико-экономических показателей  электростанции.

Энергоблок  — почти автономная часть тепловой или атомной электрической станции, представляющая собой технологический  комплекс для производства электроэнергии, включающий различное оборудование, например паровой котёл или ядерный  реактор, турбину, турбогенератор, повышающий трансформатор, вспомогательное тепломеханическое  и электрическое оборудование, паропроводы  и трубопроводы питательной воды и другое.

Компоновку  электростанции из энергоблоков называют блочной, проектные решения для  осуществления такой компоновки называют блокировкой. Основная её необходимость  заключается в выборе тепловой схемы  электростанции.

У блочных  электростанций отсутствуют связи  между различными паротурбинными установками  в её составе. Принцип блочности распространяется как на тепловую и электрическую схемы электростанции, так и на строительную её часть.

Блочная компоновка имеет ряд значительных преимуществ перед неблочной, последняя применяется обычно лишь для ТЭС, у которых отсутствует промежуточный перегрев пара.

 

Раздел 1. Определение параметров энергоносителей  в ступенях регенеративного подогрева.

1. Определение энтальпии пара начальных параметров по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица III] (при P_о=8МПа, t_о = 480^оС): h = 3449,5 КДж/кг.

2. Определение температуры насыщения пара при начальном давлении по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А.Александрова [таблица III] (при P_о = 8МПа): t_s = 295,01^оС.

3. Определение температуры насыщения при конечном давлении по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А.Александрова [таблица II] (при P_к = 0,003МПа): t_k = 24,08^оС.

4. Определение величины подогрева питательной воды в каждом подогревателе. Принимается, что величина подогрева подогрева питательной воды во всех подогревателях от температуры в конденсаторе (24,08^оС) до температуры насыщения в цикле одинаковы, при этом водяной экономайзер котла считается одним из подогревателей. Кроме регенеративных подогревателей, в схеме имеются эжекторный и сальниковый подогреватель.

В таком случае величина подогрева  питательной воды в регенеративном подогревателе может быть определена по формуле:

, где

t_s – температура насыщения при начальном давлении, ^oC;

t_k – температура насыщения при конечном давлении, ^oC;

- подогрев конденсата в эжекторном подогревателе, ^oC;

- подогрев конденсата в сальниковом  подогревателе, ^oC;

m – количество регенеративных  подогревателей;

^оС.

 

5. Определение температуры питательной воды на выходе каждого из подогревателей:

.

6. Определение места установки деаэратора.

При выборе места установки деаэратора и давления в нем нужно руководствоваться  следующим правилом: количество регенеративных подогревателей высокого давления не должно быть больше количества подогревателей низкого давления. Так как количество регенеративных подогревателей 5, то принимаем, что в схеме 3 подогревателя низкого (ПНД) и 2 высокого давления (ПВД), в таком случае деаэратором является четвертый подогреватель;

7. Определение давления в деаэраторе по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица I]:

При температуре t₄=207,36^oC, давление в деаэраторе P_д=P_s4=1,796 МПа.

8. По величине давления производим  выбор типа деаэратора [таблица 3.25, справочник А.В. Клименко и В.М. Зорина «Тепловые и атомные электростанции»]. Выбираем стандартный деаэратор на давление P_д=1,18МПа КДП-2200А, производительность уточняется при последующих расчетах.

9. Определение параметров воды  при давлении в деаэраторе  и её энтальпии по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица II]:

t=187,2^оС.

h=795,1 КДж/кг.

10. Определить температуры насыщения  пара в поверхностных подогревателях: 
,где

t_i – температура питательной воды на выходе из i-ого подогревателя

t_нед – недогрев воды до температуры насыщения в регенеративных подогревателях, 4^оС.

^oC.

^oC.

^oC.

^oC.

11. Определить давление пара  поступающего в подогреватель  по температуре насыщения по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица I]::

 МПа (при t = 252,18 ^oC).

МПа (при t = 167,54 ^oC).

 МПа (при t = 123,72 ^oC).

 МПа (при t = 76,9 ^oC).

12. Задаемся значениями потерь  в паропроводах:

     

13. Определить давление пара  в камерах отборов:

 где

P_i – давление пара в i - камере отбора;

- давление пара поступающего  в i-подогреватель;

- значения потерь в паропроводах  в i-подогревателе;

 

14. Определить давление в камере  отбора на деаэратор. Давление  в камере отбора на деаэратор  определяется из условий его работы с неизменным давлением без перехода на отбор нижестоящего подогревателя до нагрузки порядка 70% до номинальной. Потери давления  в паропроводе – 5% от камеры отборов до деаэратора:

 

 

 

Раздел 2. Построение условного процесса расширения пара в турбине в h-s диаграмме.

1. Определение энтропии пара  в начале процесса расширения  по таблицам, теплофизических свойств  воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица III] (при P_о=8МПа, t_о = 480^оС): S₀ = 6,6611 КДж/кг.

2. Энтропия  влажного пара в конце адиабатного  (изоэнтропного) расширения при PК=0,003 МПа: SК а = S0 = 6,6611 кДж/кг·К.

3. Энтропия  воды и сухого насыщенного  пара на линии насыщения при  PК=0,003 МПа по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица II]:

0,3543 кДж/кг·К (удельная энтропия кипящей воды);

8,5766 кДж/кг·К(удельная энтропия сухого насыщенного пара);

- 8,5766 – 0,3543 = 8,2223 кДж/кг·К.

4. Определить  степень сухости пара в конце  адиабатного расширения :

 кг/кг.

5. Определить энтальпию воды на линии насыщения и скрытую теплоту парообразования по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица II], при P_к=0,003 МПа:

h'_k = 100,99 кДж/кг·К;

 r = 2443,9 кДж/кг·К;

6. Определить энтальпию влажного пара в конце адиабатного расширения:

= 100,99 + 0,767·2443,9 = 1975,46 кДж/кг.

7. Определить давление перед  соплами первой ступени турбины:

,где

- потеря давления в органах  регулирования (6%);

 МПа.

8. Нанести на h-s диаграмму точки a(P₀, t₀), b(P_k, S_ka=S₀) [Приложение №1].

Построить процесс дросселирования (изменение давления без изменения теплосодержания) от P₀ до P'_0.

Нанести на h-s диаграмму точку a*(P'₀, h₀).

9. Определить действительную энтальпию  пара в конце расширения с  учетом внутреннего относительного  КПД ( ).

= h0 - (h0 - )·

- внутренний относительный КПД.

=3449,5 – (3449,5 – 1975,46)·0,87=2167,1 кДж/кг.

10. Построить на h-s диаграмме точку с* (PК, ) [Приложение №1].

11. Определить использованный теплоперепад в турбине:

= h0 - = 3449,5 – 2167,1=1282,4 кДж/кг.

12. Нанести на h-s участки изобар P₆, P5, P4, P3, P2, P1, пересекающие линию процесса расширения пара в турбине a*c* [Приложение №1].

13. Определить Р на нагнетании конденсатных насосов:

;

P_Д – давление в деаэраторе, МПа.

 - высота деаэратора, м.

 - количество подогревателей низкого давления

 - потери давления на преодоление гидравлического сопротивления трубных систем, трубопроводов и арматуры каждого ПНД по водяной стороне, МПа.

- потери  давления на преодоление сопротивления  эжекторного и сальникого подогревателя, МПа.

P_к – конечное давление, МПа.

Принято:

 =25 м.

 = 0,1 МПа.

0,05 МПа.

 МПа.

14. Определить давление на нагнетании питательного насоса:

1,3·8=10,4 МПа.

Величина давления на нагнетании питательного насоса округляется до ближайшего значения (большего/меньшего кратного 0,5).

 =10 МПа.

15. Определить давление питательной воды:

,

- потери давления на преодоление гидравлического сопротивления трубной системы, трубопроводов и арматуры каждого подогревателя высокого давления по водяной стороне, МПа.

  - количество подогревателей высокого давления.

Принято:

=0,5 МПа.

10-2*0,5=9 МПа.

16. Определить давление воды за каждым подогревателем:

МПа

 МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа.

17. Определить значение энтальпии воды за подогревателем по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица III] с использованием температуры и давления воды на выходе каждого из подогревателей:

923 кДж/кг

761,3 кДж/кг

607,9 кДж/кг

457,3 кДж/кг

308,4 кДж/кг

295,9 кДж/кг

148,1 кДж/кг.

18. Определить температуру и энтальпию конденсата, выходящего из поверхностного регенеративного подогревателя при давлении пара на выходе в подогреватель по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица I]:

219,01 ˚С h₅'= 939,1 кДж/кг.

148,19 ˚С h₃'= 624,4 кДж/кг.

112,78 ˚С h₂'=473,1 кДж/кг.

74,37 ˚С h₁'= 311,3 кДж/кг.

19. Определить энтальпию воды за конденсатным и питательным насосами по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица III]:

При 1,82 МПа и 24,08 ˚С

102,1 кДж/кг

При =10 МПа и = 187,2˚С

798,9 кДж/кг

 

 

 

 

Раздел 3. Определение расходов пара в элементах схемы электростанции.

1. Определить паропроизводительность котельного агрегата блока:

,где

D_p/D₀ – утечки цикла (2%).

2. Определить расход питательной воды:

3. Составить расчетную схему подогревателей высокого давления:

                                    Пар из отбора                      

       h₆  = 3210  кДж/кг                              турбины                         h₅  = 3075  кДж/кг

Питат. вода                                                                                                                                        Питат. вода из

в котельный                                      923 кДж/кг                                                                        деаэратора

агрегат

                                                                                                                                           

                                 П-6                                                         П-5                                  

                                                                                                                    +                       Конденсат в               деаэратор

1087,7 кДж/кг                           1107,3 кДж/кг                             939,1 кДж/кг          

 

4. Составить уравнение теплового баланса для каждого подогревателя высокого давления:

ПВД-5:

 - коэффициент рассеивания тепла в подогревателе П₅.

Принято: =1,008

=144,85464

=0,06144

5. Определить слив конденсата из подогревателей высокого давления в деаэратор:

6. Составить расчетную схему деаэратора:

 

                                                                                    Пар из отбора

                                               h₄ = 3015  кДж/кг       турбины

 

          Питательная вода                                                                                                   Химически очищенная

           в ПВД                                                                                                                      вода от ПНД

                 

                                                                                                   

           798,9 кДж/кг            h_B4 = 761,3 кДж/кг                           607,9 кДж/кг

 

Конденсат из ПВД                                  +

                                                   939,1 кДж/кг          

7. Составить уравнение материального баланса деаэратора:

- ( )=1,02 - ( + )=0,88255 -

8. Составить уравнение теплового баланса деаэратора:

    - коэффициент рассеивания тепла в деаэраторе.

Принято: =1,007.

9. Выразить расход пара отбора на деаэратор через расход пара на турбину из уравнения теплового баланса:

2253,7

+ 25,32761D₀=136,33085 -154,4738D₄

2408,1738

=111,00324

=0,04611

10. Выразить расход химически очищенной воды через расход пара на турбину:

0,88255 - =0,88255 - 0,04611 = 0,83644 .

 

 

 

 

 

11. Составить расчетную схему подогревателей низкого давления:

 

 

 

 

 

 

12. Составить уравнение теплового баланса  для подогревателя П₃:

 - коэффициент рассеивания тепла в подогревателе П₃.

Принято: =1,005

13. Составить уравнение теплового баланса для подогревателя П₂:

 - коэффициент рассеивания тепла в подогревателе П₂.

Принято: =1,004

2151,9D₂ +8,90703D₀=125,0441D₀

2151,9D₂=116,13707D₀

=0,05397 .

14. Составить уравнение теплового баланса для подогревателя П₁:

 - коэффициент рассеивания тепла в подогревателе П₁.

Принято: =1,003

D₁*(2430-311,3)+0,05397D₀*(473,1-311,3)+0,05887D₀*(624,4 - 473,1)=1,003 *0,83644D₀* (295,9 - 148,1);

2118,7 +17,63938D₀=123,99671 .

=0,0502 .

15. Выразить суммарный расход пара на все отборы через :

= + + + + =D₀*(0,08101+0,06144+0,04611+0,05887+0,05397+0,0502) = 0,3516D₀;

16. Выразить расход пара в конденсатор турбины (по балансу потоков пара в турбине):

17. Выполнить проверку правильности расчетов (выразить расход пара в конденсатор по балансу потоков конденсата в тепловой схеме):

Таким образом можно сделать вывод, что расчеты произведены верно.

18. Выразим величину энергии, которую вырабатывает отборный пар до каждого отбора:

  

   

   

    

19. Выразить величину энергии, которую вырабатывает поток пара, проходящий через всю турбину в конденсатор:

20. Выразить через  суммарную величину энергии, которую вырабатывает пар в турбине:

= + + + + + = + + + + + =1009,93694

21. Определить суммарную величину энергии, которую вырабатывает пар в турбине, кВт.

,

где  - механический КПД,

         - КПД генератора.

Для современных  турбин значение механического КПД  находится в пределах =0,98 - 0,99, а КПД генератора - =0,88.

Принято:

=0,99

=0,98.

кВт.

22. Определить расход пара на турбину:

кг/с=265,96 т/ч.

23. Произвести проверку выполненных расчетов.
1. Определить удельный расход пара на выработку электрической энергии:

кг/(кВт*ч)

Определить коэффициенты недовыработки мощности турбины:

Определить расход пара на турбину из выражения:

кг/ч=265,97 т/ч.

265,97

265,96

Таким образом можно сделать вывод, что расчеты произведены верно.

23. Определить  расходы пара на регенеративные  подогреватели:

т/ч;

т/ч;

т/ч;

 т/ч;

т/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 4. Энергетические показатели турбоустановки и блока котел-турбина

1. Определить удельный расход пара на турбину:

 кг/(кВт*ч)

2. Определить удельный расход тепла на производство тепловой энергии:

 кДж/(кВт*ч)

3. Определить абсолютный электрический КПД установки:

4. Определить расход тепла в турбоустановке на выработку электроэнергии без учета затрат тепла на подогрев химически очищенной воды, подаваемой в цикл паротурбинной установки для восполнения потерь:

 - расход химически очищенной воды, подаваемой в цикл паротурбинной установки, кг/ч.

 - энтальпия охлаждающей воды, поступающей в конденсатор из внешнего источника водоснабжения, кДж/кг.

Принято:

t=15º C (температура охлаждающей воды, поступающей в конденсатор из внешнего источника водоснабжения).

=62,95 кДж/кг, по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица III].

=0,02 =0,02·1,025 = 0,02·1,02·265,97=5,42 т/ч.

= =671973,2·10³ кДж/ч

671973,2·10³ - 5,42·10³·(923-62,95) = 666419,06·10³ кДж/ч.

5. Определить удельный расход тепла на выработку электроэнергии без учета затрат тепла на подогрев химически очищенной воды:

 кДж/(кВт*ч)

6. Определить КПД турбоустановки по выработке электроэнергии:

7. Определить коэффициент, учитывающий потери теплоты в трубопроводе:

- тепло, затраченное на электроэнергию 

- тепловая производительность  котла

- энтальпия перегретого пара, кДж/кг

Параметры пара на выходе из котла:

= 1,13 P₀ = 1,13·8=9,04 МПа;           = +5=480+5=485º C

=3387,3 кДж/кг, по таблицам, теплофизических свойств воды и водяного пара, А.А. Александрова [таблица III].

=1,02·265,97*10³·(3387,3 – 923)=668392,09·10³ кДж/ч.

8. Определить КПД блока по выработке электроэнергии брутто:

=30,9%

- КПД парогенератора (90%);

9. Определить КПД блока по выработке электроэнергии нетто:

- Удельный расход электроэнергии  на собственные нужды (8%);

10. Определить удельный расход условного топлива нетто на выработку 1кВт·ч электроэнергии:

 кг/кВт·ч.

Заключение

     В заключении составления и расчета энергоблока следует обобщить полученные данные об основном и вспомогательном оборудовании блока:

   Энергетический блок мощностью 65 МВт включает турбогенератор в составе паровой турбины на параметры P0=8 МПа, t0=480 ˚С и котельный агрегат номинальной производительностью 265,97 т/ч и параметрами =9,04 МПа и =485º C с естественной циркуляцией.

    Турбина имеет шесть нерегулируемых отборов на регенерацию с давлением в камере отбора: 0,046; 0,266; 0,801; 1,77; 4,328 МПа. Система регенерации включает три подогревателя низкого давления (3-х ПНД) поверхностного типа и два подогревателя высокого давления (2 х ПВД) поверхностного типа. Слив конденсата греющего пара каскадный, из ПВД в деаэратор, из ПНД – в конденсатор.