Дипломная работа. Реконструкция КТЦ ТЭЦ с модернизацией ПТ 65-75-130-13. 2008 г. / 3.Расчет тепловой схемы

3. Выбор и обоснование тепловой схемы для турбоустановки

ПТ-65/75-130/10.

Турбина ПТ-65/75-130/10 имеет всего 7 отборов, из них 2 регулируемых: производственный и отопительный. Такое количество отборов позволяет обеспечить развитую систему регенерации: 3 ПВД и 4 ПНД. Деаэратор питательной воды включен по предвключенной схеме, т.е. подключен к тому же отбору, что и нижний ПВД, поэтому деаэратор не является отдельной ступенью подогрева питательной воды.

ПВД не имеют индивидуальных обводов, а имеет только коллективный обвод. ПНД имеют индивидуальные обводы.

ПВД у современных турбин кроме основной поверхности нагрева имеет также охладители перегретого пара (ОПП) и охладители дренажа (ОД).

Нижний ПНД питается паром из ЧНД турбины, т.е. всегда работает под вакуумом, поэтому конструктивно он размещен в выхлопном патрубке турбины. На режимах с малыми расходами пара он отключается.

В системе регенерации есть также следующие элементы:

• охладители пара эжекторов (ОЭ) при применении пароструйных эжекторов (осуществляется трехступенчатое сжатие воздуха с промежуточным его охлаждением, что экономичнее).

• Охладители пароуплонений (ОУ) служат для утилизации теплоты пара, отсасываемого из камеры низкого давления с помощью эжектора.

• Подогреватель сальниковый (ПС) служат для утилизации теплоты пара из камеры уплотнений избыточного давления.

Для надежной работы этих элементов и, в особенности, ОЭ и ОУ через них должен подаваться достаточный расход конденсата. Поэтому на режимах с малым пропуском пара в конденсатор включается т.н. линия рециркуляции. Регулирование расхода конденсата осуществляется по этой линии автоматически (клапан рециркуляции, который управляется по импульсу уровня конденсата в конденсаторе). За счет этого одновременно предупреждается срыв в работе КН (должен работать под заливом).

Турбина имеет один отопительный отбор, т.е. обеспечивается одноступенчатый подогрев сетевой воды, хотя число сетевых подогревателей – два.

В тепловой схеме турбины устанавливается 2 расширителя непрерывной продувки, атмосферный деаэратор для деаэрации конденсата, возвращаемого с производства. Обессоленная вода не может подаваться через этот деаэратор, а направляется для первичной деаэрации в конденсатор.

Схема сброса дренажа из поверхностных подогревателей применяется смешанная (в основном каскадный сброс, но на ПНД-2 ставится дренажный насос).

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разраб.

З Залеский И.С.

Выбор и обоснование тепловой схемы для турбоустановки

ПТ-65/75-130/10.

Лит.

Лист

Листов

Руковод.

Шаповалов А.В.

Д

25

Консульт.

Шаповалов А.В.

ГГТУ им. П. О. Сухого,

ПТЭ и Э

Н. контр.

Смирнов Н.А.

Зав. Каф.

Овсянник А.В.

3.1. Расчет тепловой схемы.

Порядок расчета тепловой схемы ведем по рекомендациям ([4] п.6-2, стр.91).

3.1.1. Исходные данные для расчета.

Мощность турбины N=65 МВт, начальные параметры Р₀=12,75 МПа, t₀=555 °C, давление в конденсаторе Р_к=4 кПа, турбоустановка работает в номинальном теплофикационном режиме.

3.1.2.. Построение процесса расширения в hs-диаграмме.

Для определения давления в отопительном отборе задаёмся тепловым графиком теплосети 150/70.

Для расчёта возьмём точку . В этом случае температура обратной сети . Рассчитываем температуру за сетевым подогревателем.

, (3.1)

где – доля покрытия теплофикационной нагрузки турбоустановкой;

– температура прямой сети;

– температура обратной цепи.

(3.2)

Температура насыщения пара в подогревателе:

–температурный напор;

температура насыщения в сетевом подогревателе.

По таблице термодинамических свойств воды и водяного пара находим давление насыщения :

;

Давление в отборе определяем по формуле:

, (3.3)

где .

;

Уточним давление Р₅:

(3.4)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

26

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Давление пара в отборах турбины на номинальном режиме работа принимаем по справочным данным ([15], т.3,6, стр.202).

табл. 3.1.

Принимаем потери на дросселирование в регулирующих клапанах 4 %, потери на дросселирование в клапанах перед ЧСД 15 %; относительный внутренний КПД: ЧВД = 0,8; ЧСД = 0,82; ЧНД = 0 (т.к пар пар дросселируется). ([15] п.3.5, стр.216).

По рассчитанным данным строим процесс расширения в hs-диаграмме .

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

27

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

28

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.1.3. Составление таблицы состояния пара и воды в системе регенерации.

Уточняем давление в подогревателях:

; (3.5)

где: — потери давления в паропроводах отборов.

Температура воды в подогревателях:

; (3.6)

где: - температурный напор, принимаем 4°С в ПВД, 2°С в ПНД.

Принимаем давление воды в ПНД 1,5 МПа, в ПВД:

.

Коэффициент недовыработки отборов:

(3.7)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

29

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

табл.3.2.

3.1.4. Составление баланса пара и воды.

Принимаем расход пара на турбину G_т=1. Тогда подвод свежего пара к стопорным клапанам ЦВД G_o=G_т+G^пр_упл=1+0,02=1,02G_т. Паровая нагрузка парогенератора G_пе=G_o+G_ут=1,02+0,0151,02=1,0353G_т. Расход питательной воды G_пв=G_пе+G_пр=1,0353+0,0051,0353=1,0405G_т .

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

30

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.1.5. Расчет системы ПВД.

рис.3.2. Расчётная схема ПВД.

Из таблицы 3.2 находим:

h₁=3241 кДж/кг h₂₁^оп=1077 кДж/кг

h₂=3119 кДж/кг h₂₂^оп=939 кДж/кг

h₃=2981 кДж/кг h₂₃^оп=789 кДж/кг

h_j^ох = f (P_{под j}, t_{н j}+25)

h₁^ох=2879 кДж/кг

h₂^ох=2874 кДж/кг

h₃^ох=2848 кДж/кг

h_{др 1}= С_pt_др1=4,187228=954,6 кДж/кг _; t_др1=t^оп₂₂+10=218+10=228C

h_др2= С_pt_др2 =4,187194=812,3 кДж/кг _; t_др2= t^оп₂₃+10=184+10=194С

h_др3=h_п3=794 кДж/кг

Повышение энтальпии воды в питательных насосах:

кДж/кг. (3.8)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

31

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Энтальпия воды перед ПВД 3 с учетом работы питательных насосов:

h₁₃=h^`_д+h_пн=670+19,87=689,9 кДж/кг.

Тепловой баланс для ПВД 1:

_пв(h^оп₂₁-h^оп₂₂)=₁(h^ох₁-h_др1)_п

кДж/кг, (3.9)

Где -доля отобранного пара;

- доля питательной воды на регенерацию

Тепловой баланс для ПВД 2:

(3.10)

(3.11)

_др=₁₊₂₊1/3_упл=0,0761+0,0633+1/30,02=0,1461

Тепловой баланс для ПВД 3:

(3.12)

(2.13)

Определяем нагрев воды в ОПП:

(3.14)

кДж/кг,

кДж/кг,

кДж/кг.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

32

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Уточняем энтальпии воды за подогревателями.

кДж/кг. (3.15)

кДж/кг. (3.16)

кДж/кг. (3.17)

Составляем уточненные тепловые балансы.

Для ПВД 1:

_пв(h₂₁-h₂₂)=₁(h₁-h_др1)_п (3.18)

кДж/кг , (3.19)

Для ПВД 2:

(2.20)

_др=₁₊₂₊1/3_упл=0,0694+0,0609+1/30,02=0,1370 (3.21)

Для ПВД 3:

(3.22)

Полученные данные заносим в таблицу 3.2.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

33

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.1.6. Расчет расширителей непрерывной продувки.

Для турбин типа ПТ применяется 2х ступенчатая схема расширителей непрерывной продувки.

рис.3.3. Расширители непрерывной продувки.

Давление в расширителе на 10% больше чем деаэраторах:

МПа. (3.23)

По Р_р находим: кДж/кг, кДж/кг.

По давлению в барабане котла Р_бар=14 МПа находим h_пр=h^`_бар=1572,8 кДж/кг.

Принимаем КПД расширителя _р=0,98.

Тепловой баланс расширителя:

(3.24)

(2.25)

(2.26)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

34

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Аналогично рассчитываем и второй расширитель:

где давление в расширителе:

МПа.

По Р_р находим: кДж/кг, кДж/кг.

3.1.7.Расчёт атмосферного деаэратора.

Составим уравнение материального баланса:

G^В_1,2 +G_ВЫП =G_д^1,2 +G_ок +G_р2 (3.27)

Уравнение теплового баланса:

(3.28)

При давлении 1,2 ата h_д^’1,2=439 кДж/кг.

h_д^’’1,2=2683 кДж/кг.

h_д^1,2=2688 кДж/кг.

h_ок=4,187t_ок=4,18780=334,96 кДж/кг.

h_р2^’’=2687 кДж/кг.

G_ок=0,5G_пр=0,5120=60 т/час.

G_ВЫП=0,002G_ок=0,00260=0,12 т/час. (3.30)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

35

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

G_р2=0,000355G_т (3.31)

Получим:

G_д^1,2 =3,149-0,000355G_т т/час. (3.32)

G^В_1,2=63,029 т/час.

3.1.8.Расчёт деаэратора питательной воды.

Составим уравнение материального баланса:

. (3.33)

Уравнение теплового баланса:

(3.34)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

36

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Решив систему уравнений, получим :

_ок =0,852

_д=-0,0007(т.е. вода в деаэраторе практически не греется, поэтому уменьшим температуру воды на выходе из верхнего ПНД с 151С до 143С, тогда h₂₄=602,37).

Пересчитаем систему уравнений:

_ок =0,84, _д=0,013.

2.1.10. Расчет системы ПНД.

h₄=2868 кДж/кг h₂₄=602,37 кДж/кг h_др4= 647 кДж/кг

h₅=2780 кДж/кг h₂₅=572 кДж/кг h_др5= 580 кДж/кг

h₆=2688 кДж/кг h₂₆=432 кДж/кг h_др6= 483 кДж/кг

h₇=2688 кДж/кг h₂₇=139 кДж/кг h_др7= 145 кДж/кг

h^’_т = 483 кДж/кг

рис.2.7.Расчетная схема системы ПНД.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

37

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Составим систему уравнений из тепловых балансов ПНД:

ПНД-4:

(3.35)

(3.36)

Составим систему уравнений из тепловых балансов ПНД 5-6, связанных дренажными насосами.

(3.37)

Решив систему уравнений, получим:

G₆=(0,09G_т-5,63) кг/с

G₅=(0,104G_т-0,648) кг/с

Рассчитаем конденсатор ОУ+ПС, ОЭ и ПНД-7 как один смешивающий подогреватель.

(3.38)

где

G_пс+G_оу=1/3_уплG_т (3.39)

G_дв=(_ут+^’_пр) G_т+ G_невозв=(0,015+0,005-0,00206-0,000355) G_т+ 120/(2∙3,6)=

=0,0176 G_т+16,67 кг/с (3.40)

кДж/кг

кДж/кг

Примем G₇=0, G_оэ=0,003 G_т, тогда

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

38

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Отсюда находим G_к=(0,61G_т –58) кг/с ,тогда

(3.41)

Принимаем т/ч.=107,5 кг/с.

Отсюда кДж/кг, а ^оС, что больше 60 ^оС, значит линия рециркуляции работает.

3.1.11.Определение расхода пара на турбину и проверка ее мощности.

Расход пара при теплофикационном режиме:

(2.42) т/ч.

где – электрическая мощность на клеммах генератора; – электромеханический КПД турбогенератора; – коэффициент недовыработки для отбора;

Тогда:

Расход пара на турбину:

кг/с.

Паровая нагрузка парогенератора:

кг/с.

Расход пара в конденсатор:

кг/с.

Расход пара в расширитель:

кг/с.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

39

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Продувка котла:

кг/с.

Расход пара на ПВД-7:

кг/с.

Расход пара на ПВД-6:

кг/с.

Расход пара на ПВД-5:

кг/с.

Расход пара на ПНД-4:

кг/с.

Расход пара на ПНД-3:

кг/с.

Расход пара на ПНД-2:

Расход пара на ПНД-1:

кг/с.

Мощность турбины: (3.43)

Погрешность определения мощности составляет 1,0 %.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

40

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.2. Выбор вспомогательного оборудования турбоустановки.

1. Питательные насосы выбираем на подачу питательной воды при максимальной мощности установки с запасом 5 %:

G_пн=1,05 G_пв=1,05 116,6=122,5 кг/с.

Выбираем один питательный насос 100 % производительности с одним резервным на складе типа ПЭ-500-180.

2. Конденсатные насосы выбираем по максимальному расходу пара в конденсатор с запасом:

G_кн=1,2 G_к=1,2  160=192 т/ч.

Выбираем два рабочих насоса 50 % производительности и один резервный типа КСВ-200-220.

3. Дренажные насосы выбираем без резерва ( резерв – каскадный слив ) типа КС-32-150 ( ПНД 6 ).

4. Подогреватели низкого давления выбираем типа ПН-200-16-7 I в количестве 4 штук.

5. Подогреватели высокого давления в количестве трех штук типа ПВ-425-230-35-I.

6. Деаэраторы выбираем с деаэраторной колонкой типа ДП-500М2 и деаэраторным баком типа БД-65-1.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

41

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.3. Конструктивные особенности заменяемых узлов и деталей.

3.3.1. Цилиндр высокого давления

Отливка корпуса ЦВД идентична отливке корпуса ЦВД турбины ПТ-80/100- 130/13. Передние лапы корпуса по сравнению с конструкцией корпуса турбины ПТ-80/100-130/13 подрезаны для возможности установки на имеющийся корпус переднего подшипника.

На ЦВД установлены 4 регулирующих клапана. Расточки в имеющихся приливах корпуса ЦВД для перегрузочного клапана глушатся. При этом обеспечивается вентиляция замкнутой камеры для равномерного прогрева цилиндра.

Проточная часть ЦВД имеет одновенечную регулирующую ступень и 16 ступеней давления.

Диафрагмы и обоймы ЦВД унифицированы с соответствующими узлами турбины ПТ-80/100-130/13.

3.3.2. Ротор высокого давления.

РВД - цельнокованый. По своим габаритам, расстоянию между осями подшипников, числу дисков, расстоянию между дисками, диаметрам и конструкцией уплотнений, пазам под рабочие лопатки и размерам фланца соединительной муфты РВД идентичен РВД турбины ПТ-80/100-130/13. Диаметр опорной шейки подшипника №2 уменьшен до 300мм.

Рабочие лопатки 10….17 ступеней унифицированы с рабочими лопатками турбины ПТ-80/100-130/13.1,3…9 ступеней с 1,2…8 ступенями турбины ПТ-80/100-130/13, а рабочая лопатка 2 ступени – с одной из ступеней ПО ЛМЗ из экспортных поставок.

3.3.3. Соединительная муфта.

Соединительный фланец муфты со стороны РВД цельнокованый.

Полумуфта со стороны РНД – насадная. Поставляется она с припуском по посадочной поверхности и отверстиями соединительных болтов. Соединение полумуфт и дополнительная обработка полумуфты производится на монтаже.

3.3.4. Передний подшипник.

Корпус переднего подшипника оставляется в дальнейшую эксплуатацию с изменениями, связанными с переносом сервомотора регулирующих клапанов ВД на средний подшипник. В корпус устанавливается новый опорный вкладыш D=300мм и модернизируемые узлы системы регулирования и защиты турбины, причем установленный в стуле датчик осевого сдвига и относительного расширения используется только как датчик относительного расширения ротора.

3.3.5. Опорные вкладыши подшипников РВД.

Оба опорных вкладыша РВД D=300мм. Для повышения виброустойчивости

они выполнены с лимонной расточкой без холодильников в верхней половине. При этом подача масла осуществляется непосредственно в масленый клин (с правой стороны)

3.3.6. Средний подшипник.

Корпус подшипника между ЦВД и ЦНД выполнен с размерами, обеспечивающими установку опорных лап ЦВД и ЦНД, соединение РНД с новым РВД, установку сервомотора клапанов ВД и НД.

В корпусе устанавливается: опорный вкладыш №2 РВД D=300мм, новый единый для турбоагрегата опорно-упорный подшипник с симметричной сферой, защит-

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

42

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

ный кожух полумуфты РВД-РНД датчик осевого сдвига роторов.

Площади рабочих и установочных колодок нового опорно-упорного подшипника равны между собой и составляют 1040 см², что обеспечивает несущую способность подшипника 26 тонн.

Упорный диск РНД со стороны установочных колодок протачивается для возможности установки колодок больших, чем до модернизации, размеров.

Размеры установки корпуса среднего подшипника на фундаментную раму сохранены прежними, как до модернизации ЦВД.

3.3.7. Фундаментные рамы.

Фундаментная рама среднего подшипника сохраняется старой конструкции. Для облегчения центровки турбины в объем поставки включены фундаментные рамы переднего и среднего подшипника.

3.3.8. Привод регулирующих клапанов ВД.

На ЦВД установлены 4 клапана неразгруженного типа D=125мм. По сравнению с турбиной ПТ-80/100-130/13 клапаны усовершенствованы для повышения надежности (исключения обрыва штоков). Система привода регулирующих клапанов ВД применена от турбины ПТ-80/100-130/13 .

3.3.9. Стопорный капан.

Конструкция стопорного клапана унифицирована с конструкцией стопорного клапана турбины ПТ-80/100-130/13 и выполнена в соответствии с двухниточным подводом свежего пара к клапану.

3.3.10. Тепловая схема и паропроводы турбоустановки.

3.3.10.1 Трубопровод свежего пара.

Трубопровод выполняется двухниточным из труб D=273х36 сталь 15Х1М1Ф.

Предусматривается замена : ГПЗ, запорного вентиля, регулирующего клапана на байпасе ГПЗ, всей другой арматуры. Трубопровод выполнен таким образом, чтобы в нем не было застойных зон.

3.3.10.2. Перепускные трубопроводы ВД.

Предусмотрен единый сортамент всех четырех труб D=219х32 сталь 12Х1МФ.

Для лучшего прогрева перепускных труб места присоединения к ним дренажных трубопроводов сдвинуты в сторону подъемных участков перепускных труб к регулирующим клапанам ВД.

3.3.10.3. Перепускные трубопроводы СД.

Сортамент труб – две D=273х8 и две D=325х8 сталь 20.

3.3.10.4 Трубопроводы отборов на ПВД.

Замена трубопроводов отборов на ПВД обусловлена следующими условиями:

• Трубопровод на ПВД-7, выполненный из жаропрочной стали, исчерпал ресурс времени и требует замены;

• Трубопроводы пара на ПВД-6 и ПВД-5 по сортаменту (сталь20) могли бы быть оставлены в эксплуатации. Однако, изменение конструкции ЦВД и невозможность прокладки по старым трассам, потребовали частичной замены.

5. Трубопроводы уплотнений и отсосов.

В отличие от схемы уплотнений турбины до модернизации в настоящем проекте предусмотрена схема концевых уплотнений с самоуплотнением. При этом коллектор отсоса пара на охладитель типа БО-90 используется при пуске турбины и в качестве коллектора подачи пара на концевые уплотнения.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

43

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

На трубопроводе отсоса пара из третей камеры переднего уплотнения ЦВД и первых камер заднего уплотнения ЦВД и переднего уплотнения ЦНД перед охладителем установлен регулирующий клапан Ду=300, который поддерживает избыточное давление пара «до себя» в переделах 0,01-0,02 МПа (от 0,1 до 0,2 кгс/см²). Благодаря этому пар, поступающий из камер, является уплотняющим и может быть отключена подача пара на уплотнения ЦВД и переднее уплотнение ЦНД из уравнительной линии деаэраторов. Регулятор подачи пара на уплотнения из деаэратора находится в работе и добавляет необходимое количество пара на уплотнение ЦНД и поддерживает давление пара в коллекторе 0,107…0,118 МПа (1,1…1,2 кгс/см²).

В схеме трубопроводов уплотнений заменяются все «горячие» трубопроводы. Изменение компоновки потребовало частичного изменения «холодных» трубопроводов отсоса пара на сальниковый подогреватель ПС-50.

3.3.10.6. Трубопроводы обогрева фланцев и шпилек.

Принципиальная схема обогрева фланцев и шпилек оставлена без изменения – подачей греющего пара из паропровода свежего пара в короба фланцев ЦВД и на обогрев шпилек. Внесены упрощения по подводу пара к фланцам и шпилькам по единому коллектору, что позволило уменьшить количество запорной арматуры и число предохранительных клапанов по сравнению со схемой раздельных коллекторов подвода. Регулировка прогрева фланцев и шпилек осуществляется, как регулирующим клапаном на подаче пара, так и вентилями перед коллектором сброса.

7. Трубопроводы дренажей и продувок.

В отличие от схемы до модернизации проект предусматривает разделение схемы дренажей высокого и низкого давления. Имеющийся в схеме турбины расширитель используется для дренажей низкого давления.

Вновь устанавливается расширитель дренажей высокого давления. Трубопроводы дренажей паропроводов на условное давление Р_у=20.0 МПа имеют согласно существующих норм дроссельные шайбы. С целью защиты расширителя от перегрузки при поступлении в него значительного количеств пара все остальные дренажные трубопроводы высокого давления также имеют дроссельные шайбы.

3.3.10.8. Трубопровод отбора пара 1,0…1,6 МПа.

Трубопровод отбора пара 1,0…1,6 МПа выполнен двухниточным из труб D=426х9 мм сталь 20. Из одной из этих ниток пар подается на ПВД-5, причем присоединение трубопровода на ПВД-5 производится до обратного клапана. Такое решение принято, чтобы исключить поподание пара из коллектора производственного отбора в ПВД-5 при останове турбины и закрытии обратного клапана.

Исходя из условий компоновки трубопроводов нам ТЭЦ, отвод пара на деаэратор 0,6 МПа выполнен из общестанционного коллектора 1,0…1,6 МПа. Поэтому трубопровод отбора пара 1,0…1,6 МПа до своей паровой задвижки не имеет отвода пара на деаэратор 0,6 МПа.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

44

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата