3 Теплові і матеріальні баланси елементів
ТЕПЛОВОЇ СХЕМИ
3.1 Розрахунок сепараторів безперервної продувки котла
Сепаратори – розширники застосовуються для зниження втрат теплоти з продувною водою. Пара з розширників направляється в лінії регульованих доборів турбіни чи в деаератор. Допускається підключення випару до регенеративних підігрівників низького тиску. Звичайно, використовують 1-2 ступені розширення. Схема двоступінчастого сепаратора безупинної продувки приведена на рис. 3.1.
Кількість пари, з першої ступені розширення,
ДПР1
=
,
(3.1)
де hПР – ентальпія киплячої води при тиску пари в барабані котла, кДж/кг;
r1 – теплота паротворення при тиску РПР1, що приймається рівною тиску в деаераторі;
h'1 – ентальпія продувної води після першої ступені сепаратора при РПР1, кДж/кг.
Витрата продувної води на виході з розширника,
G'ПР= GПР – ДПР1, кг/с (3.2.)
Аналогічно розраховується друга ступінь розширника
ДПР2=
, (3.3)
де h'2 – ентальпія продувні води після другої ступені сепаратора при РПР2, кДж/кг. Тиск РПР2 можна прийняти рівним 0,12 МПа;
r2 – теплота паротворення при тиску РПР2.
Кількість води, що зливається,
G"ПР= G'ПР – ДПР2, кг/с (3.4)
Витрата хімічно очищеної (додаткової) води для заповнення внутрішніх і зовнішніх втрат у циклі станції,
GХОВ = G"ПР +GУТ +(1 - ) ДП + ДКСН + ДПРОЧ, (3.5)
1 – перша ступінь розширення; 2 – друга ступінь розширення;
3 – охолоджувач продувки
Рисунок 3.1 – Двоступінчастий розширювач неперервної
продувки котла
GХОВ = G"ПР +УТДТ +(1 - ) ДП + КСНДТ + ДПРОЧ,, (3.6)
де - частка повернення конденсату від зовнішніх споживачів (за завданням);
ДП – витрата пари промисловими споживачами, кг/с;
УТ - частка внутрішніх утрат, УТ=0,007÷0,013;
ДПРОЧ - інші втрати, які зв’язані з деаерацією підживлення тепломережі (витрати пари на деаератор тиском 0,12 МПа).
3.2 Розрахунок регенеративної схеми
Розрахунок схеми починають із першого від котла підігрівника високого тиску. Витрати гріючої пари, із регенеративного добору на підігрівник визначають із рівнянь теплового балансу підігрівника, приймаючи, що пара добору конденсується без переохолодження конденсату. Для наочності розрахунку складається схема підігрівника з усіма вхідними й вихідними потоками пари, конденсату, живильної води чи зображується група підігрівників. Для приклада може служити рис. 3.2, із трьома підігрівниками високого тиску.
Витрата пари на ПВД1,
Д1=
, кг/с (3.7)
де hПВ, h'В1 – відповідно, ентальпія води на виході з ПВД1 і ПВД2, кДж/кг (див. табл. 2.1);
h1, hДР1 – відповідно, ентальпія гріючої пари, і конденсату ПВД1, кДж/кг (див. табл. 2.1);
Т – ККД підігрівника.
Аналогічно, витрата пари для підігрівника високого тиску ПВД2,
Д2
=
, кг/с (3.8)
Для розрахунку витрати пари на ПВД3 спочатку визначають ентальпію живильної води на вході в ПВД3 з урахуванням її підвищення в живильному насосі в зв'язку з підвищенням тиску води від тиску в деаераторі РД до тиску після насоса РПН=1,25 Р0.
в
котел
ПВД1
hПВ
Р1;
Д1;
h1
hДР1 ПВД2 h'В1 Р2; Д2; h2
hДР2 ПВД3 h'В2 Р3; Д3; h3
hДР3
в
деаератор
GПВ;
h'Д
GПВ;
hД
←
з
деаератора
ПН
Рисунок 3.2 – Схема підігрівників високого тиску
Середній тиск насоса РПНср=(РПН+ РД)/2. По цьому тиску знаходять середній питомий обсяг води в живильному насосі - порівн. Тоді підвищення ентальпії живильної води в насосі
,
(3.9)
де Н – ККД насоса.
Ентальпія живильної води на вході в ПВД3
h'Д =hД + ∆hПН
Витрата пари на ПВД3,
Д3
=
,
кг/с (3.10)
Далі
переходять до розрахунку деаератора.
При розрахунку деаератора звичайно невідомими є два потоки: потік гріючої пари, на деаератор ДД і потік основного конденсату турбіни ДКД. Схема основних потоків деаератора приведена на рис. 3.3.
ДПР1
ДКД
Д1 +Д2 + Д3 ДД
GПВ
GУТ
ПН
Рисунок 3.3 – Схема потоків деаератора
Для визначення невідомих значень використовують рівняння матеріального і теплового балансів деаератора.
Рівняння матеріального балансу
Д1 + Д2 + Д3 + ДПР1 + ДД + ДКД = GПВ + GУТ. (3.11)
Рівняння теплового балансу складається на основі матеріального балансу, шляхом множення кожної з витрат на відповідне значення ентальпії:
[(Д1+Д2+Д3)hДР3 +ДПР1hПР1 +ДДhД]Т +ДКДhКД = (GПВ + GУТ)hД, (3.12)
де hКД – ентальпія основного конденсату на вході в деаератор, кДж/кг.
Вирішуючи спільно рівняння (3.11) і (3.12) знаходять витрати ДД і ДКД.
За знайденим значенням витрати основного конденсату, що надходить у деаератор, визначають витрати пари на підігрівники низького тиску. Прикладом складання схеми підігрівників низького тиску може служити рис. 3.4.
Витрата пари на ПНД4,
Д4=
,
кг/с (3.13)
Аналогічно знаходиться витрата пари для ПНД5
Д5=
,
кг/с (3.14)
На підставі матеріального балансу визначається витрата пари, який надходить у конденсатор турбіни,
ДК = ДТ – (Д1 +Д2 +Д3 +ДД +ДП +Д4 +Д5 +ДВС +Д6 +ДНС +Д7 +ДОУ +ДЭЖ). (3.15)
ДДВК – витрата додаткової води і конденсату від споживачів.
Рисунок 3.4 – Схема підігрівачів низького тиску
Невідомими значеннями в (3.15) є витрати Д6 і Д7.
Кількість конденсату, що проходить через ПНД 7
Д'К =ДК +Д7 +ДОУ +ДОЭ. (3.16)
Якщо додаткова (хімічно очищена) вода подається в конденсатор, то в (3.16) необхідно врахувати ДДВ.
Підставляючи в (3.16) значення ДК із (3.15) одержимо вираження для Д'К з невідомою витратою Д6.
Витрата пари на ПНД 7
Д7
=
.
(3.17)
Напишемо рівняння теплового балансу для ПНД 6,
[Д6(h6 – hДР6) + ДПР2( hПР2 – hДР6)] +[(Д4 + Д5)(hДР5 – hДР6)] =
= (Д'К + ДНС) (h'К6 – hК6). (3.18)
Вирішуючи це рівняння відносно Д6, одержимо витрату пари на ПНД 6,
(3.19
За знайденим значенням Д6 визначаємо витрати Д7, Д'К і ДК.
Для уточнення значення конденсату на вході в ПНД 5 складемо рівняння теплового балансу – змішання конденсату:
ДКД hК5 = ДДВК hДВК + ДВС hВС + (Д6 + ДПР2) hДР6+ (Д'К + ДНС) h'К6 +
+(Д4 + Д5) hДР6. (3.20)
Відкіля значення ентальпії
hК5 = (ДДВК hДВК + ДВС hВС + (Д6 + ДПР2) hДР6+ (Д'К + ДНС) h'К6) +
+(Д4 + Д5) hДР6)/ ДКД. (3.21)
Аналогічно для ентальпії на вході в ПНД 6:
(Д'К + ДНС) hК6 = ДНС hНС + Д'К h'К7, (3.22)
відкіля визначаємо значення hК6.