10151

3

ВВЕДЕНИЕ

В пособии рассматривается методика расчета тепловой схемы двух-

контурной утилизационной парогазовой установки (ПГУ) с одной или несколь-

кими газовыми турбинами без промежуточного перегрева пара. Задания на ти-

повой расчет представлены в приложении П.1.

4

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ

ТУРБИНОЙ

Перед расчетом тепловой схемы должны быть известны или выбраны

следующие величины:

1.Химический состав топливного газа и его плотность ρт.г..

2.Тепловая схема ПГУ:

-количество газотурбинных установок (ГТУ), питающих паротурбинную установку;

-схема питания деаэратора греющим паром;

-тип котла-утилизатора (горизонтальный или вертикальный);

-схема питания контуров КУ питательной водой и расположения в нем поверхностей нагрева рабочего тела.

3. Тип и характеристики ГТУ для номинального режима.

Для ГТУ должны быть известны следующие параметры:

-номинальная мощность ГТУ на зажимах электрогенератора NэГТУ ;

-абсолютный электрический КПД ГТУ ηГТУэ ;

-расход воздуха Gв на входе в компрессор;

-температура θd и энтальпия ld уходящих газов ГТУ;

Как правило, тип используемой ГТУ задается преподавателем из но-

менклатуры ГТУ различных производителей, представленных в прил. 2.

4.Давление в конденсаторе рк.

5.Давления пара перед стопорными клапанами высокого давления (ВД)

p0ВД и низкого давления (НД) p0НД паровой турбины.

Строго говоря, давления можно окончательно выбрать только после рас-

чета процесса расширения пара в паровой турбине, определения конечной влажности и оптимизации всех параметров тепловой схемы ПГУ.

деаэратора). При реальных температурах за ГГУ такие параметры обеспе-

чивают приемлемую конечную влажность и экономические показатели ПГУ,

близкие к оптимальным.

В результате расчета тепловой схемы должны быть получены:

- параметры пара и воды по всему тракту (давления, температуры, влаж-

ность, энтальпии и расходы); - количество теплоты, передаваемое от греющих газов к рабочему телу

(пару или воде) каждым элементом КУ; - процесс расширения пара в турбине, КПД и внутренние мощности отсе-

ков паровой турбины;

-электрическая мощность на зажимах генератора паровой турбины (ПТ);

-электрическая мощность парогазовой установки;

-КПД котла-утилизатора;

-КПД паросиловой установки (ПСУ);

-абсолютный электрический КПД паротурбинной установки;

-КПД парогазовой установки.

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИОННОЙ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Типовая схема двухконтурной парогазовой установки

Перед началом расчета рекомендуется изучить устройство двухконтурной ПГУ [1]. На рис. 1 показан пример принципиальной тепловой схемы утилиза-

ционной двухконтурной ПГУ, на базе которой будут даваться все последующие пояснения.

ГТУ вырабатывает электрическую мощность NэГТУ , а ее уходящие газы направляются в котел-утилизатор (КУ), имеющий два контура генерации пара.

6

Контур ВД генерирует пар ВД в количестве D0ВД и направляет его в паровую турбину. Расширившись в части высокого давления (ЧВД) турбины, этот пар смешивается с паром, генерируемым контуром НД. Суммарный поток пара расширяется в части низкого давления (ЧНД) и поступает в конденсатор. В ре-

зультате паровая турбина вырабатывает мощность NэПТ .

Рис. 1. Принципиальная схема типичной двухконтурной утилизационной ПГУ.

Из конденсатора конденсат отработавшего в турбине пара конденсатным электронасосом (КЭН) направляется в газовый подогреватель конденсата

(ГПК). Перед входом в КУ к конденсату подмешивается часть конденсата, на-

гретого в ГПК (рециркуляция Dp), и на входе в КУ обеспечивается температура конденсата tкГПК , исключающая коррозию выходных поверхностей нагрева КУ.

Расход конденсата (D0ВД D0НД Dд), где D0НД – расход пара НД, Dд – расход греющего пара в деаэратор, направляется из ГПК в деаэратор для термической деаэрации, осуществляемой нагревом конденсата паром из контура НД.

7

Из аккумуляторного бака деаэратора питательная вода разводится на кон-

туры ВД и НД. Питательными электронасосами НД (ПЭННД) питательная вода подается в барабан НД. Образующийся насыщенный пар поступает в паропере-

греватель НД (ППНД), перегревается и направляется в количестве Dд в деаэра-

тор для нагрева конденсата; остальной пар НД направляется в камеру смешения паровой турбины.

Питательные электронасосы ВД (ПЭНВД) подают расход питательной воды D0ВД из деаэратора в экономайзер ВД (ЭВД), из которого она поступает в барабан ВД, а из него уже в виде насыщенного пара – в пароперегреватель ВД

(ППВД). Из ППВД перегретый пар поступает в паровую турбину.

2.2 Выбор опорных значений расчетной схемы

Перед расчетом схемы следует выполнить две подготовительные опе-

рации.

Необходимо получить зависимость энтальпии газов lг, покидающих ГТУ от температуры θг . Для конкретной ГТУ она определяется химическим соста-

вом топлива. Методика получения этой зависимости представлена в прил. 3.

Необходимо во всех узловых точках тепловой схемы нанести расходы сред так, как указано на рис. 1. Целесообразно в качестве неизвестных принять расходы пара контуров ВД D0ВД и НД D0НД , а расходы в других точках выразить через эти величины с помощью соотношений материального баланса. При этом возникают и другие неизвестные, в частности расход рециркуляции конденсата

Dp и расход греющего пара на деаэратор DД . На рис. 1 в качестве примера по-

казаны расходы пара и конденсата в тракте конкретной двухконтурной ПГУ,

полученные таким образом.

Расчет схемы двухконтурной ПГУ (рис. 1) начинается с выбора неко-

торых опорных параметров рабочего тела (пара и воды).

8

Одним из основных параметров является начальная температура пара t0ВД

на выходе из контура ППВД. Чем она больше, тем выше КПД паротурбинного цикла и меньше конечная влажность. Поэтому ее следует выбирать максималь-

но возможной, но, естественно, меньше температуры уходящих газов ГТУ θd и

такой, чтобы обеспечить надежность паровпускной части паровой турбины.

При этом с уменьшением разности

δt0ВД 20 30 C.

Второй опорной точкой является температура питательной воды tкГПК на входе в ГПК. Исключение коррозии выходных поверхностей КУ при работе ГТУ на природном газе требует иметь tкГПК на уровне 60 65 C. Ее повыше-

ние приводит к увеличению температуры уходящих газов КУ θКУух , снижению КПД КУ и, следовательно, всей ПГУ. Для обеспечения необходимой темпера-

туры питательной воды tкГПК используется рециркуляция части нагретого в ГПК конденсата на его вход в количестве Dp.

Третьей опорной точкой является давление в деаэраторе рд, привязанное к источнику его питания. Если для этой цели используется пар, генерируемый контуром НД КУ, то в этом случае давление в деаэраторе рд должно быть меньше давления пара, генерируемого контуром НД.

Температура конденсата tкД , поступающего из ГПК в деаэратор, должна быть ниже температуры насыщения в деаэраторе на значение tд (5 8) С.

2.3 Тепловой расчет котельной установки

Котельная установка (см. рис. 2) двухконтурной ПГУ включает собст-

венно КУ, деаэратор, ПЭНВД и ПЭННД, а также электронасосы рециркуляции конденсата (ЭНРК). Располагая параметрами уходящих газов ГТУ, свежего па-

9

ра и температурой питательной воды на входе в ГПК можно приступить к рас-

чету КУ, целью которого является определение параметров пара, воды и газа по его тракту и количества теплоты, передаваемой в отдельных элементах КУ.

Рис. 2. Схема котельной установки двухконтурной ПГУ.

Располагая параметрами уходящих газов ГТУ, свежего пара и температу-

рой питательной воды на входе в ГПК можно приступить к расчету КУ, целью которого является определение параметров пара, воды и газа по его тракту и количества теплоты, передаваемой в отдельных элементах КУ. Это позволит в дальнейшем определить их поверхность и выбрать конструктивные формы.

При расчете КУ любого типа необходимо учитывать, что тепло передает-

ся от горячих газов ГТУ к воде и пару, и поэтому в любой точке КУ температу-

ра газов θ всегда выше, чем температура воды или пара. Вместе с тем, чем меньше разность этих температур (температурный напор), тем большая часть тепла уходящих газов ГТУ передается в паротурбинный контур.