Глава 1. Расчёт тепловой схемы паротурбинной установки

1.1. Описание тепловой схемы паротурбинной установки

Типовая тепловая схема рассчитываемой паротурбинной установки (ПТУ) изображена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Типовая тепловая схема ПТУ

Установка с одноступенчатым промежуточным перегревом состоит из парогенератора (ПГ), трехцилиндровой турбины (ЦВД, ЦСД, ЦНД), конденсатора (К), конденсатного насоса (КН), системы регенеративных подогревателей, деаэратора смешивающего типа (Д), питательного насоса (ПН), турбопривода питательного насоса (ТП) и смесителя (СМ).

ПТУ имеет 6-7 (в зависимости от варианта) регенеративных подогревателей. Конденсат подогревается в 3-4 подогревателях низкого давления (ПНД) и поступает в деаэратор. После деаэратора вода питательным насосом прокачивается через три подогревателя высокого давления (ПВД) с выносными пароохладителями (ПО), подключенными по схеме Никольнего-Рикара. Все ПВД и последний по ходу питательной воды ПНД снабжены встроенными охладителями дренажа.

Если в исходных данных для расчета тепловой схемы ПТУ задан деаэратор на скользящем давлении, то он имеет самостоятельный отбор пара. Деаэратор постоянного давления подключают по греющему пару параллельно с ПВД – первым после деаэратора по ходу питательной воды.

Питательный насос имеет конденсационный турбопривод, питаемый паром из третьего отбора турбины.

Дренажи ПВД сливаются каскадно в деаэратор, а дренажи ПНД – в конденсатор.

Для изменения мощности турбины предусмотрено использование соплового парораспределения с одновенечной регулирующей ступенью.

1.2. Исходные данные и литература, необходимые

для выполнения расчета тепловой схемы ПТУ

Вариант №42
1.	Количество ПНД	4
2.	Тип деаэратора	постоянного давления
3.	Проектируемый цилиндр	ЦВД
4.	Расход свежего пара	G0	430	кг/с
5.	Давление свежего пара	P0	170	бар
6.	Температура свежего пара	T0	530	0С
7.	Температура промперегрева	Tпп	530	0С
8.	Давление пара за ЦВД	Рвд2	35,6	бар
9.	Давление пара за ЦСД	Рсд2	1,71	бар
10.	Давление в конденсаторе	Рк	0,045	бар
11.	Температура питательной воды	Тпв	265	0С
12.	Давление в деаэраторе	Рд	7	бар
13.	Абсолютная величина потери с выходной скоростью для ЦНД	∆hc2	32,5	кДж/кг
14.	Корневой диаметр основной группы ступеней ЦВД	Dвдк	0,836	м
15.	Корневой диаметр проточной части ЦСД	Dсдк	1,022	м
16.	Частота вращения ротора	n	50	об/с

1.3. Построение процесса расширения пара в турбине в I-s диаграмме цвд

1) по Р₀ = 170 бар и по t₀ = 530 ⁰C определяем:

(область перегретого пара)

i₀ = 3371,1262 кДж/кг, s₀ = 6,3744 кДж/(кг·⁰C), u₀ = 0,01915 м³/кг;

2) Р₁^вд = 0,96 · Р₀ = 0,96 · 170 = 163,2 бар;

3) по Р₁^вд = 163,2 бар и по i₁ = i₀ = 3371,126 кДж/кг определяем:

(область перегретого пара)

t₁^вд = 527,1711 ⁰C, s₁^вд = 6,3909 кДж/(кг·⁰C), u₁^вд = 0,0199 м³/кг;

4) из _opt = определяем c_s:

U_ср = π·D_ср·n , D_ср = D_к^рс + 2 · (l/2), D_к^рс = 1,2 · D_к^вд, l = 0.04 м,

D_к^рс = 1,2 · 0,836 = 1,0032 м , D_ср = 1,0032 + 0,04 = 1,0432 м ,

U_ср = π·1,0432·50 = 163,8606 м/с, φ = 0,98 , ρ = 0,05, α₁ = 10⁰,

c_s = = 330,9701 м/с;

5) h_s^рс = c_s²/2000 = 330,9701²/2000 = 54,7706 кДж/кг;

6) =

= 0,97, G = G₀ = 430 кг/c,

= Р₁^вд = 163,2 бар, = u₁^вд = 0,0199 м³/кг,

= 0,97= 0,8051;

7) i_1s^осн = i₀ – h_s^рс = 3371,126 – 54,7706 = 3316,3554 кДж/кг;

8) по i_1s^осн = 3316,3554 кДж/кг и по s₁^вд = 6,3909 кДж/(кг·⁰C) определяем:

(область перегретого пара)

Р₁^осн = 137,5246 бар;

9) i₁^осн = i₀ – h_s^рс · = 3371,126 – 54,7706 · 0,8051 = 3327,0302кДж/кг;

10) по Р₁^осн = 137,5246 бар и по i₁^осн = 3327,0302 кДж/кг определяем:

(область перегретого пара)

t₁^осн = 500,1913 ⁰C, s₁^осн = 6,4047 кДж/(кг·⁰C), u₁^осн = 0,0231 м³/кг;

11) по Р₂^вд = 35,6 бар и по s₁^осн = 6,4047 кДж/(кг·⁰C) определяем:

(область перегретого пара)

i_2s^осн = 2957,5311 кДж/кг, u_2s^осн = 0,0659 м³/кг, t_2s^осн = 293,1641 ⁰C;

12) H_s = i₁^осн – i_2s^осн = 3327,0302 – 2957,5311 = 369,4991 кДж/кг;

13) =

G_ср = ,G₁ =G₀ = 430 кг/с, G2 = 0,9 · G₀ = 0,9 · 430 = 387 кг/с,

G_ср = = 407,9338 кг/с , ξс₂ = 0,01,

ϑ_ср = ,u₁ = u₁^осн = 0,0231 м³/кг, u₂ = ……

13') первое приближение:

u₂ = u_2s^осн = 0,0659 м³/кг,

ϑ_ср = = 0,039 м³/кг,

=

= 0,8744;

14') i₂^вд = i₁^осн – H_s · = 3327,0302 – 369,4991 · 0,8744 = 3003,9401 кДж/кг;

15') по Р₂^вд = 35,6 бар и по i₂^вд = 3003,9401 кДж/кг определяем:

(область перегретого пара)

t₂^вд = 310,5352 ⁰C, s₂^вд = 6,4854 кДж/(кг·⁰C), u₂^вд = 0,0689 м³/кг;

13) второе приближение:

u₂ = u₂^вд = 0,0689 м³/кг,

ϑ_ср = = 0,03989 м³/кг,

=

= 0,8751;

14) i₂^вд = i₁^осн – H_s · = 3327,0302 – 369,4991 · 0,8751= 3003,6815 кДж/кг;

ЦСД

15) Р₁^сд = 0,94 · Р₂^вд = 0,94 · 35,6 = 33,464 бар;

16) G₁^сд = 0,85· G₀ = 0,85· 430 = 365,5 кг/с, G₁^сд = 0,8· G₀ = 0,8· 430 = 344 кг/с,

G_ср = == 354,5871 кг/с;

17) по Р₁^сд = 33,464 бар и по Т_пп = 530 ⁰C определяем:

(область перегретого пара)

i₁^сд = 3520,4027 кДж/кг, s₁^сд = 7,2665 кДж/(кг·⁰C), u₁^сд = 0,1083 м³/кг;

18) по Р₂^сд = 1,71 бар и по s₁^сд = 7,2665 кДж/(кг·⁰C) определяем:

(область перегретого пара)

i_2s^сд = 2733,772 кДж/кг, u_2s^сд = 1,0736 м³/кг, t_2s^сд = 131,80237 ⁰C;

19) H_s = i₁^сд – i_2s^сд = 3520,4027 – 2733,772 = 786,6307 кДж/кг;

20) =

ϑ_ср = ,u₁ = u₁^сд = 0,1083 м³/кг, u₂ = ……

20') первое приближение:

u₂ = u_2s^сд = 1,0736 м³/кг,

ϑ_ср = = 0,34099 м³/кг,

=

= 0,92016;

21') i₂^сд = i₁^сд – H_s · = 3520,4027 –· 0,92016 = 2796,5766кДж/кг;

22') по Р₂^сд = 1,71 бар и по i₂^сд = 2733,772 кДж/кг определяем:

(область перегретого пара)

t₂^сд = 131,8022 ⁰C, s₂^сд = 7,2665 кДж/(кг·⁰C), u₂^сд = 1,073605 м³/кг;

20) второе приближение:

u₂ = u₂^сд = 1,073605 м³/кг,

ϑ_ср = = 0,3409886 м³/кг,

=

= 0,920163;

21) i₂^сд = i₁^сд – H_s · = 3520,4027 –· 0,920163 = 2796,5742кДж/кг;

ЦНД

22) Р₁^нд = 0,98 · Р₂^сд = 0,98 · 1,71 = 1,6758 бар;

23) по Р₁^нд = 1,6758 бар и по i₁^нд = i₂^сд = 2796,5742 кДж/кг определяем:

(область перегретого пара)

t₁^нд = 162,3251 ⁰C, s₁^нд = 7,4252 кДж/(кг·⁰C), u₁^нд = 1,18454 м³/кг;

24) по Р_к = 0,045 бар и по s₁^нд = 7,4252 кДж/(кг·⁰C) определяем:

(область влажного пара)

i_2s^нд = 2250,5348 кДж/кг, х = 0,87365;

25) по s₁^нд = 7,4252 кДж/(кг·⁰C) определяем:

(пограничная кривая)

р''^нд = 0,8248 бар, i''^нд = 2667,9528 кДж/кг, t^нд = 94,3392 ⁰C;

26) H_s = i₁^нд – i_2s^нд = 2796,5742 – 2250,5348 = 546,0394 кДж/кг;

27) H_s^вл = i''^нд – i_2s^нд = 2667,9528 – 2250,5348 = 417,418 кДж/кг;

28) =

= == 0,882531,

= = 0,8,

= 32,5 кДж/кг, y₁ = 0;

28') первое приближение:

y₂ = 1 – х = 1 – 0,87365 = 0,12635,

= =1 – 0,8 · = 0,94946,

= = 0,78891478;

29') i₂^нд = i₁^нд – H_s · = 2796,5742 –· 0,78891478 = 2365,7956кДж/кг;

30') по Р_к = 0,045 бар и по i₂^нд = 2365,7956 кДж/кг определяем:

(область влажного пара)

s_2s^нд = 7,8041 кДж/(кг·⁰C), х = 0,921146;

28) второе приближение:

y₂ = 1 – х = 1 – 0,921146 = 0,078854,

= =1 – 0,8 · = 0,9684584,

= = 0,80173202;

29) i₂^нд = i₁^нд – H_s · = 2796,5742 –· 0,80173202= 2358,7969 кДж/кг;