Основное назначение турбины 3 страница

i_к = ~ 550,i’_k = ~ 30, t_в2 =25° С, t_в1= 15° С

Абсолютное значение расхода охлаждающей воды:

G_в / D_к= m = (i_к –i’_k)/ С_в ∙ (t_в2 - t_в1) ≈ 50

Сколько необходимо воды для конденсации одного кг пара (примерно 50)

m= 40÷120 кг охл. воды / кг пара

2) Уравнение теплопередачи

D_к (i_к –i’_k) = F ∆t_ср ∙ k

[кг/ч] ∙ [ккал/кг] = [ккал/ч]=[м²] ∙[град] ∙ [ккал/(м² ∙ ч ∙ град.)]

Где k – коэффициент теплопередачи, ∆t_ср – средняя температура напора, F/ D_к– тепловая нагрузка

∆t_ср= (∆t_б - ∆t_м )/ [ln (∆t_б /∆t_м)]

t_к - t_в2 = ∆t_м

t_к - t_в1 = ∆t_б

Циркуляционные насосы характеризуются малым напором и большим расходом охлаждающей воды. Конденсационные насосы - достаточно большим напором, приблизительно 0,35÷6 атм. и относительно небольшим расходом пара в количестве Д_к. Эжекторы бывают одноступенчатые и многоступенчатые.

Лекция 14.

Тепловые электростанции (ТЭС).

(работающие на органическом топливе)

Тепловые схемы бывают развернутые, принципиальные (в которых указываются все пути, по которым движется рабочее тело как в виде воды, так и в виде пара; регенеративные подогреватели, насосы, парогенератор, турбины и электрогенераторы), монтажные.

Принципиальная тепловая схема с регенеративным подогревом питательной воды.

Подогрев питательной воды осуществляется в регенеративных подогревателях, которые могут быть смешивающего и не смешивающего(поверхностного) типа.

Схема регенеративного подогрева питательной воды с подогревателями смешивающего типа (схема №1).

Рисунок 47.

Рп- регенеративный подогреватель. Достоинством этой схемы является то, что можно нагреть воду в каждом регенеративном подогревателе до температуры насыщения греющего пара. Всякая регенерация повышает КПД.

Схема регенеративного подогрева питательной воды с подогревателями поверхностного типа (Схема №2).

В Рп пар с рабочим телом не перемешиваются. Пар – греющий, вода – обогреваемая.

При такой схеме нельзя нагреть воду до температуры насыщения греющего пара. В отличие от схемы №1, здесь необходимо заботиться о сливе конденсата греющего пара. Но с другой стороны минимальное количество насосов (ставят два насоса) и хорошая управляемость.

Комбинированная схема регенеративного подогрева питательной воды (подогреватели смешивающего и поверхностного типа). Схема №3.

1- насос, повышающий давление к тракту основного конденсата; 2 - добавочная вода (химически очищенная вода); 3- конденсат греющего пара из ПВД; Д – деаэратор (смешивающего типа).

Расчет схемы регенеративного подогрева питательной воды (смотри схему №3).

В результате расчета тепловой схемы будут определены расход пара на турбину D₀, расход пара в конденсаторе D_к, расход пара регенеративных отборов D₁, D₂, D₃,а также расход добавочной воды D_хов и расход питательной воды D_пв.

Расчет будет производиться при номинальной мощности турбины (N_н).Для расчета задано:

- начальные параметры пара (p_o, t_o);

- давление на выходе из турбины (p_к);

- давление отборов (p₁, p₂, p₃);

- внутренний относительный КПД (η_oi) отсеков турбины (от p_o до p₁; от p₁ до p₂; от p₂ до p₃; от p₃ до p_к), либо может быть задан процесс расширения пара в турбине в IS диаграмме;

- потери питательной воды и температура химически очищенной (добавочной) воды.

η_мех; η_ген заданы

η_мех* η_ген =0, 98

η_oi1= (i_o – i₁)/( i_o – i_1a);

η_oi2= (i₁ – i₂)/( i₁ – i_2a);

η_oi3= (i₂ – i₃)/( i₂ – i_3a);

η_oik= (i₃ – i_k)/( i₃ – i_ka);

Лекция 15.

d^б/р_н= 860/[(i_o – i_k)*η_м *η_г]

D^б/р_о= d^б/р_н*N_н

С регенерацией:

D_пв= D_о (без потерь)

D_пв= D_о*(1+α_потерь), где α_потерь= [0,03; 0,06]= α_утечки+ α_{продувки} (для барабанных котлов)

D_потерь= α_потерь*D_о= D_хов

D_хов= α_потерь*D_о

Определение температуры и энтальпии питательной воды:

t_пв1 (может быть задана и не задана) = t_н1 – Δt, где Δt – температурный напор (недогрев), равный [5^о; 8^о].

t_пв2 (на выходе из деаэратора) = t_н2

t_пв3 = t_н3 – Δt.

Давление в деаэраторе 6 – 7 атм., на выходе из конденсатного насоса > 10атм., в ПДВ около 170 атм. и выше. Энтальпия питательной воды численно равна температуре питательной воды ( принято условно) при работе в системе кал (в IS диаграмме). Для определения расхода пара в отборы необходимо составлять тепловые балансы соответственно ПВД, деаэратора и ВНД. Тепловые балансы начинают рассчитывать с подогревателя против хода воды по ходу пара.

1) Тепловой баланс подогревателя высокого давления:

ПВД – подогреватель поверхностного типа. Правило составления баланса для подогревателя поверхностного типа: количество тепла отданное греющим агентом (в данном случае пар из Д₁) должно равняться количеству тепла, воспринятому обогреваемым агентом (в данном случае питательная вода).

Q_греющ.= D₁*( i₁ – i^’₁)*η_пвд, где η_пвд=[0,5%; 1%]

Q_{обогрев.}= D_пв*( i_пв1 – i_пв2)

D₁*( i₁ – i^’₁)* η_пвд= D_пв*( i_пв1 – i_пв2)= D_о*(1+α_потерь)* ( i_пв1 – i_пв2)

D₁= D_о*(1+α_потерь)* ( i_пв1 – i_пв2)/ [( i₁ – i^’₁)*η_пвд]

D₁= α₁*D_о – расход пара D₁ в долях от D_о;

2) Деаэратор (Д) – подогреватель смешивающего типа. Правило оставления теплового баланса для подогревателя смешивающего типа: количество тепла, которое привносится в подогреватель со всеми входящими потоками должно равняться количеству тепла, которое выносится со всеми выходящими потоками.

D_пв* i^’₂= [D₂* i₂ + i_пв3*( D_к+ D₃) + D_хов* i_хов + D₁* i^’₁]* η_q,

где η_q – потери тепла в окружающую среду (около 5%).

Расходы смотрим по всей схеме в целом, а энтальпии у подогревателя.

D_хов= α_потерь* D_о

d₁= α₁* d_о

D_пв= (1+α_потерь )* D_о

Для определения Д₃+ Д_к необходимо составить материальный баланс:

D_о= D₁+ D₂+ D₃+ D_к

D₃+ D_к= D_о- D₁- D₂ = D_о- α₁* D_о - D₂ = (1- α₁)* D_о - D₂;

D₂= α₂* D_о

3) Подогреватель низкого давления (ПНД) – подогреватель поверхностного типа.

D₃*( i₃ – i^’₃)* η_пвд= (D₃+ D_к )* ( i_пв3 – i_см)

D₃* i^’₃+ D_к* i^’_к= (D₃+ D_к )* i_см

i_см= (D₃* i^’₃+ D_к* i^’_к)/ (D₃+ D_к )

D_к (из материального баланса) = D_о- D₁- D₂ –D₃

Таким образом D₃= α₃* D_о
Существует два варианта составления баланса ПНД:

D₃*( i₃ – i^’₃)* η_пвд= D₃*( i_пв3 – i^’₃)+ D_к*( i_пв3 – i^’_к)

D_о= x* d_н*N_н+(1-x) d_н*N+Σy_j* D_j,

Где D_j – расход пара в отбор;

х – коэффициент холостого хода;

N_н – номинальная мощность;

N – мощность;

d_н - удельный расход пара при номинальной мощности без регенерации.

N = N_н

D_о= d_н*N_н+Σy_j* D_j, где y_j – коэффициент недовыработки электроэнергии.

Лекция 16.

D₃*( i₃ – i^’₃)* η_пвд= D₃*( i_пв3 – i^’₃)+ D_к*( i_пв3 – i^’_к)

Д₁= α₁*D_о

D₂= α₂* D_о

D₃= α₃* D_о

D_к= D_о- D₁- D₂- D₃

D_о= x* d_н*N_н+(1-x) d_н*N+Σy_j* D_j

D_о= d_н*N_н=Σy_j* D_j

D_о= d_н*N_н+y₁*α₁*D_о+ y₂*α₂*D_о+ y₃*α₃*D_о

y₁= (i₁ – i_к)/( i_o – i_к); y₂= (i₂ – i_к)/( i_o – i_к); y₁= (i₃ – i_к)/( i_o – i_к);

Для случая без промышленного перегрева:

D_о*( 1-y₁*α₁- y₂*α₂- y₃*α₃)= d_н*N_н

D_о= d_н*N_н/(1-Σy_j* Д_j)

D_о= 860* N_н/[(i_o – i_k)*η_м *η_г*(1-Σy_j* α_j)]

D_о= d_н^с/р*N_н, где d_н^с/р= d_н^б/р*(1-Σy_j* Д_j)

Для проверки данного расчета необходимы мощности пара, идущего в отбор:

1) 860* N₁= D₁* (i_o – i₁)*η_м *η_г;

2) 860* N₂= D₂* (i_o – i₂)*η_м *η_г;

3) 860* N₃= D₃* (i_o – i₃)*η_м *η_г;

4) 860* N₄= D₄* (i_o – i₄)*η_м *η_г;

Где η_м *η_г=[0,9; 0,97]

Σ N_j= N₁+ N₂+ N₃+ N₄= N_ном (при номинальном режиме)

Эффект от регенеративного подогревателя.

q^с/р= d^с/р*(i_o – i_пв)

d^с/р> d^б/р

q^б/р= d^б/р*(i_o – i^’_к)

q^с/р> q^б/р

(i_o – i_пв)< (i_o – i^’_к)

Эффект от регенеративного подогрева воды приводит к тому, что термический КПД цикла Ренкина с регенерацией больше, чем термический КПД без регенерации.

η^р_t > η_t

Δη= (η^р_t - η_t)/ η_t= η^р_t / η_t – 1

Регенерация приводит к увеличению КПД. Но этот эффект может быть больше или меньше.

Определение оптимального давления отборного пара и температуры регенеративного подогрева питательной воды.

1) Предположим, что задано t_пв1, а количество регенеративных подогревателей z = 1. Тогда оптимальным давлением регенеративного подогрева является то максимальное значение, при котором можно нагреть воду до заданной температуры.

Оптимальным давлением отбора пара из турбины будет то минимальное давление, при котором мы можем нагреть питательную воду до заданной температуры.

2) t_пв не задано.

Рисунок52.

Рисунок 53.

Если учесть, что регенеративный подогреватель требует затрат, то с увеличением количества регенеративных подогревателей эти затраты будут расти и в конечном итоге затраты превысят эффект от регенеративного подогрева → дальнейшее увеличение количества регенеративных подогревателей не эффективно. Поэтому в современных турбинах количество регенеративных подогревателей не превышает 7 – 10.

Методы определения оптимальной температуры питательной воды подогрева.

Общее количество тепла, которое требуется для подогрева питательной воды, будет определяться по следующему выражению:

Q_пв= i^’_кот - i^’_к

И тогда количество ступеней подогрева и количество тепла в каждой ступени:

q_ступ = (i^’_кот - i^’_к)/(z + 1) = const

Поэтому:

i_пв1 = i^’_кот - q_ступ

i_пв2 = i_пв1 - q_ступ

Если задана t_пв, то:

Q_пв= i_пв1 - i^’_к

q_ступ = (i_пв - i^’_к)/z - это способ равномерного распределения тепла между ступенями подогрева.

Существует ряд других способов. Например, распределение t_пв в геометрической прогрессии.

Лекция 17.

Отпуск тепла с ТЭЦ.

Всех потребителей тепла можно разделить на 2 категории:

1. расход тепла (потребление) зависит от климатических условий (отопление и вентиляция);

2. расход тепла не зависит от климатических условий (горячая вода).

Тепло может отпускаться в виде пара, либо в виде горячей воды. Вода как теплоноситель для отопления имеет преимущества перед паром (нужен меньше диаметр труб + меньше потерь). Вода готовится в сетевых подогревателях (основных и пиковых). Пар же отпускается только на технологические нужды. Он может отпускаться непосредственно из отбора турбины либо через паропреобразователь.

При расчете расход тепла на отопление учитывается:

– площадь квартиры

– разница температуры на улице и в доме

– отопительная характеристика здания

Q =Væ(t_внутр – t_наруж)

[ккал/ч] = [м³]*[ккал/м³·ч·ºС]*[ºС]

где Q – расход тепла в единицу времени Гкал/ч или ккал/ч

æ(каппа) – сколько тепла теряется 1 м³ здания в единицу времени при изменении тепла на 1 градус. Изменяется в пределах от 0,45 до 0,75

Q

отопление

вентиляция

+18 +8-10 -26 t_пара, ^oC

Рисунок 55.

Годовой отпуск тепла на отопление.

Q

Гкал/ч

Пиковая часть

отопление

Основная часть

Горячая вода

0 550 5500 8760 n

количество часов, где пиковая нагрузка

Рисунок 56.

Для расчета тепла со станции на отопление используются коэффициенты теплофикации:

α_ТЭЦ = Q_отбор/Q_сети

где Q_отбор – то количество тепла, которое мы отбираем из отбора турбины

Q_сети – то количество тепла, которое мы должны сообщить сетевой воде на станции

Схема отпуска тепла с ТЭЦ

Теплоподготовительные системы (ТПС):

- теплофикационная установка (ТУ)

- общестанционная установка (ОУ)

Существуют 2 вида ТПС:

1) для ТЭЦ с турбинами мощностью 25 МВт и меньше, а так же ГРЭС большой мощности. Для этого типа ТПС теплофикационная установка турбины состоит из основного и пикового подогревателя, а общие станционные установки включают: сетевые насосы, установки по умягчению подпиточной воды, насосы и деаэраторы подпиточной воды

2) для ТЭЦ с турбинами мощность которых больше 50 МВт. Для этого типа теплофикационные установки турбины состоят из 2-х последовательно включенных основных подогревателей (верхний и нижний) и насосов сетевой воды с 2-ч ступенчатой перекачкой: 1 насос стоит до нижнего основного подогревателя, а насос 2-ой ступени – после верхнего основного подогревателя. Обще станционные установки состоят из пикового водогрейного котла (ПВК), установок по умягчению подпиточной воды, деаэраторов и насосов подпиточной воды.

Схема теплофикационной установки первого типа.

Рисунок 57.

РОУ – редукционно-охладительная установка

Температура сетевой воды зависит от температуры наружного воздуха. Если температура наружного воздуха = 26 градусам, то на выходе из пикового подогревателя температура сетевой воды должна быть приблизительно 135 –150 ºС

Температура сетевой воды на входе в основной подогреватель ≈ 70 ºС

Конденсат редуцированного пара из пикового подогревателя сливается в основной подогреватель и далее проходит путь вместе с конденсатом греющего пара.

Лекция 18.

t_св t_под = 135 ^oC

t_обр = 70 ^oC

0 -26 t_{наруж воздуха,} ^оC

Рисунок 58.

Подогретая сетевая вода, уходящая со станции, называется прямой сетевой водой или подающей сетевой водой.

Возвращаемая сетевая вода – обратная сетевая вода.

В батареи сетевая вода поступает с температурой примерно 90 ºС

Схема теплофикационной установки второго вида

Рисунок 59.

ПВК – пиковый водогрейный котел (вода нагревается за счет сжигания топлива)

Давление регенеративных отборов колеблется в пределах 0,5 –2,5 атм и зависит от температуры наружного воздуха.

Способы покрытия пиковой тепловой нагрузки:

- за счет редуцированного пара из РОУ;

- если на станции используется турбины типа ПТ и производственной отбор не загружен, то для покрытия пика нагреватели в 1-ой рассмотренной схеме могут использовать для ПП пар из производственного отбора;

- с помощью ПВК.

Определение расхода тепла для тепло подготовительной установки.

Q_отбор =D_отбор(i_отбор – i^’_отбор)

Q_сети = G_сети (i_под –i_обр), Гкал/ч

G_сети – расход сетевой воды, зависит от температуры наружной среды (задан)

α_тэц = Q_отбор/Q_сети = 0,4-0,6

Q_отбор = α_тэц*Q_сети

α_{тэц год} = Q_{отбор год} /Q_сети* 0,85 (0,95)

Выработка электроэнергии на тепловое потребление.

860Nэ = D_отбор(i₀ – i_отбор )η_м*η_г

Q_отбор = D_отбор(iI_отбор – i’_отбор)/10⁶

[Гкал/ч] = [кг/ч]*[ккал/кг]

N_эл/Q_отбор = [кВт·ч/Гкал] = W_т

W_т – удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении

W_т = [(i₀ – i_отбор)η_м*η_г*10⁶] / [(i_отбор – i’_отбор)*860]

i_отбор зависит от Р_отбор пара, поэтому чем меньше давление тем выше экономность турбины (Р ≈ 0,5 – 2,5)

Водоподготовка.

Отработка воды, поступающая из природного источника на питание пара генератора для различных технологических целей.

Водоподготовка заключается в освобождении от грубодисперсных и коллоидных примесей, а так же содержащихся в воде солей, тем самым предотвращается отложение накипи, унос солей паром, коррозии металлов.

Водоподготовка включает следующие основные методы обработки:

1. осветление – удаление из воды коагуляцией, отстаиванием и фильтрованием коллоидных загрязнений;
2. умягчение – устранение жесткости воды, осаждением солей кальция и магния известью и содой либо катионированием;
3. обессоливание – либо ионным обменом, либо дистилляцией;
4. обескремниевание;
5. удаление растворенных газов – термическим или химическим методом.

Лекция 19.

Дисперсная система – это когда в каком-либо веществе распределены другие вещества в виде мелких частиц.

Грубодисперсная система (взвешенные вещества) – характеризуются весовым количеством мг/л.

Коллоидная система – дисперсная фаза, имеющая размер 1 -100 мини микрон (10^-6мм).

Растворенные вещества – молекулярно-дисперсные вещества.

Коагуляция – укрупнение мелких частиц с помощью коагулянтов.

Соли временной жесткости – бикарбонат кальция и бикарбонат магния. Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂

Соли постоянной жесткости – сульфаты: сернокислый кальций и сернокислый магний (CaSO₄, MgSO₄), а также хлориды: хлористый кальций и магний (CaCl₂, MgCl₂)

Растворенные газы – CO₂, H₂S, O₂

Жесткость воды = Н₀ – суммарная концентрация катионов кальция и магния, выраженная мг на литр

1 мг/л = 2,8 градуса жесткости.

Умягчение воды по методу осаждения накипеобразователей.

Этот метод основан на связывании катионов Ca и Mg ионами CO₃ и OH с образованием трудно растворимых соединений CaCO₃, MgCO₃, Ca(OH)₂ и Mg (OH)₂ , которые выпадают в осадок и удаляются из воды. Ионы CO₃ и OH вводят в обрабатываемую воду с различными реагентами-осадителями:

- негашеная известь СаО

- гашенная известь Са(ОН)₂

- углекислый натрий Na₂CO₃ (кальционированная сода)

- едкий натрий NaОН (каустическая сода)

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ +2Ca(OH)₂ = 2CaCO₃ +Mg(OH)₂ +H₂O

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + Na₂SO₄