10151

10

На рис. 3 показана тепловая диаграмма для КУ, представляющая зависи-

мость температур греющих газов ГТУ и нагреваемых воды или пара от тепло-

вой мощности Q газов ГТУ, передаваемой газами рабочему телу (пару и воде).

Величина QКУ, представляет собой полезную тепловую мощность КУ и состоит из тепловых мощностей пароперегревателя ВД (ППВД) QППВД, испарителя ВД

(ИВД) QИВД , пароперегревателя НД (ППНД) QППНД, испарителя НД (ИНД)

QИНД и газового подогревателя конденсата (ГПК) QГКП.

Минимальные температурные разности между греющим газом и рабочим паром

ния воды, определяемые по давлениям в барабанах КУ, возникают в так назы-

ваемых пинч-точках, в которых начинается кипение воды в испарителях конту-

ров ВД и НД. Обычно минимальные температурные напоры δtsВД и δtsНД прини-

мают в диапазоне 8 12 °С.

Рассмотрим двухконтурный КУ (рис. 2), представляющий собой тепло-

обменник противоточного типа, в котором за счет тепла уходящих газов ГТУ происходит генерация пара двух давлений для паровой турбины.

На вход котельной установки поступает питательная вода в количестве

Dк (D0ВД D0НД Dд) при температуре насыщения в конденсаторе tк ts (pк )

(если пренебречь ничтожным нагревом конденсата в конденсатном насосе). Пе-

ред подачей в ГПК к основному конденсату подводится конденсат рециркуля-

ции в количестве Dр , обеспечивая требуемую температуру tкГПК .

Процесс повышения температуры конденсата от температуры tкГПК на входе в ГПК до температуры насыщения tsНД в барабане НД показана на рис. 3.

11

Рис. 3. Тепловая диаграмма θ, t Q для котла утилизатора ПГУ.

12

Из аккумуляторного бака деаэратора питательная вода электронасосами высокого давления (ПЭНВД) и низкого давления (ПЭННД) подается в контуры ВД и НД (см. рис. 2), в которых генерируется пар для паровой турбины.

Расчет двухконтурного котла-утилизатора ведется последовательно: сна-

чала рассчитывается контур ВД, а затем – НД.

Расчет КУ начинаем с определения давлений в барабанах по соотношениям: (2.5)

(2.6)

где ξВД и ξНД – гидравлические сопротивления ППВД и ППНД, включая тру-

бопроводы, принимаемые на уровне 4 6 % от давления перед стопорными кла-

панами ВД и НД.

По давлениям в барабанах определяем температуры насыщения tsВД и tsНД .

Для определения паропроизводительности контура ВД составляем уравне-

ние теплового баланса для совокупной поверхности ППВД и ИВД (см. рис. 2):

где Gг – расход уходящих газов ГТУ, Id – энтальпия газов перед ППВД, IsВД –

энтальпия газов за ИВД, h0ВД – начальная энтальпия пара, h1 – энтальпия воды,

выходящей из ЭВД, которую с достаточной точностью можно определить по приближенному соотношению:

щей ЭВД, до температуры насыщения в барабане ВД, выбираемый в пределах

7 8 °С.

Из (2.7) получаем расход пара контура ВД:

13

в котором IухВД – энтальпия газов, покидающих контур ВД, hд hs(pд) – энталь-

пия насыщенной воды в деаэраторе (см. рис. 2), из которого ПЭНВД подает во-

ду в барабан контура ВД.

Из (2.10) определяем энтальпию уходящих газов контура ВД

а по ней (см. рис. 3) – температуру уходящих газов контура ВД θВДух θ(IухВД).

Совершенно аналогично уравнение теплового баланса для ППВД позво-

ляет найти энтальпию газов за ППВД (рис. 2):

и ее температуру (см. рис. 3) θВДПП θ(IППВД ),

где hs hs (pбВД ) – энтальпия насыщенного пара в барабане ВД.

Контур НД, включающий ППНД и ИНД (см. рис. 2), рассчитывается ана-

логично контуру ВД.

Задаемся температурным напором на выходе пара из контура НД 5

δt0НД (20 25 C), недогревами воды δtsНД в пинч-точке НД (см. рис. 3) и рас-

считываем паропроизводительность D0НД контура НД, энтальпию газов IППНД за

ППНД, энтальпию уходящих газов IухНД за ИНД (см. рис. 2) и температуру θНДs

уходящих газов контура НД.

Используя уравнение теплового баланса деаэратора (см. рис. 1), опреде-

ляем расход греющего пара

ходящего из контура НД.

Из уравнения смешения тепловых потоков в т. А (см. рис. 2) определяется расход конденсата рециркуляции:

14

(Id Iнв)

где Iнв – энтальпия газов при температуре наружного воздуха.

По результатам расчета в масштабе строится диаграмма θ,t Q (см. рис. 3).

2.4. Выбор концепции паровой турбины и расчет процесса расширения пара в ней

2.4.1. Выбор параметров последней ступени и числа цилиндров

При выборе концепции паровой турбины ПГУ прежде всего определяется ее облик: число цилиндров и их состав.

Поскольку ПТУ утилизационных ПГУ не имеют системы регенерации, то суммарный объемный расход, проходящий через последние ступени, для схемы ПГУ, показанной на рис. 1,

где vк – конечный удельный объемный расход пара.

Для выбора размеров последней ступени целесообразно использовать опытные характеристики готовых последних ступеней, например, «Ленинград-

ского металлического завода» (ОАО ЛМЗ) [2] (см. прил. 4). Это позволяет при

15

некоторых отступлениях от оптимальных значений гарантировать возможность ее технического исполнения. Выбрав одну из имеющихся ступеней, для нее по графику определяем оптимальное значение объемного расхода (Dvк )опт и число выходов пара

которое округляется до ближайшего целого числа. При i = 1 паровая турбина выполняется одноцилиндровой, а при i = 2 – двухцилиндровой (с ЦВД (ци-

линдр высокого давления) и ЦНД (цилиндр низкого давления)).

2.4.2. Размещение камеры смешения

На следующем этапе оцениваем необходимость выделения отдельной ка-

меры в ЧВД, в которой смешивается пар, поступающий из контура ВД в коли-

честве D0ВД прошедший ЧВД, и пар в количестве (D0НД DД ).

Для этого оценивается объемный расход, приходящийся на один поток в

ЧНД:

где v0НД – удельный расход пара, определенный по параметрам на выходе из контура НД. Величина (Dv)0ЧНД сравнивается с объемным расходом (Dv)0 пара для существующих ЧНД. Если они близки, то это означает, что камера смеше-

ния должна располагаться либо перед ЧНД (в одноцилиндровой турбине), либо отсутствовать вовсе (пар из контура НД КУ должен подаваться непосредствен-

но в ЦНД). Если, как это обычно бывает, (Dv)0ЧНД существенно меньше (Dv)0 ,

то камеру смешения в ЧВД необходимо разместить за несколько ступеней до ЧНД.

В большинстве случаев в стремлении уменьшить число ступеней и раз-

грузить упорный подшипник от чрезмерной нагрузки, участок проточной части

16

между паровпуском и камерой смешения разделяют на два отсека, пар в кото-

рых движется в противоположных направлениях.

2.4.3. Расчет процесса расширения пара в паровой турбине

Расчет процесса расширения пара в турбине ведут с использованием от-

носительных внутренних КПД отсеков ее проточной части. Для их определения рекомендуется использовать соотношения, приведенные в разделе 5.3 [2].

Давление в камере смешения определяем из соотношения

где ξСРКНД – гидравлическое суммарное сопротивление стопорных и регулирую-

щих клапанов НД.

Рассчитываем процесс расширения пара ВД от состояния перед стопор-

ным клапаном (т. О на рис. 4) сначала в первом отсеке (до давления в поворот-

ной камере рпк ) и затем до давления рсм в камере смешения (т. А), определяем

ширения пара в последнем отсеке ЦВД. Затем рассчитываем процесс расшире-

ния пара в ЦНД по рекомендациям раздела 5.3 [3], в результате чего определя-

ем конечную точку процесса К и параметры в ней.

17

2.5. Расчет экономических показателей паротурбинной, паросиловой и

парогазовой установок

При определении мощности паровой турбины и КПД ПТУ необходимо учесть, что относительные внутренние КПД ЧВД η0ЧВДi и ЧНД η0ЧНДi отличаются,

и расход через ЧВД и ЧНД также различен. Внутренняя мощность паровой турбины NiПТ определяем, как сумму внутренних мощностей отдельных отсеков

где QКС – суммарная тепловая мощность камер сгорания всех ГТУ. Требования к оформлению типового расчета приведены в прил. П.5.

18

Рис. 4. Процесс расширения пара в турбине двухконтурной ПГУ.

19

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ДВУХКОНТУРНОЙ ПАРОГАЗОВОЙ

УСТАНОВКИ

3.1Исходные данные

Вкачестве примера рассмотрим расчет двухконтурной ПГУ, опираясь на следующие исходные данные.

1. Тепловая схема (рис. 5.) включает в себя две одинаковые ГТУ с КУ, де-

аэратор и паровую турбину с конденсацией отработавшего пара. Деаэратор пи-

тается паром из коллектора, к которому присоединены трубопроводы контуров НД обоих КУ.

Потоки перегретого пара, выходящие из контуров ВД двух КУ, смеши-

ваются и подаются к паровой турбине. Потоки пара, вышедшие из контура НД также перемешиваются друг с другом и подаются в камеру смешения, распо-

4.Температура наружного воздуха tн.в. 15 °C, давление pн.в. 105 Па.

5.Давление в конденсаторе pк 5кПа.

6.Давление перед стопорно-регулирующими клапанами (СРК) ЦВД:

p0ВД 6,5 МПа; перед СРК ЧНД p0НД 0,6 МПа.

7.Давление в деаэраторе рд = 0,55 МПа.

8.КПД генератора pк 5 кПа, механический ηмех 0,99.