Рис. 1.2.3 График зависимости температурного напора от плотности теплового потока.

По графику определяем, что при ?t_сп=18.58,⁰С q=49751 Вт/м²

Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе при этих условиях:



Площадь поверхности нагрева собственно подогревателя:

При принятой скорости течения воды в трубках число трубок собственно подогревателя определим из формулы:

Таким образом, на собственно подогреватель приходится 936 трубок; в каждой из 6-ти секций будет 936/6=156 спиралей. [7]

Длина спирали в этом случае

Сделаем проверку и определим скорость питательной из уравнения неразрывности:



Шаг трубок по высоте выбирается равный 36 мм.

Общая высота трубной системы:

Hсп=156•38=5928 мм. Спираль навита в один ярус по девять витков в каждом ярусе. Шаг витков равен s=38 мм. [5]

3.2.4 Расчет охладителя пара

Встроенный пароохладитель выполняется в виде шести секций, заключенных в специальный кожух. Конструктивные размеры секций такие же, как и в собственно подогревателе.

Средняя температура пара в межтрубном пространстве:

Физические параметры пара приняты при Р`_п=2 МПа и tп_оп.ср=328,35⁰С [2]

Удельный объем пара ?=0,13300137 м³/кг

Критерий Прандтля Pr=0,9894

Теплопроводность пара ?=0,04865 Вт/м•К

Кинематическая вязкость пара =0.2835•10^-5 м²/с

Площадь живого сечения для прохода пара определяю по формуле:

где = 0,99 - коэффициент, учитывающий часть длины труб, участвующей в теплообмене по, = 0,006 м - расстояние между трубами [6]

Эквивалентный диаметр:

Скорость пара в межтрубном пространстве охладителя пара (разбиваем на 2 потока).

Критерий Рейнольдса:

Поскольку Re>10⁴ и Pr>0,7, коэффициент теплоотдачи определяем по формуле, пригодной для каналов с размещенными в них трубками при продольном обтекании



Найдем коэффициент теплоотдачи ?₂ от стенки труб к воде:

Принимаем скорость воды в трубках ?_оп=2,3 м/с

Средняя температура воды в ОП:

Физические параметры воды при Р_пв=32,9 МПа и tв_оп.ср=224⁰С [2]

Удельный объем воды ?=0,001163 м³/кг

Критерий Прандтля Prв_оп=0,83

Теплопроводность воды ?в_оп=0,6735 Вт/м•К

Кинематическая вязкость пара в_оп=0,1472•10^-6 м²/с

Критерий Рейнольдса:

Коэффициент теплопередачи:

Поверхность нагрева по внешнему диаметру труб:



Число змеевиков охладителя пара:

Сделаем проверку и определим скорость питательной воды из уравнения неразрывности

Общая высота трубной системы: [5]

3.2.5 Расчет охладителя дренажа

Температурный напор:

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

По и Р`_п=2 МПа находим физические параметры конденсата: [2]

Удельный объем ?=0,001136 м³/кг

Критерий Прандтля Pr_од=0,9544

Теплопроводность ?к.од=0,6721 Вт/м•К

Кинематическая вязкость пара в_од=0,1645•10^-6 м²/с

Охладитель дренажа имеет такую же конструкцию, как и охладитель пара. Разница заключается в числе спиралей по высоте, поэтому d_э = 0,011874 м, = 0,07128м².

Скорость конденсата в межтрубном пространстве (разбиваем на 2 потока):

Значение числа Рейнольдса при найденной скорости:

Коэффициент теплоотдачи от конденсата к внешней стенке трубы:

Средняя разность температур воды в трубах охладителя:

Удельный объем воды ?=0,001123 м³/кг [2]

Теплопроводность воды ?в.од=0,691 Вт/м•К

Критерий Прандтля Prв.од=0,9072

Кинематическая вязкость пара в_од=0,1626•10^-6 м²/с

Принимая скорость воды в трубах ?_од=1 м/с, определим число Рейнольдса:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

Коэффициент теплопередачи:

k_од= 3373,38 Вт/м² К

Поверхность нагрева определяем по наружному диаметру



Число змеевиков с учетом ?_од :

Принимаем N_од=378

Сделаем проверку и определим скорость питательной воды из уравнения неразрывности

Общая высота трубной системы охладителя конденсата:

Таким образом, суммарная поверхность нагрева подогревателя высокого давления [5]

3.3 Гидравлический расчет

Задачей гидравлического расчета подогревателей является определение их гидравлического сопротивления. Для любого элемента или участка подогревателя гидравлическое сопротивление определяется выражением, [6]:

,

где

- определяет гидравлические потери, возникающие при движении тепло- носителя за счёт трения о стенки труб;

- гидравлические потери при движении теплоносителя, вызванные местными сопротивлениями (поворотами, сужениями или расширениями и т. п.).

3.3.1 Входной и выходной патрубки. [6]

Диаметр патрубка: D.вх=0,4 м

Длина участка: L.вх=2,42 м

Удельный объем воды:



Плотность воды:

Среднее значение кинематической вязкости:

Скорость питательной воды:

Число Рейнольдса входного патрубка:

Коэффициент сопротивления трения, [6]: ?вх=0,0152

Коэффициент трения:

Потеря давления потока питательной воды:

Диаметр патрубка: D.вых=0,4 м

Длина участка: L.вых=2,42 м

Скорость питательной воды:

Число Рейнольдса:

Коэффициент сопротивления трения, [6]: ?вх=0,0152

Коэффициент трения:

Потеря давления на участке:

3.3.2 Коллектор с подводящими и отводящими трубами

Диаметр трубопроводов: Dв.п=0,250 м

Длина трубопровода: Lв.п =9,116 м

Скорость питательной воды:

Число Рейнольдса:

Коэффициент сопротивления трения: ?2=0,0157

Коэффициент трения, [4]:



Коэффициент местного сопротивления (при повороте на 90, ответвление на магистарали) находим по литературе [6]:

Таблица 3.1

Наименование	Значение
Поворот на 90	0,2
Ответвление на магистрали	1,1

Суммарный коэффициент сопротивления:

Потеря давления потока питательной воды в отводящих (подводящих) трубах: [6]

3.3.3 Расчёт потери давления для охладителя конденсата

Диаметр спирали: d_вн=0.020 м

Длина участка: L=12 м

Число спиралей: N_од=374

Скорость воды: W_од=1 м/с

Число витков: n_в=9

Число Рейнольдса определяем по формуле:



Коэффициент сопротивления трения: ?2=0,029

Коэффициент местного сопротивления (вход потока в спираль, выход из спирали и влияние кривизны спирали):

Коэффициент сопротивления спиральной трубы: [6]

Коэффициент сопротивления входа:

Коэффициент сопротивления выхода:

Суммарный коэффициент сопротивления:

Потеря давления потока питательной воды в охладителе пара:

3.3.4 Расчёт потери давления для собственно подогревателя

Диаметр спирали: d_вн=0.020 м

Длина участка: L=12 м

Число спиралей: N_кп=936

Скорость воды: W_кп=2 м/с

Число витков: n_в=9

Число Рейнольдса определяем по формуле:

Коэффициент сопротивления трения: ?4=0,0293

Коэффициент трения:

Коэффициент местного сопротивления (вход потока в спираль, выход из спирали и влияние кривизны спирали):

Коэффициент сопротивления кривизны спирали:

Коэффициент сопротивления входа:

Коэффициент сопротивления выхода:

Суммарный коэффициент сопротивления:



Потеря давления потока питательной воды в охладителе пара: [6]

3.3.5 Расчёт потери давления для охладителя пара

Диаметр спирали: d.2=0.020 м

Длина участка: L=12 м

Число спиралей: N_оп=126

Скорость воды: W_оп=2,3 м/с

Число витков: n_в=9

Число Рейнольдса определяем по формуле:

Коэффициент сопротивления трения: ?5=0,0293

Коэффициент трения:

Коэффициент местного сопротивления (вход потока в спираль, выход из спирали и влияние кривизны спирали):

Коэффициент сопротивления кривизны спирали: [6]



Коэффициент сопротивления входа:

Коэффициент сопротивления выхода:

Суммарный коэффициент сопротивления:

Потеря давления потока питательной воды в охладителе пара:

Суммарное падение давления: [6]

3.4 Расчет на прочность элементов подогревателя

Номинальная толщина корпуса, подверженному внутреннему давлению, должна быть не менее определенной по данной формуле[6]

 - внутренний номинальный диаметр (из прототипа).

Р_атм=0,1 МПа

Элементы корпуса выполняются из качественной углеродистой стали 20К.

-допустимое напряжение при расчете только на действие давления.

? ? 1, - минимальный коэффициент прочности элемента, приведенный к продольному направлению. Для корпусов и обечаек регенеративных подогревателей, а также трубок поверхностей нагрева любого теплообменника ? = 1.

C - учёт минусовых допусков при изготовлении корпуса, принимаем С=2,4 мм.

Корпус ослаблен отверстиями диаметром d_отв= 400 мм

Предельный диаметр неукрепленного отверстия

где

Тогда сумма компенсирующих площадей укрепляющих элементов

энергоблок подогреватель регенеративный

Глава 4. Сравнение схем включения ПВД в систему регенеративного подогрева (схема Виолена)

4.1 Исходные данные для расчета тепловой схемы

В этой части будет рассмотрено изменение показателей экономичности энергоблока при включении пароохладителя ПВД-3 по схеме Виолен при неизменных положениях отборов. Данное преобразование схемы не повлияет на работу ПВД-1.

Температура воды на выходе из ПВД-1 остается прежней, но температура на входе в котел изменится в связи с дополнительным подогревом в охладителе пара третьего отбора, включенного по схеме Виолен. [1]

Температура пара на входе в собственно подогреватель:

где, недоохлаждение пара в ПВД3;

По температуре пара и давления находим значение энтальпии: [2]

Температура воды на выходе из ПВД-3:

где, недогрев воды в ПВД;

По температуре пара и давления находим значение энтальпии: [2]

С учетом недоохлаждения дренажа, его температура на выходе из ПВД 2:

h_др2 = 922.9кДж/кг

4.2 Решение уравнений теплового баланса для элементов тепловой схемы

ПВД-2:

Уравнение теплового баланса для ПВД-2:

,

откуда доля расхода пара в ПВД-2

ПВД-3:

Уравнение теплового баланса для ПВД 3:

откуда доля расхода пара в ПВД-3:

Выносной пароохладитель:

Уравнение теплового баланса для выносного пароохладителя:

откуда энтальпия воды после пароохладителя:

Смеситель:

Уравнение теплового баланса для смесителя:

Деаэратор:

Т.к. деаэратор является подогревателем смешивающего типа, то составляем уравнения и теплового, и материального балансов:

Уравнение материального баланса:

Уравнение теплового баланса деаэратора:



Решим систему из 2-х уравнений и определим относительные расходы и :

?_ок = 0,78896

?_д = 0,014027

Регенеративные подогреватели низкого давления.

ПНД 4:

Тепловой баланс подогревателя ПНД 4

Тепловой баланс подогревателя ПНД 5, ПНД 6 и точки смешения:

Решаем систему равнений:



После решения системы уравнений, получаем:

=0,69691

,031608

ПНД-7

Уравнение теплового баланса:

ПНД 8(смешивающего типа):

Уравнения теплового баланса

Решив систему уравнений, получим следующие данные:

Доля расхода пара на турбопривод:

Давление в конденсаторе приводной турбины:

Внутренний относительный КПД турбопривода:

Внутренний механический КПД турбопривода:

Давление и энтальпия пара на входе в турбопривод с учетом потерь: [2]

Теоретическая энтальпии пара поступающего в конденсатор: [2]

Действительная энтальпии пара поступающего в конденсатор:

Внутренний теплоперепад:

Средний удельный объем воды: [2]

4.3 Контроль материального баланса пара и конденсата

Доля потока конденсата из основного конденсатора со стороны регенеративной системы:

Расход пара в конденсатор (по материальному балансу конденсатора)

Найдем погрешность вычислений:

Погрешность составляет меньше и можно считать, что материальный баланс сходится. [9]

4.4 Определение абсолютного значения расхода пара в голову турбины D0.

,

где N_Э=61010³ кВт, - приведенный теплоперепад, где ?_j - доля пропуска пара через отсек, а ?h_j - теплоперепад в отсеке.

Для определения составляем таблицу 1.3.

Таблица 4.1.

Определение приведенного теплоперепада.

Цилиндр	Отсек турбины	Доля пропуска пара через отсек ?j	Теплоперепад пара в отсеке ?hj, кДж/кг	Внутренняя работа на 1 кг свежего пара ?j•?hj, кДж/кг
ЦВД	0 -1	?0 =1	h0 - h1 = 3371,3-3048= =323,3	323,3
	1-2	1 - ?1=1- 0,024754= 0,975246	h1 - h2 = 3048-3021,27= 26,73	26,07
ЦСД	ПП-3	1 - ?1 - ?2 =0 ,846465	hпп - h3 =3575,8-3323=252,8	213,99
	3-4	1 - ?1 - ?2 - ?3- ?д - ?тп=0,724918	h3 - h4 =3323-3010=313	226,9
	4-5	1 - ?1 - ?2 - ?3- ?д - ?4- ?тп =0,691746	h4 - h5 =3010-2880= 130	89,93
ЦНД	5-6	1 - ?1 - ?2 - ?3- ?д-?тп -?4-?5==0,660138	h5 - h6 =2880-2757= 123	81,97
	6-7	1-?1 - ?2 - ?3-?д -?тп-?4 -?5 -?6=0,63288	h6 - h7 =2757- 2640=117	74,05
	7-8	1-?1-?2-?3-?д-?тп-?4-?5-?6-?7=0,602596	h7- h8 = 2640-2510=130	78,34
	8-к	1-?1-?2-?3-?д-?тп-?4-?5-?6-?7-?8=0,574574	h8- hк = 2510-2321=189	108,59
		1223,14

Расход пара в голову турбины: кг/с, где - механический КПД турбины, - КПД электрического генератора, принимаем согласно.

Абсолютные расходы рабочего тела по элементам тепловой схемы:

4.5 Энергетические показатели энергоблока

Расход теплоты на турбоустановку

КПД турбоустановки по выработке электроэнергии:

Удельный расход теплоты на выработку электроэнергии:

Удельный расход пара турбоустановки:



Тепловая нагрузка парового котла:

принимаем, что, тогда:

КПД транспорта теплоты:

КПД энергоблока брутто:

- КПД котельной установки.

КПД энергоблока нетто:

Принимаем - доля электроэнергии собственных нужд станции, тогда

Удельный расход условного топлива (нетто) на энергоблок:

Удельный расход теплоты энергоблока (нетто):

Расход натурального топлива на энергоблок:



Так как в первой главе, не был выбран паровой котел, делаем пересчет энергетических параметров, для

КПД энергоблока брутто:

- КПД котельной установки.

КПД энергоблока нетто:

Принимаем - доля электроэнергии собственных нужд станции, тогда [1]

Удельный расход условного топлива (нетто) на энергоблок:

Удельный расход теплоты энергоблока (нетто):

Расход натурального топлива на энергоблок:

где - низшая теплота сгорания топлива (Экибастузский бурый уголь). Проанализировав полученные данные, приходим к выводу, что при включении охладителя пара третьего отбора по схеме Виолен, экономия топлива составляет - 13= 0.001 кг у.т. / (кВт• ч). Это объясняется тем, что перенос теплоты перегрева к более горячему теплоносителю эффективнее.

4.6 Сравнение характеристик исходной тепловой схемы и пересчитанной тепловой схемы.

Таблица. 4.2

Наименование	Исходная тепловая схема	Тепловая схема с ПВД, включенным по схеме Виолена.	Относительное изменение, %
Паропроизводительность,	505.7 кг/с	508.8 кг/с	+0,61
Удельный расход пара на турбоустановку, d			+0,633
КПД энергоблока брутто,	0,3956	0,3965	+0,23
КПД энергоблока нетто,	0,37582	0,37668	+0,23
Удельный расход условного топлива на энергоблок,			-0,226
Расход натурального топлива на энергоблок,			-0,244

Заключение

В представленной выпускной работе бакалавра был произведен расчет принципиальной тепловой схемы энергоблока с турбоустановкой К-600-25, по результатам которого были определены:

-расход пара в голову турбины

-все потоки пара и воды в схеме

-показатели тепловой экономичности (КПД блока брутто , КПД блока нетто %, абсолютный удельный расход натурального топлива , удельный расход условного топлива

В соответствии с существующими нормами и правилами был проведен выбор основного и вспомогательного оборудования этого энергоблока, а также выполнены необходимые для этого расчеты.

В индивидуальном задании был выполнен тепловой, конструкторский и гидравлический расчет подогревателя высокого давления поверхностного типа.

В результате работы были получены следующие показатели:

· параметры каждой поверхности( ОП, СП, ОД)

· общая площадь подогревателя F=1764.5 м²

· длина спирали: l=12м

· число спиралей каждого отсека: N_од=374, N_сп=936, N_оп=126

· толщина стенки: s=28 мм

В специальной части был произведен расчет тепловой схемы с ПВД-3 включенным по схеме Виолена, определены показатели экономичности и произведен сравнительный анализ двух схем.

В результате работы, КПД блока брутто увеличился, КПД блока нетто увеличился, абсолютный расход топлива уменьшился. Остальные показатели экономичности, представлены в сравнительной таблице.

Список использованной литературы

1. Рыжкин В.Я. «Тепловые электрические станции». Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987 г.

2. Александров А.А., Григорьев Б.А. «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара». Справочник. М.: Издательство МЭИ, 1999 г.

3. Л.А. Федорович, А.П. Рыков. «Методика выбора тепломеханического оборудования ТЭС».Издательский дом МЭИ, 2007 г.

4. «Тепловые и атомные электрические станции».Справочник. Под общ. ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина. 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 2003 г.

5. Ю.Г. Назмеев, В.М. Лавыгин. «Теплообменные аппараты ТЭС». Москва, Идательский дом МЭИ, 2007 г.

6. РТМ 108.271.23-84 Расчет и проектирование поверхностных подогревателей высокого и никого давления.

7. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов/ Л.А. Рихтер, Д.П. Елизаров, В.М. Лавыгин. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 216 с., ил.

8. Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. «Тепловые и атомные электрические станции». Учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2004 г.

9. Конспект лекций по курсу «ТЭС и АЭС»

10. Конспект лекций по курсу «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС».

Размещено на Allbest.ru