Разработка подогревателя высокого давления для турбинной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Краткая характеристика турбоустановки

2. Схема движения теплообменивающихся сред, график изменения температур в теплоносителе

3. Определение количества теплоты

4. Определение поверхностей нагрева

Вывод и заключение

Литература

1. Краткая характеристика турбоустановки

Паровая конденсационная турбина К-800-240-4 производственного объединения турбостроения «Ленинградский металлический завод» (ПОТ ЛМЗ) номинальной мощностью 800 МВт с начальным абсолютным давлением пара 23,5 МПа предназначена для непосредственного привода генератора переменного тока ТВВ-800-2, для работы в блоке с прямоточным котлом.

Номинальная мощность 800 МВт

Максимальная мощность 850 МВт

Давление свежего пара 23,54 МПа

Температура свежего пара 540 ?С

Давление пара после промежуточного перегревателя 3,24 МПа

Температура пара после промежуточного перегревателя 540 ?С

Число регенеративных отборов пара 8

Максимальный расход пара 2650 т/ч

Число цилиндров 5

Число ступеней 26

Температура питательной воды 274

Рис. 1 Схема одной из двух одинаковых групп ПВД К-800-240-4

2. Схема движения теплообменивающихся сред, график изменения температур в теплообменнике

Одним из элементов, комплектующих любую турбоустановку, являются подогреватели высокого давления (ПВД). Каждый из подогревателей рассчитан на тепловые потоки и параметры, определяемые тепловым балансом соответствующей паровой турбины.

По принципу использования тепла греющей среды при подогреве питательной воды поверхность теплообмена ПВД делится на следующие зоны:

конвективного теплообмена при охлаждении перегретого пара, т. е. с температурой стенки выше его температуры насыщения (зона охлаждения пара -- ОП) при давлении в данной зоне;

конвективного теплообмена при охлаждении конденсата греющего пара (зона охлаждения конденсата -- ОК);

конденсации греющего пара (зона конденсации пара -- КП(СП)).

Все три зоны, практически всегда, расположены в одном корпусе ПВД. К аппарату подводятся и отводятся потоки нагреваемой питательной воды, подаваемой питательным насосом из деаэратора или предыдущего ПВД, греющего пара из отборов турбины и конденсата этого пара. В группе последовательно включенных ПВД между соседними аппаратами осуществляется перед отводом в деаэратор каскадный слив конденсата греющего пара.



График изменения температур в теплообменнике

Рис. 3

3. Определение количества теплоты

Параметры греющего пара:

§ давление pп =3,77 МПа;

§ температура tп =289°С;

§ энтальпия iп =2938 кДж/кг;

§ давление пара в собственно подогревателе p`п =3,69 МПа;

§ температура насыщения t^нс.п. =245,6 °С;

§ энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем i^нс.п .=1064,2 кДж/кг;

§ энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель i?п =2853 кДж/кг;

§ температура пара t?п =260°С.

Параметры питательной воды:

§ давление pп.в.=32 МПа;

§ температура на входе в охладитель конденсата tв =196,8 °С;

§ энтальпия воды на входе в охладитель конденсата iв =852,2 кДж/кг;

§ температура конденсата на выходе из охладителя tдр =206 °С;

§ энтальпия iдр=879,4 кДж/кг;

В охладитель конденсата поступает часть питательной воды с расходом 48,9 кг/с (14,3%•G_п.в). Через собственно подогреватель проходит 342 кг/с воды. Расход воды через пароохладитель принять равным 70 % расхода пара (42,4 кг/с), поступающего в подогреватель.

Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя определяется при p_п.в=32 МПа и температуре tс.п. = t^нс.п.- х = 245,6-4,5 = 241,1 °С; тогда iс.п. = 1048,2 кДж/кг.

Используя расход пара, определяют температуру на выходе из охладителя конденсата, на входе в собственно подогреватель и на выходе из охладителя пара. Из уравнения теплового баланса для охладителя конденсата (дренажа)

i"_од = i_в+(D_п(i^н_сп-i_др) + D_п8(i_др8-i_др)•з_п)/G_од

i"_од = 1047,7 кДж

tод = 241 °С.

Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель:

i'_сп = i_в+G_од (i_од-i_в)/G_пв

i'_сп = 882,2 кДж

температура воды на входе в собственно подогреватель t?од = 203,7°С.

Энтальпия воды на выходе из пароохладителя

(при расходе Gпо = 0,7D = 0,760,55=42,4 кг/с):

i"_по = i"_сп+D_п(i_п-i'_п)•з/G_по

i"_по = 1134 кДж

температура tпо=260,1 °С.

По балансу теплоты определяем тепловую нагрузку для:

охладителя конденсата:

Q_ок = D_п(i^н_сп-i_др)з = 9818 кВт

собственно подогревателя:

Q_сп = D_п(i'_п- i^н_сп)з = 81488кВт

охладителя пара:

Q_по=D_п(i_п-i^'_п)з = 5795кВт

iп - удельная энтальпия пара;

i?п - удельная энтальпия пара, поступающего в собственно подогореватель;

i^нс.п. - удельная энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем;

i _др - удельная энтальпия дренажа;

D_п - расход пара в подогреватель;

4. Определение поверхностей нагрева

Расчет собственно подогревателя (СП)

Средний температурный напор для поверхностей нагрева отдельных элементов и подогревателя в целом определяется как среднелогарифмическая разность температур, т.е.

Здесь большие и меньшие температуры разности определяются в соответствии с графиком рисунка 3:

?t_б=t^н_с.п. - t?_од = 245,6-203,7 = 41,9 °С;

?t_м=t^н_с.п - t_сп = 245,6-241,1 = 4,5 °С.

Следовательно

Дt_ср=(41,9-4,5)/ln(41,9/4,5)=16,8єС

Для определения коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде необходимо установить режим движения ее. Скорость воды в трубах подогревателя принимается в пределах 1,3-1,8 м/с. Для скорости 1,5 м/с и соответствующих средней температуре воды:

Дt_т=(t_сп+t'_сп)/2=(241,1-203,7)/2=222,4єС

н=0,147•10^-6 м²/с; л=0,673 Вт/(м•К); Pr=0,835

число Рейнольдса равно:

Re = w•d/н= 1,5•0,032/0,147•10^-6=324324

Коэффициент теплоотдачи для этих условий определяется:

б₂=0,023(л/d) Re^0,8Pr^0,4= 0,023 (0,673/0,032) (324324)^0,4 (0,835)^0,4= 11570Вт/(м²•К)

Термическое сопротивление стенки труб :

R_ст=д_ст/л_ст=5,36•10^-5

Значение коэффициента b в формуле при

Дt^ср_ст=(t^н_сп+ Дt_т)/2 = (245,6+222,4)/2 = 234?С

b=8073, т. е. б₁=8073Дt^-0,25 Вт/(м²•К)

В соответствии с полученными значениями имеем:

Дt= Дt₁ + Дt₂ + Дt₃ = (q/b)^4/3 + (д_ст/л_ст)•q + q/б₂=(q/8073)^4/3 + 5,36•10^-6 + q/11570

принимая различные значения q, находим и строим зависимость

q=10 Вт/м² ?t = 2,73°С;

q=20 Вт/м² ?t = 6,15°С;

q=30 Вт/м² ?t = 9,96°С;

q=40 Вт/м² ?t = 14,05°С;

q=50 Вт/м² ?t = 18,38°С;

Графоаналитическое определение плотности теплового потока в зависимости от температурного напора

Из нее следует что при = 16,8 : q = 46400 Вт/м²

Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях:

k=q/Дt=46400/16,8=2762 Вт/(м²•К)

Поверхность нагрева собственно подогревателя:

F=Q/(kДt_ср) =81488•10³/(2762•16,8) = 1851м²

Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности, коррозии и т.д. Принимаем:

F_сп = 1863 м²

При принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно

подогревателя:

N= G_пвх/(0,785w•d²_вн) = 342•0,0016/(0,785•1,5•0,024² = 817 шт.

Практически число спиралей принимается кратным произведению числа секций и числа рядов в каждой секции, т.е. 68=48. Тогда N=792 шт.

Длина каждой спирали в этом случае:

L= F/(р d_внn) = 1863/(3,14•0,024•792=31 м

Расчет охладителя пара (ОП)

Тепловая нагрузка охладителя пара Qоп = 5795 кВт;

расход пара Dп =60,55 кг/с;

расход питательной воды G_пв = 42,4 кг/с.

Если размеры спиралей охладителей пара такие же, как и собственно

подогревателя, тогда сечение для прохода пара:

F=L•0,004•в = 31•0,004•0,98 = 0,122 м²

в=0,98 учитывает часть длины труб, участвующей в теплообмене, а

0,004-расстояние между трубами.

При двух потоках скорость пара в охладителе:

w=D_пх/2F = 60,55•0,06/(2•0,122) = 14,9 м/с

где х- средний удельный объем пара при его средней температуре:

t_ср= (t_п+t"_п)/2 = (289+260)/2 = 274,5?С

Эквивалентный диаметр:

d_э= 4F/p = 4•0,122/2 = 0,244 м

Число Рейнольдса:

Re= w_nd_э/н_n =14,9•0,244/1,13•10^-6=3,22•10⁶.

Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб:

б₁= 0,027(л/ d_э)( Re)^0,84(Pr)^0,4 = (0,027•0,049•(3,22•10⁶)^0,84•(1,16)^0,4)/0,244 = 1685 Вт/(м²•К)

Скорость воды в трубах при двух поточной схеме принимаем равной 1,5м/с, диаметр трубок 324 мм.

Физические параметры воды:

t_ср= (t"_по+t"_сп)/2 =(260,1+241,1)/2= 250,6 єС

н = 1,37•10^-7 м²/с;

л = 0,65 Вт/м•К;

Pr= 0,798

Re = (1,5•0,024)/ 1,37•10^-7 = 262774

б₂=0,023(л/d)Re^0,8Pr^0,4=(0,023•0,65•262774^0,8•0,798^0,4)/0,024=12328 Вт/(м²•К)

Коэффициент теплопередачи:

k=1/(1/1685+8,3•10^-5•32/24+1•32/(12328•24)=1230 Вт/(м²•К)

где - учитывает вид теплопередающей стенки - стенка

цилиндрическая.

Средний температурный напор в охладителе пара:

t_п - t_по = 289-260,1=28,9°С;

t?_сп - t_сп =260-241,1=18,9°С.

Дt_ср = (28,9-18,9)/ln(28,9/18,9) = 23,54

Поверхность нагрева охладителя пара:

F_оп = Q/(k Дt_ср) = 5795000/(1230•23,54)=84,6 м²

Число змеевиков охладителя пара :

N = F/(вLрd_н) =84,6/(0,98•31•3,14•0,032) = 28 шт

Расчет охладителя конденсата(ОК)

Тепловая нагрузка охладителя конденсата: Q_ок=9818 кВт

Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:

t^ср_к= 228,2 ?С

Сечение для прохода конденсата в охладителе принимаем таким же, как и в охладителе пара, т.е. 0,122 м². Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

w_к= D_k•х_k/F = 60,55•0,0012/0,122 = 0,6 м/с

Значение числа Рейнольдса при найденной скорости равно:

Re = w_к•d_э/н = 0,6•0,244/0,142•10^-6=1,02•10⁶

коэффициент теплоотдачи по формуле:

б₁= 0,023(л/ d)( Re)^0,8(Pr)^0,4 = (0,023•0,644•(1,02•10⁶)^0,4)/0,032= 4415 Вт/(м²•К)

Средняя температура воды в трубах охладителя:

t^ср_од = (t_в+ t_од)/2 = (196,8+203,7)/2 = 200,3?С

Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяем при скорости w=2 м/с и физ. параметрах, соответствующих t^ср_од= 200,3?С

Re = (2•0,024)/(0,16•10⁶) = 3,45•10⁵

б₂=0,023•0,688•(3,45•10⁵)^0,8•(0,893)^0,4=16970 Вт/(м²•К)

Расчетное значение:

б_2р=1,132• б₂=16970•1,132=19210 Вт/(м²•К)

Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:

k= 1/(1/4415+8,14•10⁵•32/24+32/(19210•24)) = 2473 Вт/(м²•К)

Средний температурный напор в охладителе:

Дt_ср= (Дt_б- Дt_м)/ln Дt_б/Дt_м=(41,9-9,2)/ln(41,9•9,2)= 21,6?С

Поверхность теплообмена охладителя конденсата:

F_ок= Q/(k Дt_ср)= 9818000/(19210•21,6)= 184,1 м²

Таким образом, в результате расчета получено:

F_оп = 84,6 м²; F_сп = 1851 м²; F_ок = 184,1 м²

Заключение

подогреватель давление теплота турбоустановка

В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого давления №7 (ПВ-2100-380-40) для турбинной установки К-800-240-4. ПВД-7 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель: давлении 3,77 МПа, температуре 289 °С и расходом пара 60,55 кг/с. Параметры питательной воды при этом: давление 32МПа и температура 196,8 °С .

В результате расчета были определены следующие площади составляющих частей подогревателя:

площадь СП F_сп = 1851 м²

площадь ОП: F_оп = 84,6 м²

площадь ОК : F_ок = 184,1 м²

Полученные в результате расчёта значения площадей немного отличаются от реальных табличных значений данного подогревателя ПВ-2100-380-40 (F_сп = 1863 м²; F_оп = 847 м²; F_ок = 185 м²) на допустимую величину. В результате можно сделать вывод, что расчет произведен верно.

Литература

1. Рыжкин В. Я. «Тепловые электрические станции», Москва, 1987 г.

2. Григорьев В. А., Зорин В. М. «Тепловые и атомные электрические станции», Москва, «Энергоатомиздат», 1989 г.

3. Соловьёв Ю. П. «Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций», Москва, «Энергоатомиздат», 1983 г.

4. Рихтер Л. А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций», Москва, 1987 г.

Размещено на Allbest.ru