Тепловой расчёт паровой турбины

1. Расчёт параметров процесса в h,s-диаграмме ЦВД

до камеры смешения.

Параметры пара перед стопорным клапаном паровой турбины.

Из расчёта котла-утилизатора:

1. Давление: p_{О ВД} = p_ППВД = 68,6 бар.

2. Температура: t_{О ВД} = 519,3 ^OC.

3. Теплосодержание определяется по таблицам воды и пара: h_{О ВД} = 3459,43 кДж/кг.

4. Энтропия: s_{О ВД}= h,s(p_{О ВД}, t_{О ВД}) = 6,8703 кДж/(кг∙K).

5. Удельный объём: υ_{О ВД} = h,s(p_{О ВД}, t_{О ВД}) = 0,05077 м³/кг.

Расчет процесса расширения пара в проточной части ЦВД

до камеры смешения (ступени № 1¸14).

1. Принимаем потери в паровпускных органах ЦВД равными 4%.

2. Давление пара перед соплами первой ступени:

p_О^’ _ВД = 0,96 ∙ p_{О ВД} = 0,96 ∙ 68,6 = 65,856 бар.

3. Параметры пара перед соплами первой ступени ЦВД определяются по таблицам воды и пара:

t_О^’ _ВД = h,s(p _О^’ _ВД , h_{О ВД}) = 518,1 ^OC.

s_О^’ _ВД = h,s(p _О^’ _ВД , h_{О ВД}) = 6,8882 кДж/(кг∙K).

υ_О^’ _ВД = h,s(p _О^’ _ВД , h_{О ВД}) = 0,05288 м³/кг.

4. Опорные величины расчетного режима 1-й ¸ 14-й ступеней ЦВД для вычислений по формуле Стодолы-Флюгеля

- номинальный расход: D₀₀ = 85,275 кг/с;

- номинальное начальное давление: p₀₀ = 66,435 бар;

- номинальное конечное давление: p₂₀ = 6,04 бар.

5. Расход пара через сопла первой ступени ЦВД (из двух котлов-утилизаторов) определено ранее при расчёте котла-утилизатора: D_{О ВД} = 70,266 кг/с.

6. Давление за 14-ой ступенью ЦВД (по формуле Стодолы-Флюгеля для докритического режима работы группы ступеней):

7. Параметры пара в изоэнтропийном процессе расширения пара за ступенью №14 ЦВД определяются по таблицам воды и пара:

t_а ^1-14 = h,s(s_О^' _ВД, p₂^1-14) = 421,6 ^OC.

h_а ^1-14 = h,s(s_О^' _ВД, p₂^1-14) = 3269,9 кДж/(кг∙K).

υ_а ^1-14 = h,s(s_О^' _ВД, p₂^1-14) = 0,08334 м³/кг.

8. Располагаемый тепловой перепад ступеней ЦВД № 1¸14:

H₀^1-14 = h_{О ВД} – h_а^1-14 = 3459,43 – 3269,9 = 189,53 кДж/кг.

9. Средний удельный объём пара в проточной части ступеней № 1¸14 ЦВД:

υ_ср = (υ_О^´ _ВД ∙ υ_а ^1-14)^0,5 = (0,05288 ∙ 0,08334)^0,5 = 0,06639 м³/кг.

10. Относительный внутренний КПД ступеней ЦВД № 1¸14:

11. Полезно использованный тепловой перепад в ступенях № 1¸14:

H_i^1-14 = h_оi^1-14 ∙ H₀^1-14 = 0,855 ∙ 189,53 = 162,05 кДж/кг.

12. Теплосодержание пара на выходе из 14-ой ступени ЦВД в действительном процессе:

h₂ ^1-14 = h_{О ВД} – H_i^1-14 = 3459,43 – 162,05 = 3297,38 кДж/кг.

13. Параметры пара в действительном процессе на выходе из ЦВД определяются по таблицам воды и пара:

t₂ ^1-14 = h,s(p₂^1-14, h₂ ^1-14) = 433,5 ^OC.

s₂ ^1-14 = h,s(p₂^1-14, h₂ ^1-14) = 6,9274 кДж/(кг∙K).

υ₂ ^1-14 = h,s(p₂^1-14, h₂ ^1-14) = 0,08503 м³/кг.

2. Расчёт параметров пара в камере смешения ЦВД.

Расчетные (проектные) данные камеры смешения ЦВД.

1. Суммарный расход пара из камеры смешения в расчетном режиме (исходя из проектных данных): D_{СМ 0} = 105,275 кг/с.

2. Давление пара в камере смешения в расчетном режиме (исходя из проектных данных): p_{СМ 0} = 6,5 бар.

Расчет параметров пара в камере смешения ЦВД.

1. Давление пара ЦВД на входе в камеру смешения (из расчёта процесса расширения в ЦВД до камеры смешения): p₂^1-14 = 36,947 бар.

2. Расход пара контура НД в камеру смешения (в работе два котла-утилизатора):

D_{0 НД} = D_{ПП НД} – D_СН = D_{ПП НД} – 0,006 ∙ D_{ПП НД} = 0,994 ∙ 2 ∙ 11,544 = 22,949 кг/с.

3. Расход пара из камеры смешения через 15-ю ¸ 19-ю ступени ЦВД:

D_СМ = D_{0 НД} + D_{О ВД} = 22,949 + 70,266 = 93,215 кг/с.

4. Давление пара в камере смешения (перед 15-ой ступенью ЦВД):

p_СМ = (D_СМ / D_{СМ 0}) ∙ p_{СМ 0} = 93,215/105,275 ∙ 6,5 = 5,755 бар.

5. Теплосодержание пара на входе в 15-ю ступень ЦВД:

3. Расчет процесса в проточной части ЦВД после камеры смешения.

1. Параметры пара на входе в 15-ю ступень ЦВД определяются по таблицам воды и пара:

t _СМ = h,s(p_СМ, h _СМ) = 350,1 ^OC.

s _СМ = h,s(p_СМ, h _СМ) = 7,5685 кДж/(кг∙K).

υ _СМ = h,s(p_СМ, h _СМ) = 0,49566 м³/кг.

2. Давление пара за последней ступенью ЦВД (по формуле Стодолы - Флюгеля):

3. Параметры в изоэнтропийном процессе расширения за ступенью №19 (за ЦВД) определяются по таблицам воды и пара:

t_а^ЦВД = h,s(s _СМ, p_2n^ЦВД) = 178,1 ^OC.

x_а^ЦВД = h,s(s _СМ, p_2n^ЦВД) = — (так как пар находится в перегретом состоянии).

y_а^ЦВД = h,s(s _СМ, p_2n^ЦВД) = — (так как пар находится в перегретом состоянии).

h_а^ЦВД = h,s(s _СМ, p_2n^ЦВД) = 2829,7 кДж/кг.

υ_а^ЦВД = h,s(s _СМ, p_2n^ЦВД) = 1,44369 м³/кг.

4. Располагаемый тепловой перепад ступеней ЦВД № 15¸19:

H₀^15-19 = h _СМ – h_а^ЦВД = 3166,68 – 2829,7 = 336,98 кДж/кг.

5. Средний удельный объём пара в проточной части ступеней № 15¸19 ЦВД:

υ_ср = (υ_СМ ∙ υ_а ^ЦВД)^0,5 = (0,49566 ∙ 1,44369)^0,5 = 0,84592 м³/кг.

6. Относительный внутренний КПД ступеней ЦВД № 15¸19:

7. Полезно использованный тепловой перепад в ступенях ЦВД № 15¸19:

H_i^15-19 = h_оi^15-19 ∙ H₀^15-19 = 0,901 ∙ 336,98 = 303,62 кДж/кг.

8. Теплосодержание пара на выходе из ЦВД в действительном процессе:

h₂ ^ЦВД = h _СМ – H_i^15-19 = 3166,68 – 303,62 = 2863,06 кДж/кг.

9. Параметры пара в действительном процессе на выходе из ЦВД определяются по таблицам воды и пара:

t₂ ^ЦВД = h,s(p_2n^ЦВД, h ₂ ^ЦВД) = 194,8 ^OC.

s₂ ^ЦВД = h,s(p_2n^ЦВД, h ₂ ^ЦВД) = 7,6414 кДж/(кг∙K).

x₂ ^ЦВД = h,s(p_2n^ЦВД, h ₂ ^ЦВД) = — (так как пар находится в перегретом состоянии).

y₂ ^ЦВД = h,s(p_2n^ЦВД, h ₂ ^ЦВД) = — (так как пар находится в перегретом состоянии).

υ₂ ^ЦВД = h,s(p_2n^ЦВД, h ₂ ^ЦВД) = 1,49956 м³/кг.

4. Расчет параметров пара перед соплами ЦНД.

1. Потеря давления пара p_{2 ЦВД} в перепускных трубах (ресиверах) из ЦВД в ЦНД и в выносных сепараторах:

∆p₂ = 0,02 ∙ p_2n^ЦВД = ∆p_РЕС + ∆p_С = 0,02 ∙ 1,451= 0,029 бар.

2. Давление пара на входе в сопла первой ступени ЦНД:

p_О ^ЦНД = p_2n^ЦВД – ∆p₂ = 1,451 – 0,029 = 1,422 бар.

3. КПД сепаратора принимается: = 0,98.

4. Массовый расход влаги на входе в сепаратор:

G₂ ^I = y₂ ^ЦВД ∙ D₂^ЦВД = 0 ∙ 93,215 = 0 кг/с.

5. Масса отсепарированной влаги:

G_СЕП = φ ∙ G₂ ^I = 0,98 ∙ 0 = 0 кг/с.

6. Масса влаги, оставшаяся в потоке пара после сепаратора (на входе в сопла первой ступени ЦНД):

G₀ ^{I ЦНД} = G₂ ^I – G_СЕП = 0 – 0 = 0 кг/с.

7. Расход насыщенного пара из сепараторов в ЦНД:

D₀^ЦНД = D₂ ^II + G₀ ^{I ЦНД} = 93,215 + 0 = 93,215 кг/с.

8. Степень сухости пара на входе в ЦНД:

x₀ ^ЦНД = D₂ ^II / D₀^ЦНД = 93,215/ 93,215 = 1.

9. Параметры пара на входе в сопла первой ступени ЦНД определяются по таблицам воды и пара:

h ₀ ^ЦНД = h,s(p ₀ ^ЦНД, x₀ ^ЦНД) = 2863,06 кДж/кг.

t ₀ ^ЦНД = h,s(p ₀ ^ЦНД, x₀ ^ЦНД) = 194,77 ^OC.

s ₀ ^ЦНД = h,s(p ₀ ^ЦНД, x₀ ^ЦНД) = 7,6522 кДж/(кг∙K).

υ ₀ ^ЦНД = h,s(p ₀ ^ЦНД, x₀ ^ЦНД) =1,54157 м³/кг.

5. Расчёт процесса в проточной части ЦНД.

1. Расход пара из ЦНД в конденсатор: D_К = D₀^ЦНД = 93,215 кг/с.

2. Массовый расход охлаждающей воды в конденсатор (принимаем по характеристикам конденсатора): W_ЦВ = 21000 т/ч = 5833,3 кг/с.

3. Температура циркуляционной (охлаждающей) воды на входе в конденсатор (принимается по условиям водоснабжения и времени года): t_ЦВ = 4 ^OC.

4. Абсолютное давление пара и температура пара в конденсаторе (принимается по характеристикам конденсатора в зависимости от температуры наружного воздуха):

p_К = 0,011 бар = 1,1 кПа.

t_К = 9 ^OC.

5. Параметры пара в изоэнтропийном процессе за последней ступенью ЦНД определяются по таблицам воды и пара:

h _а ^ЦНД = h,s(s ₀ ^ЦНД, p₂^ЦНД) = 2153,7 кДж/кг.

t _а ^ЦНД = h,s(s ₀ ^ЦНД, p₂^ЦНД) = 9 ^OC.

x_а^ЦНД = h,s(s ₀ ^ЦНД, p₂^ЦНД) = 0,854.

y_а^ЦНД = h,s(s ₀ ^ЦНД, p₂^ЦНД) = (1- x_а^ЦНД) = (1 – 0,854)∙100% = 14,6 %.

s _а ^ЦНД = h,s(s ₀ ^ЦНД, p₂^ЦНД) = 7,6522 кДж/(кг∙K).

υ _а ^ЦНД = h,s(s ₀ ^ЦНД, p₂^ЦНД) = 100,78412 м³/кг.

6. Располагаемый тепловой перепад ЦНД:

H₀^ЦНД = h ₀ ^ЦНД – h _а ^ЦНД = 2863,06 – 2153,7 = 709,36 кДж/кг.

7. Торцевая (аксиальная) площадь выхода потока пара из последней ступени паровой конденсационной турбины К-110-6,5:

Ω_Z = π ∙ d_{СР Z} ∙ ℓ_{2 Z} = 3,14 ∙ 2,48 ∙ 960,0∙10^–3 = 7,475712 м².

8. Веерность последней ступени паровой конденсационной турбины К-110-6,5:

θ_Z = d_{СР Z} / ℓ_{2 Z} = 2,48 / (960,0 ∙ 10^–3) = 2,583.

9. Потери энергии потока пара с выходной скоростью, покидающего ЦНД:

10. Коэффициент, учитывающий потери энергии влажного пара в ступенях ЦВД:

k_вл = 1 – 0,4∙(1 – γ_вл)∙ (y₀^ЦНД + y₂^ЦНД)∙(H_{0 ВЛ}^ЦНД / H₀ ^ЦНД) =

=1 – 0,4∙(1 – 0,1)∙ (0 + 0,146) ∙ (382,7 / 709,36) = 0,972.

11. Относительный внутренний КПД ЦНД:

12. Полезно использованный тепловой перепад ЦНД:

H_i^ЦНД = h_оi ^ЦНД ∙ H₀ ^ЦНД = 0,871 ∙ 709,36 = 617,67 кДж/кг.

13. Теплосодержание пара на выходе из ЦНД в действительном процессе:

h_К = h₂ ^ЦНД = h ₀ ^ЦНД – H_i^ЦНД = 2863,06 – 617,67 = 2245,39 кДж/кг.

14. Параметры пара на входе в конденсатор определяются по таблицам воды и пара:

p_К = 0,011 бар = 1,1 кПа.

h_К = 2245,39 кДж/кг.

t_К = h,s (p_К , h_К) = 9 ^OC.

υ_К = h,s (p_К , h_К) = 105,14686 м³/кг.

x_К = h,s (p_К, h_К) = 0,854.

y_К = h,s (p_К , h_К) = (1- x_К) = (1 – 0,854) ∙ 100% = 14,6 %.

s_К = h,s (p_К , h_К) = 7,978 кДж/(кг∙K).

Параметры основного конденсата на выходе из конденсатосборника конденсатора:

- переохлаждение: ∆ t_ОК = 0,5 ^OC;

- температура: t_ОК = t_К – Δ t_ОК = 9 – 0,5 = 8,5 ^OC;

- давление: p_ОК = p_К = 0,011 бар = 1,1 кПа;

- теплосодержание: h_ОК = h,s(p_ОК, t_ОК) = 35,7 кДж/кг.

6. Расчёт экономических показателей паротурбинной установки.

1. Внутренняя мощность паровой турбины:

N_i^ПТ = D_{0 ВД} ∙ H_i^1-14 + D _СМ ∙ H_i^15-19 + 2 ∙ (D₀^ЦНД/2) ∙ H_i^ЦНД =

= 70,266 ∙ 162,05 + 93,215 ∙ 303,62 + 2 ∙ (93,215/2) ∙ 617,67 = 97264,7 кВт.

2. Электрическая мощность ПТУ (мощность на клеммах генератора):

N_Э^ПТУ = N_i^ПТ ∙ h_М ∙ h_ЭГ = 97264,7 ∙ 0,98 ∙ 0,983 = 93698,9 кВт.

3. Абсолютный электрический КПД ПТУ:

4. Абсолютный электрический КПД паросиловой установки (КУ + ПТУ):

h_Э^ПСУ = h_Э^ПТУ ∙ h_КУ = 0,656 ∙ 0,852 = 0,558.

Поиск по сайту: