Разработка подогревателя высокого давления для турбинной установки
Содержание
1. Краткая
характеристика турбоустановки
. Схема
движения теплообменивающихся сред, график изменения температур в теплоносителе
. Определение
количества теплоты
. 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 ⁰С
Давление пара после промежуточного перегревателя
3,24 МПа
Температура пара после промежуточного
перегревателя 540 ⁰С
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
. 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 tнс.п.
=245,6 °С;
§ энтальпия конденсата пара за собственно
подогревателем iнс.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%∙Gп.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 pп.в=32
МПа и температуре tс.п. = tнс.п.-
υ
= 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 =
iв+(Dп(iнсп-iдр)
+ Dп8(iдр8-iдр)∙ηп)/Gод
i"од
= 1047,7 кДжод
= 241
°С.
Энтальпия воды на входе в собственно
подогреватель:
i'сп = iв+Gод
(iод-iв)/Gпв
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+Dп(iп-i'п)∙η/Gпо
i"по
= 1134 кДж
температура tпо=260,1 °С.
По балансу теплоты определяем
тепловую нагрузку для:
охладителя конденсата:
Qок = Dп(iнсп-iдр)η = 9818 кВт
собственно подогревателя:
Qсп = Dп(i'п-
iнсп)η = 81488кВт
охладителя пара:
Qпо=Dп(iп-i'п)η = 5795кВт
i′п -
удельная энтальпия пара, поступающего в собственно подогореватель;
iнс.п. -
удельная энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем;
i др - удельная
энтальпия дренажа;
Dп - расход
пара в подогреватель;
. 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:
∆tб=tнс.п. - t′од
= 245,6-203,7 = 41,9 °С;
∆tм=tнс.п - tсп =
245,6-241,1 = 4,5 °С.
Следовательно
Δtср=(41,9-4,5)/ln(41,9/4,5)=16,8ºС
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:
Δtт=(tсп+t'сп)/2=(241,1-203,7)/2=222,4ºС
ν=0,147∙10-6
м2/с; λ=0,673
Вт/(м∙К);
Pr=0,835
число Рейнольдса равно:
Re = w∙d/ν= 1,5∙0,032/0,147∙10-6=324324
Коэффициент теплоотдачи для этих
условий определяется:
α2=0,023(λ/d) Re0,8Pr0,4= 0,023
(0,673/0,032) (324324)0,4 (0,835)0,4= 11570Вт/(м2∙К)
Термическое сопротивление стенки
труб :
Rст=δст/λст=5,36∙10-5
Значение коэффициента b в формуле при
Δtсрст=(tнсп+ Δtт)/2 =
(245,6+222,4)/2 = 234⁰С
b=8073, т. е. α1=8073Δt-0,25 Вт/(м2∙К)
В соответствии с полученными
значениями имеем:
Δt= Δt1 + Δt2 + Δt3 = (q/b)4/3 + (δст/λст)∙q + q/α2=(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/Δt=46400/16,8=2762
Вт/(м2∙К)
Поверхность нагрева собственно
подогревателя:
F=Q/(kΔtср) =81488∙103/(2762∙16,8)
= 1851м2
Практически поверхность нагрева
должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения поверхности,
коррозии и т.д. Принимаем:
Fсп = 1863 м2
При принятой скорости воды в трубах
число спиралей собственно
подогревателя:
N= Gпвυ/(0,785w∙d2вн) = 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/(π dвнn) =
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 Gпв = 42,4
кг/с.
Если размеры спиралей охладителей
пара такие же, как и собственно
подогревателя, тогда сечение для
прохода пара:
F=L∙0,004∙β = 31∙0,004∙0,98
= 0,122 м2
β=0,98 учитывает
часть длины труб, участвующей в теплообмене, а
,004-расстояние между трубами.
При двух потоках скорость пара в
охладителе:
w=Dпυ/2F = 60,55∙0,06/(2∙0,122)
= 14,9 м/с
где υ- средний
удельный объем пара при его средней температуре:
tср= (tп+t"п)/2
= (289+260)/2 = 274,5⁰С
Эквивалентный диаметр:
dэ= 4F/p = 4∙0,122/2
= 0,244 м
Число Рейнольдса:
Re= wndэ/νn =14,9∙0,244/1,13∙10-6=3,22∙106.
Значение коэффициента теплоотдачи от
пара к стенке труб:
α1= 0,027(λ/ dэ)( 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:
ν = 1,37∙10-7 м2/с;
λ = 0,65 Вт/м∙К;
Pr= 0,798
Re = (1,5∙0,024)/
1,37∙10-7 = 262774
α2=0,023(λ/d)Re0,8Pr0,4=(0,023∙0,65∙2627740,8∙0,7980,4)/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:
tп - tпо =
289-260,1=28,9°С;
t′сп
- tсп
=260-241,1=18,9°С.
Δtср =
(28,9-18,9)/ln(28,9/18,9)
= 23,54
Поверхность нагрева охладителя пара:
Fоп = Q/(k Δtср) =
5795000/(1230∙23,54)=84,6 м2
Число змеевиков охладителя пара :
N = F/(βLπdн)
=84,6/(0,98∙31∙3,14∙0,032) = 28 шт
Расчет охладителя конденсата(ОК)
Тепловая нагрузка охладителя
конденсата: Qок=9818 кВт
Средняя температура конденсата в
межтрубном пространстве:
tсрк= 228,2 ⁰С
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:
wк= Dk∙υk/F = 60,55∙0,0012/0,122
= 0,6 м/с
Значение числа Рейнольдса при
найденной скорости равно:
Re = wк∙dэ/ν = 0,6∙0,244/0,142∙10-6=1,02∙106
коэффициент теплоотдачи по формуле:
α1= 0,023(λ/ 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:
tсрод = (tв+ tод)/2 =
(196,8+203,7)/2 = 200,3⁰С
Значение коэффициента теплопередачи
от стенки к воде определяем при скорости w=2 м/с и
физ. параметрах, соответствующих tсрод= 200,3⁰С
Re = (2∙0,024)/(0,16∙106)
= 3,45∙105
α2=0,023∙0,688∙(3,45∙105)0,8∙(0,893)0,4=16970
Вт/(м2∙К)
Расчетное значение:
α2р=1,132∙ α2=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:
Δtср=
(Δtб-
Δtм)/ln
Δtб/Δtм=(41,9-9,2)/ln(41,9∙9,2)=
21,6⁰С
Поверхность теплообмена охладителя
конденсата:
Fок= Q/(k Δtср)=
9818000/(19210∙21,6)= 184,1 м2
Таким образом, в результате расчета
получено:
Fоп = 84,6 м2;
Fсп = 1851 м2;
Fок = 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 Fсп
=
1851 м2
площадь ОП: Fоп
= 84,6 м2
площадь ОК : Fок
= 184,1 м2
Полученные в результате расчёта значения
площадей немного отличаются от реальных табличных значений данного
подогревателя ПВ-2100-380-40 (Fсп
=
1863 м2; Fоп
= 847 м2; Fок
= 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.
. Григорьев
В. А., Зорин В. М. «Тепловые и атомные электрические станции», Москва,
«Энергоатомиздат», 1989 г.
. Соловьёв
Ю. П. «Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций», Москва,
«Энергоатомиздат», 1983 г.
. Рихтер
Л. А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций», Москва,
1987 г.