Расчет подогревателя высокого давления ПВД для турбины К-1000-60/3000
Введение
Турбина К-1000-60/3000 имеет всего 7 отборов. Такое
количество отборов позволяет обеспечить развитую систему регенерации:
турбопривод, деаэратор, 3 ПВД и 4 ПНД. ПВД у современных турбин кроме основной
поверхности нагрева имеет также охладители перегретого пара (ОПП) и охладители
дренажа (ОД).
Нижний ПНД питается паром из ЧНД турбины, т.е. всегда
работает под вакуумом, поэтому конструктивно он размещен в выхлопном патрубке
турбины. На режимах с малыми расходами пара он отключается.
В системе регенерации есть также следующие элементы:
· охладители пара эжекторов (ОЭ) при
применении пароструйных эжекторов (осуществляется трехступенчатое сжатие
воздуха с промежуточным его охлаждением, что экономичнее).
· Охладители пароуплонений (ОУ) служат для
утилизации теплоты пара, отсасываемого из камеры низкого давления с помощью
эжектора.
· Подогреватель сальниковый (ПС) служат для
утилизации теплоты пара из камеры уплотнений избыточного давления.
Для надежной работы этих элементов и, в особенности, ОЭ и ОУ
через них должен подаваться достаточный расход конденсата. Поэтому на режимах с
малым пропуском пара в конденсатор включается т.н. линия рециркуляции.
Регулирование расхода конденсата осуществляется по этой линии автоматически
(клапан рециркуляции, который управляется по импульсу уровня конденсата в
конденсаторе). За счет этого одновременно предупреждается срыв в работе КН
(должен работать под заливом).
В данной работе требуется рассчитать подогреватель высокого
давления ПВД №6 для турбины К-1000-60/3000. Зная давление, температуру и расход
пара на подогреватель требуется рассчитать его основные параметры: расход воды,
температуры, теплоперепады, тепловые нагрузки, площади поверхностей теплообмена
в подогревателе высокого давления.
1. Краткая характеристика подогревателя
Одним из элементов, комплектующих любую турбоустановку,
являются подогреватели высокого давления (ПВД). Трубная система ПВД выполнена в
виде спиральных змеевиков, размещаемых в разъемном сварном корпусе, и состоит
из трёх элементов - зоны охлаждения перегретого пара, зоны конденсации пара и
зоны охлаждения конденсата. Питательная вода подводится к ПВД снизу и
распределяется на два стояка, из которых поступает в первую группу секций
горизонтальных трубных спиралей. Пройдя эту часть змеевиков, вода собирается в
распределительном коллекторе и переходит в следующую группу горизонтальных
змеевиков. Из этой группы змеевиков большая часть воды отводится в сборный
(выходной) коллектор, а меньшая часть перед входом в сборный коллектор проходит
верхнюю группу горизонтальных змеевиков, расположенную в зоне охлаждения
перегретого пара. Выход воды из подогревателя высокого давления, также как и
вход, - снизу, отвод конденсата также снизу - каскадный, в направлении,
обратном потоку питательной воды. По питательной воде ПВД включаются
последовательно.
. Схема движения теплообменивающихся сред В ПВД
турбина подогреватель
тепловой охладитель
Принципиальная схема движения теплообменивающихся сред в
зонах ПВД представлена на рисунке. Через охладитель конденсата проходит весь
поток питательной воды или ее часть, ограничиваемая установкой шайбы.
Включение зоны охлаждения пара может быть различным.
Например, возможно включение охладителя пара всех или какого-либо отдельного
подогревателя параллельно по ходу воды всем или некоторым подогревателям.
Смешение потока воды, проходящего через каждый охладитель
пара, с потоком питательной воды происходит на входе в паровой котел. Такая
схема включения носит название схемы Рикара-Никольного. Может быть использована
другая схема, когда охлаждение пара происходит потоком воды, направляемым в
паровой котел после всех подогревателей (схема Виолен). Может быть применена
последовательная схема включения всех зон, и возможна комбинированная схема.
Во всех случаях через охладитель пара пропускается только
часть питательной воды, а другая ее часть байпасируется помимо охладителя с
помощью ограничивающей шайбы.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 198
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 194,4
|
|
|
|
|
|
|
|
 194,4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 194,4
|
|
 175,5 189,9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 170,5 172,8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
198
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
194,4189,9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
194,4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 172,8194,4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
175,5170,5
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Определение тепловых нагрузок в ОП, СП, ОК.
Параметры греющего пара:
§ давление pп =1,5 МПа;
§ температура tп =198 °С;
§ энтальпия iп =2795 кДж/кг;
§ расход пара Dп=93,25 кг/с;
§ давление пара в собственно подогревателе p`п =1,38 МПа;
§ температура насыщения tнс.п. =194,4 °С;
§ энтальпия конденсата пара за собственно
подогревателем
iнс.п.=827 кДж/кг;
§ энтальпия пара, поступающего в собственно
подогреватель i′п
=2795 кДж/кг;
§ температура пара t′п =194,4 °С.
Параметры питательной воды:
§ давление pп.в.=12 МПа;
§ температура на входе в охладитель конденсата tв =170,5 °С;
§ энтальпия воды на входе в охладитель конденсата iв =713,6 кДж/кг;
§ температура конденсата на выходе из охладителя tдр =175,5 °С;
энтальпия iдр=734,5 кДж/кг;
Расход воды в подогреватель определяется из уравнения
теплового баланса при заданных параметрах:
Dп(i′п - iдр)ηп = Gпв (iсп - iв)
В охладитель конденсата поступает часть питательной воды с
расходом 304,45 кг/с (15%∙Gп.в). Через собственно подогреватель проходит
2029,65 кг/с воды. Расход воды через пароохладитель принять равным 70% расхода
пара, поступающего в подогреватель 0,00 кг/с.
Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя
определяется при pп.в=1,38 МПа и температуре tс.п.= tнс.п. - υ=194,4-4,5=189,9 °С; когда
значении υ =4,5 °С, тогда iс.п. =794,9 кДж/кг.
Расход пара в подогреватель
|
GПВ=  =(194,4-734,5)*0,99*93,25
|
=2029,65 кг/с.
|
|
|
(794,9-713,6)
|
|
Используя полученный расход воды, 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)
Имеем
|
 713,6+
|
(827-734,5)*93,25*0,99
|
=720 кДж/кг.
|
|
|
|
304,45
|
|
тогда tод =172,1 °С.
Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель
|
 715,8+
|
(720-713,6)*304,45*0,99
|
=715 кДж/кг.
|
|
|
|
1725,20
|
|
тогда температура воды на входе в собственно подогреватель t′од = 172,8 °С.
Gпо = 0,7D=0,00 кг/с):
|
 794,9+
|
(2795-2795)*93,25*0,99
|
=2795,0 кДж/кг.
|
|
|
|
0,00
|
|
тогда температура tпо=194,4 °С.
По балансу теплоты определяем тепловую нагрузку для
охладителя конденсата:
93,25*(827-734,5)*0,99=8539 кВт;
собственно подогревателя:
93,25*(2795-827)*0,99=183516 кВт;
i′п - удельная энтальпия пара, поступающего в собственно
подогреватель;
iнс.п. -
удельная энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем;
i др - удельная энтальпия дренажа;
Dп - расход
пара в подогреватель;
4. Тепловой расчёт 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 1:
для собственно подогревателя
∆tб=tнс.п.
- t′од = 194,4-172,8 =22 °С;
∆tм=tнс.п
- tсп = 194,4-189,9= 4,5 °С.
Следовательно
|
 22-4,5
|
=10,9,0C;
|
|
|
ln
|
22
|
|
|
|
4,5
|
|
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:
|
 189,9+172,8
|
=181,0C;
|
|
|
2
|
|
параметрах 
0,166*10-6 м2/с; 
66,36*10-2 Вт/(м*К);
1,061;
число Рейнольдса равно:
|
 1,5*0,032
|
=2,89*105;
|
|
|
0,166*10-6
|
|
Коэффициент теплоотдачи для этих условий определяется:
|
 0,023*66,36*10-2*(2,89)0,8(1,061)0,4
|
=11415 Вт/(м2К);
|
|
|
0,032
|
|
Термическое сопротивление стенки труб:
Значение коэффициента b в
формуле 
при
|
 194,4+181
|
=188,0C;
|
|
|
2
|
|
равно b=6150. В соответствии с полученными значениями имеем:
принимая различные значения q, находим 
и строим зависимость 
(рис. 2).
q=20 кВт/м2
∆t =6,01 °С;
Рис. 2 Графоаналитическое определение плотности теплового
потока в зависимости от температурного напора
q=30 кВт/м2 ∆t =9,91 °С;
q=40 кВт/м2 ∆t =14,17 °С;
q=50 кВт/м2 ∆t =18,72 °С;
Из нее следует что при =10,11 
: q =30500
.
Коэффициент теплопередачи в собственно подогревателе в этих
условиях равен:
|
 30500
|
=3016, Вт/(м2К);
|
|
|
10,11
|
|
Поверхность нагрева собственно подогревателя:
|
 183516
|
=602, м2;
|
|
|
3016*10,11
|
|
Практически поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет
возможности загрязнения поверхности, коррозии и т.д. Принимаем
604 м2.
При принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно
подогревателя
|
 2029,65*0,166*10-4
|
=3486, шт.;
|
|
|
0,785*1,5*0,0242
|
|
Практически число спиралей принимается кратным произведению числа
секций и числа рядов в каждой секции, т.е. 6
12=72. Тогда N=3528 шт.
Длина каждой спирали в этом случае
=2, м;
|
|
|
3,1415*0,024*3528
|
|
В заключение теплового расчета собственно подогревателя
рекомендуется уточнить температуру, при которой были определены физические
параметры:
194,4-6,01=188,39,0C;
Отклонение от принятого значения 
=188 составляет 0,39 °С, что вполне допустимо.
5. Тепловой расчёт охладителя конденсата (ОК)
Тепловая нагрузка охладителя конденсата 
8539 кВт;
Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве:
|
 194,4+175,5
|
=184, °С;
|
|
|
2
|
|
Сечение для прохода конденсата в охладителе принимаем таким же,
как и в охладителе пара, т.е. 0,009
Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:
|
 93,25*0,00114
|
=11,96, м2;
|
|
|
0,009
|
|
Значение числа Рейнольдса при найденной скорости равно:
|
 11,96*0,018
|
=9,7*104;
|
|
|
0,1568*10-6
|
|
Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб
следует определять:
|
 0,023*0,6367*(9,7)0,8(0,998)0,4
|
=23246 Вт/(м2К);
|
|
|
0,032
|
|
Средняя разность температур воды в трубах охладителя:
|
 170,5+172,1
|
=171,4 оС;
|
|
|
2
|
|
Значение коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяем
при скорости 
и физических параметрах, соответствующих 
171,4 оС;
|
 2+0,024
|
=2,82*105;
|
|
|
0,1704*10-6
|
|
|
 0,023*0,6649*(2,82*105)0,8(1,127)0,4
|
=15305 Вт/(м2К);
|
|
|
0,024
|
|
Расчетное значение:
1,132*15305=17325 Вт/(м2К);
Коэффициент теплопередачи в охладителе конденсата:
|
 1
|
=1414 Вт/(м2К)
|
|
|
1
|
+
|
0,032*32
|
+
|
32
|
|
|
2188
|
|
246,6*24
|
|
24*17325
|
|
Средний температурный напор в охладителе: 
194,4-172,1=22 оС;
172,1-170,5=5 оС;
|
22-5
|
=11,3 оС;
|
|
|
ln
|
22
|
|
|
|
5
|
|
Поверхность теплообмена охладителя конденсата:
|
 8539*103
|
=312 м2;
|
|
|
1414*11,3
|
|
Таким образом, в результате расчета получено:
602 м2;
312 м2.
Заключение
В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан
подогреватель высокого давления ПВД №6 (ПВ-2000-120-17) для турбинной установки
К-1000-60/3000. ПВД №6 работает при параметрах пара перед входом в
подогреватель: давлении 1,5 МПа, температуре 198 °С и расходом пара 93,25 кг/с.
В результате расчета были определены следующие площади
составляющих частей подогревателя:
Ø площадь СП 602 м2;
Ø площадь ОК 312 м2.
Полученные в результате расчёта значения площадей отличаются
от реальных табличных значений данного подогревателя ПВ-2000-120-17 на
допустимую величину.
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.
. Рихтер
Л.А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций», Москва, 1987
г.