Учебная работа. Расчет подогревателя высокого давления ПВД для турбины К-1000-60/3000

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

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 трех 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

175,5189,9

170,5172,8

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. Принимаем604 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. 612=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. 0,009Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

93,25*0,00114

=11,96, м2;

0,009

11,96*0,018

=9,7*104;

0,1568*10-6

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.

Учебная работа. Расчет подогревателя высокого давления ПВД для турбины К-1000-60/3000

Учебная работа. Расчет подогревателя высокого давления ПВД № 5 для турбины ПT-135/165-130/15

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Расчет подогревателя высокого давления ПВД № 5 для турбины ПT-135/165-130/15

ВВЕДЕНИЕ

Турбина ПT-135/165-130/15 имеет всего 7 отборов. Такое количество отборов
позволяет обеспечить развитую систему регенерации: 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 расчитать подогреватель высокого давления ПВД №
5 для турбины ПT-135/165-130/15. 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
трех 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

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.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ тепловых НАГРУЗОК В ОП, СП, ОК

Параметры греющего пара:

§  давление pп =0,49 МПа;

§  температура tп =275 °С;

§  энтальпия iп =3013 кДж/кг;

§  расход пара Dп=9,16 кг/с;

§  давление пара в собственно подогревателе p`п =0,45 МПа;

§  температура насыщения tнс.п. =184,1 °С;

§  энтальпия конденсата пара за собственно подогревателем

iнс.п.=771 кДж/кг;

§  энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель i′п =2846 кДж/кг;

§  температура пара t′п
=194,1 °С.

Параметры питательной воды:

§  давление pп.в.=38 МПа;

§  температура на входе в охладитель конденсата tв =161,4 °С;

§  энтальпия воды на входе в охладитель конденсата iв =675,8 кДж/кг;

§  температура конденсата на выходе из охладителя tдр =171,4 °С;

энтальпия iдр=717,6 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 37,69
кг/с (15%∙Gп.в). Через собственно подогреватель
проходит 251,25 кг/с воды. Расход воды через пароохладитель принять равным 70 %
расхода пара, поступающего в подогреватель 6,41 кг/с.

Энтальпия воды на выходе из собственно подогревателя определяется при pп.в=0,45 МПа и температуре tс.п.= tнс.п.- υ=184,1-4,5=179,6 °С;

когда значении υ =4,5°С, тогда iс.п. =751,8 кДж/кг.

Расход пара в подогреватель

GПВ= =(194,1-717,6)*0,99*9,16=251,25
кг/с.

(751,8-675,8)

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

675,8+(771-717,6)*9,16*0,99=679 кДж/кг.

37,69

тогда tод =162,3 °С.

Энтальпия воды на входе в собственно подогреватель

715,8+(679-675,8)*37,69*0,99=676 кДж/кг.

207,15

тогда
температура воды на входе в собственно подогреватель t′од =
163,6 °С.

Энтальпия
воды на выходе из пароохладителя (при расходе Gпо = 0,7D=6,41
кг/с):

751,8+(3013-2846)*9,16*0,99=1006,8 кДж/кг.

6,41

тогда температура tпо=222,0
°С.

По балансу теплоты определяем тепловую нагрузку для охладителя
конденсата:

9,16*(771-717,6)*0,99=481
кВт;

собственно
подогревателя:

9,16*(2846-771)*0,99=19010
кВт;

охладителя
пара:

9,16*(3013-2846)*0,99=1530
кВт

где
iп — удельная энтальпия пара;

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 = 184,1-163,6 =20 °С;

∆tм=tнс.п — tсп =
184,1-179,6= 4,5 °С.

следовательно

20-4,5

=10,5,0C;

ln

20

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:

179,6+163,6=172,0C;

2

параметрах
0,171*10-6 м2/с; 66,97*10-2 Вт/(м*К);1,124;

число
Рейнольдса равно:

1,5*0,032=2,81*105;

0,171*10-6

Коэффициент теплоотдачи для этих условий определяется:

0,023*66,97*10-2*(2,81)0,8(1,124)0,4=11542
Вт/(м2К);

0,032

Термическое сопротивление стенки труб:

 при

184,1+172=178,0C;

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 =7,03 °С;

q=30 кВт/м2 ∆t =11,67°С;

q=40 кВт/м2 ∆t =16,76°С;

q=50 кВт/м2 ∆t =22,22°С;

Рис.2
Графоаналитическое определение плотности теплового потока в зависимости от
температурного напора.

Из
нее следует, что при =10,02 : q
=26550.

Коэффициент
теплопередачи в собственно подогревателе в этих условиях равен:

26550=2650,Вт/(м2К);

10,02

поверхность нагрева собственно подогревателя:

19010=736,м2;

2650*10,02

Практически
поверхность нагрева должна быть несколько выше за счет возможности загрязнения
поверхности, коррозии и т.д. Принимаем738 м2.

При
принятой скорости воды в трубах число спиралей собственно подогревателя

251,25*0,171*10-4=432,шт;

0,785*1,5*0,0242

практически
число спиралей принимается кратным произведению числа секций и числа рядов в
каждой секции, т.е. 612=72. Тогда N=432 шт.

Длина
каждой спирали в этом случае

738=23,м;

3,1415*0,024*432

В заключение теплового расчета собственно подогревателя рекомендуется
уточнить температуру, при которой были определены физические параметры:

184,1-7,03=177,07,0C;

Отклонение
от принятого значения =178 составляет -0,93 °С, что вполне допустимо.

.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ ПАРА (ОП)

тепловая
нагрузка охладителя пара Qоп =1530 кВт;

расход
пара Dп =9,16 кг/с;

расход
питательной воды Gпв =6,41
кг/с.

Если
размеры спиралей охладителей пара такие же, как и собственно подогревателя,
тогда сечение для прохода пара:

23*0,004*0,98=0,089
м2

здесь
β=0,98
учитывает часть длины труб, участвующей в
теплообмене, а 0,004-расстояние между трубами.

При
двух потоках скорость пара в охладителе:

9,16*0,15618=8,1,м/с;

2*0,089

где υ — средний удельный объем пара при его средней
температуре

tср=275+194,1=234,55, °С;

2

Эквивалентный диаметр:

4*0,089=0,178,м;

2

8,1*0,178=0,8;

1,75*10-7

Значение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб следует
определять:

0,027*0,04272*(0,8)0,8(1,644)0,4=425,387
Вт/(м2К);

0,178

Физические параметры воды определяются при:

 194,1+179,6=201 ˚С;

2

ν=1,620*10-6м2/с;

λ=0,681 Вт /м*К,

Pr
=0,889.

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

1,5*0,024=2,2*105;

1,620*10-6

а

0,023*0,681*(2,2*105)0,8(0,889)0,4=11797
Вт/(м2К);

0,024

Коэффициент теплопередачи:

 1

=2908 Вт/(м2К)

1

+

0,032*32

+

32

4201

246,6*24

24*11797

где
 — учитывает вид теплопередающей стенки — стенка
цилиндрическая.

Средний
температурный напор в охладителе пара:

здесь
большие и меньшие температуры разности определяются в соответствии с графиком
рисунка 1:

для
охладителя пара:

 tп — tпо
=275-222,0=53,0 °С;

 t′п
— tсп
=194,1-179,6=14,5°С.

следовательно,

53,0-14,5=30 оС;

ln

53,0

14,5

Поверхность нагрева охладителя пара:

1530*103=101,м2;

2908*30

Число змеевиков охладителя пара:

101=45,шт;

0,98*3,1415*0,032*23

. тепловой РАСЧЁТ ОХЛАДИТЕЛЯ КОНДЕНСАТА (ОК)

Тепловая
нагрузка охладителя конденсата 481 кВт;

Средняя
температура конденсата в межтрубном пространстве:

184,1+171,4=174, °С;

2

Сечение
для прохода конденсата в охладителе принимаем таким же, как и в охладителе пара,
т.е. 0,089 Тогда скорость конденсата в межтрубном пространстве:

9,16*0,00113=0,12,м2;

0,089

0,12*0,178=0,8*104;

0,1609*10-6

0,023*0,6374*(0,8)0,8(1,039)0,4=3581
Вт/(м2К);

0,032

Средняя разность температур воды в трубах охладителя:

161,4+162,3=162,3 оС;

2

Значение
коэффициента теплопередачи от стенки к воде определяем при скорости и физических параметрах, соответствующих 162,3 оС;

2+0,024=2,74*105;

 

0,1752*10-6

 

0,023*0,6609*(2,74*105)0,8(1,198)0,4=15247
Вт/(м2К);

0,024

Расчетное

1,132*15247=17259
Вт/(м2К);

 1

=1259 Вт/(м2К)

1

+

0,032*32

+

32

1839

246,6*24

24*17259

Средний
температурный напор в охладителе: 184,1-162,3=20
оС;

162,3-161,4=10
оС;

20-10=14,6 оС;

ln

20

10

 

поверхность теплообмена охладителя конденсата:

481*103=144 м2;

1259*14,6

Таким образом, в результате расчета получено:

736 м2;

101 м2;

144 м2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В
ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан подогреватель высокого
давления ПВД № 5 (ПВ-900-380-18-1) для турбинной установки ПT-135/165-130/15.
ПВД № 5 работает при параметрах пара перед входом в подогреватель: давлении
0,49 МПа, температуре 275 °С и расходом пара 9,16 кг/с.

В
результате расчета были определены следующие площади составляющих частей
подогревателя:

Ø  площадь
СП 736 м2;

Ø  площадь
ОП 101 м2;

Ø  площадь
ОК 144 м2.

полученные в результате расчёта значения площадей отличаются от реальных
табличных значений данного подогревателя ПВ-900-380-18-1 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.

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

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

Учебная работа. Расчет подогревателя высокого давления ПВД № 5 для турбины ПT-135/165-130/15

Учебная работа. Расчет подогревателя высокого давления ПВД-7 турбины К-800

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Расчет подогревателя высокого давления ПВД-7 турбины К-800

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

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

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)

"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

iп — удельная
энтальпия пара;

i′п —
удельная энтальпия пара, поступающего в собственно подогореватель;

i др — удельная
энтальпия дренажа;

Dп — расход
пара в подогреватель;

турбоустановка охладитель пар температура

4. Определение поверхностей нагрева

.1 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

 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

.2 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.

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

.3 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

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

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

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

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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 вели- чину. В результате можно сделать вывод , что расчет
произведен верно .

6. 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.

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

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

Учебная работа. Расчет подогревателя высокого давления ПВД-7 турбины К-800