ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ЭНЕРГОБЛОКА ТЭС И НАЗНАЧЕНИЕ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

По расчету принципиальной тепловой схемы энергоблока ТЭС

Составитель: Гнеушев А.С.

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

С целью закрепления знаний, полученных при изучении курса «Теплоэнергетические установки ТЭС», студентам необходимо выполнить курсовую работу по тепловому расчету принципиальной тепловой схемы блочного турбинного агрегата ТЭС. В процессе выполнения работы студенты знакомятся с принципами построе­ния тепловых схем современных агрегатов ТЭС, с назначением и устройством основных ее элементов. На основе полученных сведе­ний и заданных исходных параметров студенты подбирают прото­тип турбосиловой установки, проводят тщательный анализ его тепловой схемы и после введения некоторых упрощений составля­ют принципиальную тепловую схему для последующего теплового расчета.

Тепловой расчет делится на такие последовательные этапы.

1. Построение процесса расширения пара в турбине в i s-диаграмме включает в себя определение параметров на входе и вы­ходе из всех цилиндров турбины и построение идеальных и ре­альных процессов расширения пара в них.

2. Определение параметров в отборах и подогревателях состоит в нахождении температур, давлений и энтальпий пара в отборах турбины, давлений и температур насыщения в подогревате­лях, температур и энтальпий питательной воды и конденсата по всему тракту регенеративного подогрева. Здесь же определяются параметры пара на входе и выходе из турбопривода питательного насоса, и строится процесс расширения в нем в i s-диаграмме.

3. Составление тепловых балансов подогревателей проводится последовательно для всех подогревателей, начиная с верхнего. На основе балансов определяются доли расхода пара в отборах и по­догревателях, доли расхода воды по тракту подогрева.

4. Определение расходов пара, воды и тепла включает оценку распределения теплопадений по отсекам турбины, нахождение расхода пара на турбину, и в отборах, определение мощности турбопривода питательного насоса, расхода тепла и КПД турбоустановки.

 

 

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ЭНЕРГОБЛОКА ТЭС И НАЗНАЧЕНИЕ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Тепловая электрическая станция (ТЭС) представляет собой энергетическую установку, служащую для преобразования тепло­ты, выделяемой при сжигании органического топлива (угля, неф­ти, газа и др.), в электрическую энергию.

По технологической структуре ТЭС делятся на блочные и неблочные. При блочной структуре ТЭС каждая ее турбина питает­ся паром, только от относящегося к ней парогенератора (моно­блок), иногда от двух парогенераторов (дубль-блок). Тепловые электрические станции, представляющие собой совокупность от­дельных энергоблоков, являются более дешевыми и простыми в управлении и автоматизации. Современные конденсационные электростанции (начиная с мощности турбоагрегата 150 МВт и выше), как правило, с промежуточным перегревом пара, имеют блочную структуру.

Конденсационные электростанции (КЭС) с начальным давле­нием 9МПа и ниже и ТЭЦ с давлением 13МПа и ниже не имеют промежуточного перегрева и отличаются неблочной структурой, при которой магистрали свежего пара и питательной воды явля­ются общими для всех парогенераторов.

Принципиальная тепловая схема (ПТС) электростанции включает основное (парогенератор, турбина, генератор) и вспомо­гательное теплоэнергетическое оборудование, с помощью которого осуществляется преобразование тепла в электрическую энергию. При одинаковых энергоблоках с блочной структурой ПТС станции сводится к принципиальной тепловой схеме энергоблока. При не­блочной структуре электростанции, имеющей одинаковые турбоустановки и одинаковые парогенераторы, ПТС также сводится к принципиальной тепловой схеме одного агрегата.

Рассмотрим принципиальную тепловую схему энергоблока ТЭС на примере паротурбинной установки с промежуточным пере­гревом пара (рис. 1)

Острый перегретый пар с параметрами Р_о, t_o из парогенерато­ра (ПГ) по паропроводу направляется в цилиндр высокого дав­ления (ЦВД) паровой турбины, где расширяется до давления Р' _пп. После ЦВД пар отводится в промежуточный пароперегрева­тель (ПП), расположенный в ПГ, где температура его увеличива­ется за счет теплоты сгоревшего топлива, как правило, до темпе­ратуры острого пара t_o. Вторично перегретый пар с давлением Р'' _ппи температурой t_o поступает в цилиндр среднего давления (ЦСД) турбины и из него в цилиндр низкого давления (ЦНД), ко­торый на схеме (рис. 1) выполнен двухпоточным. Во всех цилинд­рах турбины происходит расширение пара, сопровождающееся по­нижением давления и температуры. При этом в турбине осуществляется преобразование потенциальной энергии пара в механическую энергию вращения ротора, которая через вал передается в электрогенератор (ЭГ), где преобразуется в электрическую энергию.

После турбины пар с давлением Р_к направляется в конденса­тор K, где отдает свое тепло охлаждающей циркуляционной воде и при этом сам превращается в воду-конденсат. Последний кон­денсационными насосами (КН) подается в регенеративные подо­греватели низкого давления (ПНД) П1, П2, ПЗ и П4, в которых нагревается паром, отбираемым из ЦНД и ЦСД турбины. После П4 конденсат направляется в деаэратор (Д), где освобождается от агрессивных газов и дополнительно нагревается. Из деаэратора конденсат подается через бустерный насос (БН) в питательный насос (ПН), откуда с повышенным давлением прокачивается че­рез подогреватели высокого давления (ПВД) П6, П7 и П8, где подогревается паром, отобранным из турбины, и с температурой t _п.в направляется в парогенератор.

Рассмотрим структуру тепловой схемы блока.

В основное оборудование входят парогенератор и турбоагре­гат, паропроводы, свежего пара и промежуточного перегрева.

Парогенераторы бывают с естественной циркуляцией (барабанные) и прямоточные. Первые применяются только при докритических давлениях пара, вторые — как при докритических, так и при сверхкритических.

Турбоагрегат состоит из турбины, разделенной, как правило, на несколько цилиндров (последние могут иметь два и более по­токов пара), и электрогенератора, связанного с ней через вал. Мощность агрегата и начальные параметры острого пара указы­ваются в ГОСТ 3618—69.

Промежуточный перегрев пара вводится для повышения тепловой экономичности энергоблока и, кроме того, для повышения надежности и экономичности работы части низкого давления турбины, так как при этом уменьшается влажность пара, проходящего через последние ступени ЦНД.

Регенеративная установка турбоагрегата служит для подогре­ва конденсата и питательной воды отборным паром турбины. Этот подогрев значительно повышает тепловую экономичность энергоблока благодаря тому, что тепло конденсации пара регене­ративных отборов не теряется в конденсаторе, а передается кон­денсату и питательной воде, возвращаемым в цикл.

Установка состоит из поверхностных подогревателей низкого и высокого давления, охладителей эжекторов, сальниковых подогревателей, трубопроводов отборов, трубопроводов конденсата греющего пара, сливных насосов.

 

Рис 1.Принципиальная тепловая схема энергоблока ТЭС с промежуточным перегревом пара

 

Подогреватели подразделяются на поверхностные и смешивающие. В подогревателях поверхностного типа конденсат или питательная вода прокачивается по стальным, или латунным труб­кам, расположенным в общем цилиндрическом корпусе, а греющий пар омывает трубки снаружи, конденсируясь при этом на по­верхности трубок.

В подогревателях смешивающего типа питательная вода или конденсат непосредственно соприкасаются с греющим паром. При­чем пар конденсируется при температуре насыщения, соответст­вующей давлению в подогревателе, и, отдавая воде тепло, нагре­вает ее практически до температуры насыщения. Поэтому с точ­ки зрения тепловой экономичности смешивающие подогреватели обеспечивают наибольший эффект от регенерации. Недостаток их заключается в том, что для каждого такого подогревателя необхо­дима установка перекачивающего насоса, чтобы подогретая вода могла поступать в последующие элементы схемы с повышенными давлениями. Применяются смешивающие подогреватели в основ­ном в качестве подогревателей низкого давления.

На отечественных тепловых электростанциях ПНД служат для подогрева воды, поступающей в деаэратор, а ПВД — для подогрева воды после питательных насосов. И те и другие подогрева­тели — чаще всего поверхностного типа. В тепловых схемах стан­ций смешивающими подогревателями являются деаэраторы.

Подогрев конденсата, дренажей и добавочной воды с низкой температурой, перед деаэратором необходим для того, чтобы сред­няя температура воды, поступающей в колонку деаэратора, была на 10—15°С ниже температуры насыщения, соответствующей ра­бочему давлению деаэратора. При этом условии обеспечивается максимальное удаление газов из воды.

Подогреватели низкого давления с водяной стороны находят­ся под сравнительно низким давлением, создаваемым конденсатными насосами и равным 0,69—2,45 МПа. Давление питательной воды или конденсата должно превышать давление греющего па­ра, чтобы избежать парообразования и гидравлических ударов в трубных системах.

Подогреватели высокого давления с водяной стороны находят­ся под давлением воды питательных насосов; в условиях отечест­венных ТЭС давление воды составляет от 5,9 до 39,3 МПа, тем­пература - от 150 до 270°С.

С целью повышения тепловой экономичности процесса переда­чи тепла от отборного пара к питательной воде и конденсату, ПВД и верхние (по пару) ПНД выполняют состоящими из трех частей: охладителя пара (ОП), собственно подогревателя (СП) и охладителя дренажа (ОД). В ОП осуществляется охлаждение перегретого отборного пара и дополнительный нагрев воды после собственно подогревателя, так что температура ее доводится до величины, на 2—3°С ниже температуры насыщения. При отсутст­вии ОП этот недогрев составляет ~5°С.

В собственно подогревателе греющий пар конденсируется; температура его на выходе равна температуре насыщения при данном давлении. В охладителе дренажа за счет передачи тепла питательной воде происходит снижение температуры конденсата греющего пара на 13—15°С, благодаря чему уменьшается вытеснение нижележащих отборов и соответственно увеличивается эффект от регенерации. Охладители пара и охладители дренажа могут выполняться как выносными, так и встроенными в корпус подогревателя.

При наличии промежуточного перегрева пара один из подогре­вателей целесообразно питать паром из холодной нитки промперегрева. Причем нагрев воды в этом подогревателе должен быть гораздо большим (в 1,5—1,8 раза), чем в остальных подогрева­телях. А охладитель дренажа этого подогревателя должен сни­жать температуру до величины, на 35—40°С, ниже температуры насыщения в подогревателе (у остальных подогревателей — на 13—15°С). Эти условия обеспечивают увеличение тепловой эконо­мичности турбоустановки.

В тракт низкого давления регенеративного подогрева наряду с ПНД включаются вспомогательные подогреватели: охладители эжекторов, сальниковые охладители, сальниковые подогреватели (СП, см. рис. 1). Все они являются рекуперативными теплообменными аппаратами, в которых основному конденсату передается тепло конденсации отработавшего пара пароструйных эжекторов и пара, отсасываемого из конечных и промежуточных камер кон­цевых уплотнений турбины.

Через вспомогательные подогреватели пропускается только часть основного конденсата во избежание их повышенного гидравлического сопротивления.

Для удаления конденсата греющего пара (дренажа) из по­верхностных подогревателей используется каскадная схема слива, при которой дренаж последовательно сливается из каждого по­догревателя в соседний, имеющий меньшее давление. Из ПВД слив, как правило, осуществляется в деаэратор. Из ПНД дренаж сливается последовательно во второй (по ходу основного конден­сата) подогреватель П2, забирается оттуда сливным насосом (СH, см. рис. 1) и подается в линию основного конденсата за П2. Из П1 и вспомогательных подогревателей дренаж сливается в конден­сатор, где он деаэрируется и вместе с основным турбинным кон­денсатом может пропускаться через конденсатоочистку для осво­бождения от продуктов коррозии.

Протечки пара через лабиринтовые уплотнения турбины из различных отсеков уплотнений отводятся обычно в один из ПВД, в деаэратор, в один из ПНД и в сальниковый подогреватель (СП).

Деаэрационная установка предназначена для удаления из питательной воды растворенных в ней агрессивных газов (кислоро­да и углекислого газа), вызывающих коррозию оборудования.

Деаэрация осуществляется при нагреве воды до температуры кипения, соответствующей давлению парогазовой среды над по­верхностью воды.

Деаэрационная установка состоит из деаэрационных колонок смешивающего типа, расположенных над баками-аккумуляторами питательной воды, системы трубопроводов воды, греющего пара, уравнительных трубопроводов (по пару и воде) и др.

Включение деаэратора в тепловую схему осуществляется дву­мя способами: в качестве самостоятельной ступени регенеративного подогрева воды, как показано на схеме (рис. 1), или в виде предвключенного деаэратора. В последнем случае деаэратор при­соединяют через дроссельный регулирующий клапан к регенера­тивному отбору, питающему паром следующий за деаэратором по ходу воды ПВД.

При самостоятельном отборе на деаэратор предусматривается возможность перевода его при пониженных нагрузках турбины на питание из отбора с более высоким давлением.

Независимо от схемы включения давление в деаэраторе обыч­но поддерживается постоянным при любой нагрузке турбины (рав­ным 0,588 или 0,686 МПа) путем регулирования подвода пара к деаэрационной колонке.

Питательная установка включает в себя питательные турбо- и электронасосы, трубопроводы питательной воды и вспомогатель­ное оборудование: бустерные насосы, системы маслоснабжения, охлаждения подшипников и двигателей, уплотнения сальников. Установка служит для питания парогенератора питательной во­дой.

При мощности турбоагрегата 150—200 МВт может применять­ся как электро-, так и турбопривод питательного насоса. При меньших мощностях применятся, как правило, электропривод, при больших — турбопривод, который может выполняться прак­тически на любые требующиеся мощности и просто решает проб­лемы быстроходности и регулирования оборотов.

Турбину привода целесообразно питать паром из отбора глав­ной турбины после промежуточного перегрева. Турбопривод мо­жет быть конденсационным (в этом случае выхлоп осуществляет­ся собственный конденсатор привода с давлением 0,004 — 0,007 МПа) и противодавленческим, при котором пар из турбо-привода направляется в один из подогревателей низкого давления.

Выбор типа турбопривода определяется, в основном, топливом: при дорогом топливе выгоднее применить конденсационный турбопривод, при дешевом — противодавленческий. Кроме того, при конденсационной приводной турбине можно обойтись без пускорезервного питательного насоса с электроприводом, который необходим в случае противодавленческого привода при пуске блока.

Бустерный насос имеет электропривод и создает подпор на входе воды в питательный насос.

Система основного конденсата включает в себя конденсатные насосы, блочную обессоливающую установку, конденсатопроводы, линии рециркуляции конденсата. Конденсатные насосы (КН, см. рис. 1) служат для удаления основного конденсата турбины из конденсатора и перекачивания его через подогреватели низкого давления в деаэратор.

Для приготовления добавочной воды с целью ввода ее в цикл в большинстве случаев применяется химическое обессоливание с подачей добавочной воды в конденсатор турбины.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В задании на выполнение курсовой работы приводятся следующие исходные данные (в скобках указаны значения этих дан­ных, используемые в примере расчета тепловой схемы, который приводится в данном методическом руководстве):

 

Номинальная мощность турбоагрегата

На клеммах электрогенератора N _э (330 МВт)

Начальное давление пара Р _о(24,7 МПа)

Начальная температура пара t _o(565°С)

Температура промежуточного перегрева t _п.п (570°С)

Конечное давление пара Р _к (0,004 МПа)

Температура питательной воды t _п.в (275°С)

Давление в деаэраторе P _д (0,685 МПа)