ПОДБОР ПРОТОТИПА И СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

По заданным значениям номинальной мощности агрегата; на­чального давлении Р _о и начальной температуры t _oподбирается прототип турбоустановки, имеющей значения параметров, близ­кие к заданным. При подборе можно воспользоваться данными табл. 1, в которой представлены основные параметры и характе­ристики некоторых отечественных агрегатов.

Из литературных источников [1 — 10] выбирается, тщательно изучается принципиальная схема прототипа. При этом необходи­мо обратить внимание на наличие промежуточного перегрева па­ра, число цилиндров турбины и число потоков, число отборов и место их расположения, количество регенеративных подогревате­лей высокого и низкого давления, схему подключения деаэратора, тип привода питательного насоса, подключение турбопривода (при его наличии), наличие охладителей пара и охладителей дре­нажа в регенеративных подогревателях, схему слива дренажей из подогревателей, на наличие и схему включения вспомогательных подогревателей и т. д.

После этого в соответствии с заданием составляется принципиальная тепловая схема для последующего теплового расчета. Поскольку курсовая работа не предусматривает детальной разра­ботки принципиальной тепловой схемы, в схему прототипа могут быть внесены некоторые упрощения, при сохранении принципи­альных решений.

Для примера в качество прототипа выбирается агрегат К-300-240. Принципиальная тепловая схема для теплового расчета этого агрегата приведена на рис. 1.

Турбина имеет три цилиндра: ЦВД, ЦСД, ЦНД, причем последний выполнен двухпоточным. Парораспределение свежего пара — сопловое при наличии одновенечной регулирующей ступени. После ЦВД предусмотрен промежуточный перегрев пара. Турбина имеет восемь отборов: два — из ЦВД, четыре — из ЦСД и два — из ЦНД.

Нагрев питательной воды и конденсата осуществляется в вось­ми регенеративных подогревателях: трех ПВД (П8, П7, П6), че­тырех ПНД и деаэраторе. Последний питается паром из самосто­ятельного отбора, причем предусмотрена возможность перевода деаэратора при пониженных нагрузках турбины на питание из от­бора на ПВД П6.

Привод питательного насоса — от специальной приводной паровой турбины, питаемой паром из того же отбора, что и подогреватель П6. Турбопривод противодавленческий, выхлоп из турби­ны направляется на вход в подогреватель низкого давления ПЗ.

Слив конденсата греющего пара из подогревателей осуществляется по каскадной схеме: из подогревателей высокого давления — последовательно в деаэратор, из ПНД П4 — в ПЗ, затем в П2. Из последнего сливным насосом дренаж подается в трубопро­вод за П2. Из подогревателя П1 и расположенного перед ним сальникового подогревателя дренаж сливается в основной конден­сатор.

Подогреватели П8, П7, П6 и П4 выполнены с охладителями па­ра и охладителями дренажа. Пар из уплотнений турбины направ­ляется последовательно в ПВД П7, деаэратор, ПНД П2 и в сальниковый подогреватель.

ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПАРА В ТУРБИНЕ В i s-ДИАГРАММЕ

Построения в i s-диаграмме производятся мягким каранда­шом, тонкими линиями. В дальнейшем с этих построений делают­ся копии на кальке, которые и прикладываются к расчетно-пояснительной записке.

При построении необходимо обратить внимание на размерность параметров в имеющейся i s-диаграмме. Предпочтительней использовать следующие размерности: для давления — МПа, для энталь­пии — кДж/кг. В случае необходимости перехода от одних размерностей к другим можно воспользоваться известными соотношениями: 1 кг/см² = 0,0981 МПа, 1 ккал = 4,1868 кДж.

Построение осуществляется следующим образом:

1. По начальным параметрам Р _о и t _o находим точку О в i s-диаграмме (рис. 2) и энтальпию i _о в этой точке, i _о = 3406 кДж/кг.

2. Определяем давление перед проточной частью турбины Р _о ', приняв потери давления в паровпускных органах ∆ Р = 0,03 Р _оиз рекомендуемого диапазона ∆ Р = (0,03—0,05) Р _о :

∆ Р = 0,03 · 24,5 = 0,735 МПа;

Р _о ' = Р _о — ∆ Р = 24,5 — 0,735 = 23,765 МПа.

3. Считая процесс дросселирования в паровпускных органах изоэнтальпийным, строим его в i s-диаграмме отрезком горизонта­ли до пересечения в точке О' с изобарой Р _о ' = 23,765 МПа. За­тем определяем t _o' = 568°С.

4. Принимаем, что турбина имеет сопловое распределение, характерное для современных конденсационных турбин мощностью ниже 1000 МВт.

Регулирующую ступень выполняем одновенечной: располагаемый теплоперепад на ней принимаем равным h _o^р.с = 100 кДж/кг из рекомендуемого для расчета диапазона h _o^р.с = 80 – 120 кДж/кг; относительный внутренний КПД ступени принимаем равным η _{о i} ^р.с = 0,72 из рекомендуемого для расчета диапазона η _{о i} ^р.с = 0,68 – 0,74.

Действительный теплоперепад, срабатываемый в регулирующей ступени,

h_i^{р .с} = h _o^р.с · η _{о i} ^р.с = 100 · 0,72 = 72 кДж/кг.

Для построения процесса расширения пара в регулирующей
ступени из точки 0' i s-диаграммы по вертикали откладываем отрезок, равный h _o^р.с = 100 кДж/кг. Точка вертикали 1_ид, в которой i _1ид = i _о - h _o^р.с = = 3406— 100 = 3306 кДж/кг, определяет изобару давления за регулирующей ступенью: P _р.с = 17,3 МПа.

Рис.2 Процесс расширения пара в турбине и трубоприводе в is-диаграмме

Откладывая из точки 0' на этой же вертикали отрезок, равный h_i^{р .с} = 72 кДж/кг и проводя через конец его изоэнтальпу i ₁= i _о - h_i^{р .с} = 3406 - 72 = 3334 кДж/кг до пересечения с изоба­рой P _р.с = 17,3 МПа, получаем точку 1, соответствующую оконча­нию действительного (с учетом потерь) процесса расширения па­ра в регулирующей ступени. В точке 1

P ₁ = P _р.с = 17,3 МПа, i = 3334 кДж/кг, t ₁ = 515 °С

Действительный процесс расширения пара b регулирующей сту­пени изображается отрезком прямой, соединяющей точки 0' и 1.

5. Давление за ЦВД определяется в результате решения вариационной технико-экономической задачи. В расчете принимаем

P '_пп = Р _о = · 24,5 = 4,08 МПа.

6. Строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦВД.
Опуская вертикаль из точки 1 до пересечения с изобарой P '_пп = 4,08 МПа в точке 2_ид, находим i _2ид = 2942 кДж/кг и располагаемый теплоперепад в ЦВД:

h _o^ЦВД = i ₁ - i _2ид = 3334 – 2942 = 392 кДж/кг.

7. Задаемся величиной относительного внутреннего КПД ЦВД
η _{о i} ^ЦВД = 0,81 из рекомендуемого диапазона η _{о i} ^ЦВД = 0,80 - 0,83 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦВД:

h_i^ЦВД = h _o^ЦВД η _{о i} ^ЦВД = 392 · 0,81 = 317,5 кДж/кг.

8. В i s-диаграмме находим точку 2, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦВД, как точку пересечения изоэнтальпы i ₂= i ₁ - h_i^ЦВД = 3334 - 317,5 = 3016,5 КДж/кг с изобарой давления за ЦВД P '_пп = 4,08 МПа.

Действительный процесс расширения пара в ЦВД изобразится отрезком прямой, соединяющей точки 1 и 2.

9. Определяем давление P ''_пп на входе в ЦСД, приняв потери
давления в системе промежуточного перегрева равными 10%:

P ''_пп = 0,9 P '_пп = 0,9 · 4,08 = 3,67 МПа.

10. По давлению P ''_пп = 3,67 МПа и заданной температуре промперегрева t _п.п = 570°С определяём на i s-диаграмме точку 3, соответствующую состоянию пара перед ЦСД. В точке 3 i ₃ = 3608 кДж/кг.

Давление на входе в проточную часть ЦСД Р _вх^ЦСД определя­ется как разность давления P ''_пп на входе в ЦСД и потерь давления ∆ Р _вх^ЦСД в дроссельно-отсечных клапанах перед ЦСД, которые принимаются равными ∆ Р _вх^ЦСД = 0,025 P ''_пп из рекомендуемого диапазона ∆ Р _вх^ЦСД = (0,02—0,03) P ''_пп

12. Точка 3', соответствующая состоянию пара на входе в про­точную часть ЦСД, определяется пересечением изоэнтальпы i ₃ = 3608 кДж/кг с изобарой Р _вх^ЦСД = 3,58 МПа, t ₃ = 569°С.

13. Выбираем давление на выходе из ЦСД Р₄, равное давле­нию Р _пер.тр на входе в перепускные трубы из ЦСД в ЦНД: Р ₄ = Р _пер.тр = 0,23 МПа из рекомендуемого диапазона Р _пер.тр = 0,20 - 0,25 МПа.

14. Строим из точки 3' изоэнтропный процесс расширения пара в ЦСД и находим конечную точку 4_ид этого процесса как точку пересечения вертикали из точки 3' с изобарой Р ₄ = 0,23 МПа. В точке 4_ид i _4ид = 2824 кДж/кг.

15. Определяем располагаемый теплоперепад в ЦСД

h ₀^ЦСД = i ₃ - i _4ид = 3608 – 2824 = 784 кДж/кг.

16. Задавшись относительным внутренним КПД ЦСД η _{о i} ^ЦСД = 0,91 из рекомендованного диапазона η _{о i} ^ЦСД = 0,9 - 0,92, определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦСД:

h_i ^ЦСД= h ₀^ЦСД η _{о i} ^ЦСД = 784· 0.91 = 713 кДж/кг.

17. Находим в i s-диаграмме точку 4, соответствующую оконча­нию действительного процесса расширения в ЦСД, как точку пересечения изоэнтальпы i ₄ = i ₃ - h_i ^ЦСД = 3608 – 713 = 2895 кДж/кг с изобарой P ₄ = 0,23 МПа.

18. Строим действительный процесс расширения пара в ЦСД, соединяя отрезком прямой линии точки 3' и 4.

19. Процесс расширения пара в ЦНД определяем исходя из того, что давление на входе в ЦНД равно давлению на выходе из ЦСД: P ₄ = 0,23 МПа, а давление на выходе из ЦНД равно давле­нию в конденсаторе P _к = 0,004 МПа.

Определяем в i s-диаграмме точку 5_ид, соответствующую окон­чанию идеального процесса расширения пара в ЦНД, как точку пересечения изоэнтропы, проходящей через точку 4, с изобарой P _к = 0,004 МПа. В этой точке i _5ид = 2260 кДж/кг.

20. Располагаемый теплоперепад в ЦНД:

h ₀^ЦНД = i ₄ – i _5ид = 2895 – 2290 = 635 кДж/кг.

21. Задаемся относительным внутренним КПД ЦНД η _{о i} ^ЦНД= 0,78 из рекомендуемого диапазона η _{о i} ^ЦНД = 0,75–0,80 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦНД:

h_i ^ЦНД= h ₀^ЦНД η _{о i} ^ЦНД = 635 0,78 = 495 кДж/кг.

22. Находим в i s-диаграмме точку 5, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦНД, как точку пересечения изоэнтальпы i ₅ = i ₄ - h_i ^ЦНД = 2895 – 495 = 2400 кДж/кг с изобарой P _к = 0,004 МПа. Степень сухости в этой точке х ₅ = 0,936.