Курсовой проект: Тепловой расчет и технико-экономический анализ паровой турбины К-50-90

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Евразийский национальный университет имени Л. Н. Гумилева

Транспортно-энергетический факультет

Кафедра «Теплоэнергетика»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему: Расчет турбины К-50-90

Выполнил: студент группы

В2-71700-55

Алиханов М. Б

Принял: ст. преподаватель кафедры "Теплоэнергетика"

Торе А. С

Нур-Султан, 2020

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

Построение процесса расширения пара в турбине К-50-90……. . … . . . 5

1. 1 Построение процесса расширения пара в ЦВД7

1. 2 Построение процесса расширения пара в ЦНД8

2 Определение параметров пара и воды11

2. 1 Определение расхода питательной воды12

2. 2 Расчет регенеративных подогревателей питательной воды………. 12

2. 3 Расчет группы ПВД . . . 12

2. 3. 1 Расчет ПВД-1. . 12

2. 3. 2 Расчет ПВД-2. . 13

2. 3. 4 Расчет деаэратора . . . 14

2. 4 Расчет группы ПНД-3… . . . . . . 15

2. 4. 1 Расчет ПНД-4. . 15

2. 4. 2 Расчет ПНД-5. . 16

3 Расчет коэффициентов недовыработки энергии паром из отборов турбины и расхода пара на турбину17

3. 1 Особенности расчета тепловой схемы ТЭС с турбинами типа ПТ и Т . . . 17

4. Технико-экономические показатели турбоустановки. . 19

Заключение. . 22

Список использованной литературы. . ……. . 23

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте произведен тепловой расчет турбины К- К-50-90. Целью курсового проекта является приобретение практических навыков выполнения конструкторских и поверочных расчетов турбин, работающих как на паре, так и на газах любого состава.

Конденсационный энергоблок 50 МВт предназначен преимущественно для установки на крупных ГРЭС и спроектирован на начальные параметры - давление перед стопорно-регулирующими клапанами Р ₀ =8, 82 МПа, начальная температура пара t0=500 ⁰ С с промежуточным перегрева пара. Одновальная паровая конденсационная турбина К-50-90 номинальной мощностью 50 МВт состоит из однопоточных цилиндров высокого и среднего давления и двух двухпоточных цилиндров низкого давления. Турбина предназначена для непосредственного привода генераторов переменного тока, который монтируется на общем фундаменте с турбиной. Частота вращения ротора 50 с ^-1 (3000 об/мин), направление вращения - по часовой стрелке со стороны переднего подшипника турбины в сторону генератора. Турбина представляет собой одновальный агрегат и имеет восемь отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды. Конденсаторная установка включает два поверхностных конденсатора, основные эжекторы для удаления воздуха, конденсатные насосы I и II ступеней, циркуляционные насосы, водяные фильтры, трубопроводы, арматура и т. д. Выхлоп отработавшего пара осуществляется из каждого ЦНД в свой конденсатор. Для возможности эксплуатации турбоагрегата с нагрузкой до 70 % номинальной при отключеннном конденсаторе между переходными патрубками конденсаторов выпущены два перепуска коробчатого сечения общей площадью 12 м ² . Установка конденсаторов - перпендикулярная относительно оси турбоагрегата. Турбоустановка К-100-90 снабжена развитой системой регенеративного подогрева питательной воды и всережимными питательными насосами с конденсационными турбинными приводами. Кроме отборов на регенерацию, обеспечивается отпуск пара на теплофикационную установку, состоящую из двух подогревателей сетевой воды, на подогрев воздуа, подаваемого в котел, а также на подогрев добавка в цикл химически обессоленной воды, подаваемой в конденсаторы. Система регенерации выполнена однониточной, с минимальным количеством параллельных связей по пару, конденсату и питательной воде. 9 Параметры пара, конденсата и питательной воде соответствуют режиму эксплуатации турбины при эксплуатации турбины при расходе свежего пара. Теплофикационная установка предназначена для подогрева сетевой воды, используемой для нужд теплоснабжения. Установка состоит из основного и пикового бойлеров, а также охладителей дренажей бойлеров. Питание основного и пикового бойлеров осуществляется соответственно из VII и V отборов.

І Построение процесса расширения пара в турбине К-50-90 ЛМЗ /ВК-50-1

1. 1 Построение процесса расширения пара в ЦВД

По параметрам свежего пара Р ₀ = 8, 82 МПа и t ₀ = 500 ⁰ С в h-s диаграмме находим точку О и в ней энтальпию h ₀ = 3390 к Дж/кг.

Перед турбиной находятся регулирующие и стопорные клапаны, в которых происходит процесс дросселирования. Потеря давления от дросселирования составляет (3 - 5) % от Р ₀ .

∆Р = 0, 03⸱Р ₀ = 0, 03⸱8, 82 = 0, 383 МПа; (1. 1)

Давление пара перед соплами турбины:

Р _0' = Р ₀ - ∆Р = Р ₀ - 0, 03⸱Р ₀ = 8, 82 -0, 265 = 8, 555 МПа; (1. 2)

В h-s диаграмме на пересечении изобары Р _0' и изоэнтальпы h ₀ находим точку О'. Из точки О' опускаем адиабату до пересечения с изобарой Р _прI - давление пара после ЦВД, которое можно принять ориентировочно:

Р _прI ≈ МПА; (1. 3)

Точное значение Р _прI определяем по таблице 4:

Р _прI = Р _2отб = 1, 38 МПа; (1. 4)

В h-s диаграмме находим точку I _a и в ней энтальпию пара после адиабатного расширения в ЦВД:

h _прIa = 2890 кДж/кг;

Располагаемый теплоперепад:

Н ₀ ^ЦВД = h ₀ - h _прIa = 3390 - 2890 = 500 кДж/кг; (1. 5)

Действительный теплоперепад:

Н _i ^ЦВД = Н ₀ ^ЦВД ⸱η _Оi ^ЦВД = 500 ⸱ 0, 81 = 405 кДж/кг; (1. 6)

Значение η _Оi ^ЦВД определяется из таблицы 4.

Энтальпия пара после ЦВД:

h _прI = h ₀ - Н _i ^ЦВД = 3390 - 405= 2985 кДж/кг; (1. 7)

По давлению пара после ЦВД Р _прI в h-s диаграмме определяется точка I, которая характеризует состояние пара перед промежуточным перегревом или, если его нет, перед ЦСД

1. 2 Построение процесса расширения пара в ЦНД

Строим в h-s диаграмме процесс адиабатного расширения пара. Для этого из точки II _а опускаем адиабату до пересечения с изобарой Р _к = 0, 0035 МПа давление отработавшего пара (из таблицы 2), получаем точку К _а и в ней определяем энтальпию:

h _Ка = 2050 кДж/кг;

Располагаемый теплоперепад:

Н ₀ ^ЦНД = h _прII - h _Кa = 2985- 2050 = 935 кДж/кг (1. 8)

Действительный теплоперепад:

Н _i ^ЦНД = Н ₀ ^ЦНД * η _Оi ^ЦНД = 935 * 0, 82 = 766, 7 кДж/кг; (1. 9)

Энтальпия отработавшего пара:

h _К = h _прII - Н _i ^ЦНД = 2985 -766, 7= 2218, 3 кДж/кг; (1. 10)

В h-s диаграмме находим точку К, которая характеризует состояние отработавшего пара в турбине (на пересечении h _К = const и Р _к = const) .

О' - I, пп - II, II - К - процессы действительного расширения пара в ЦВД, ЦСД и ЦНД.

Рисунок 1 - Процесс расширения пара в отборах турбины

в is- диаграмме

ІІ Определение параметров пара и воды

По заданным давлениям пара в отборах Р _i (таблица 4) по h-s диаграмме определяем температуру t _i и энтальпию греющего пара h _i . Для того, чтобы найти в h-s диаграмме параметры пара в отборе необходимо определить точку пересечения изобары парав отборе с действительным процессом расширения пара О' - I, пп - II, II - К (рис. 8) . Данные сводим в сводную таблицу.

Таблица 1. 1

Сводная таблица

где: Р' _i - давление пара в подогревателе (с учетом потери давления от дросселирования пара при его транспортировке по трубопроводам, которая составляет ∆Р _i = 0, 1 $\bullet$ Р _i .

Р' _i = Р _i $\bullet$ 0, 9

например, для 1-го отбора Р' _i = Р ₁ *0, 9 = 0, 9*2, 64 = 2, 376 МПа.

Температура t _нi и энтальпия h _нi конденсата греющего пара на линии насыщения определяются по давлению в подогревателе Р, при помощи таблиц /1/.

Температура воды после подогревателя t _пi определяется с учетом ее подогрева относительно температуры греющего пара:

t _пi = t _нi - (3÷5) ⁰ С

Энтальпия воды h _пi определяется по ее температуре t _пi по таблицам /1/. Полученные значения Р' _i , t _нi , h _нi , t _пi , h _пi сводим в таблицу 5:

Примечание:

1. Деаэратор - теплообменник смесительного типа, поэтому t _пд =t _нд и h _пд =h _нд

2. Температура воды после ПВД - 1 t _п1 принимается равной температуре питательной воды (из задания, таблица 2) :

t _п1 =t _пв =245 ⁰ С

3. По давлению в конденсаторе Р _к = 0, 0035 МПа из таблиц /1/ t _нк = 25, 5 ⁰ С.

2. 1 Определение расхода питательной воды

Расход питательной воды на турбоустановку с учетом потерь пара и воды:

D _пв = D ₀ +D _пр + D _ут , кг/с

где: D ₀ - расход пара на турбину;

D _пр - потери воды при непрерывной продувке из барабана;

D _ут - потери пара и воды с утечками.

Если все расходы пара и воды выразить в долях от расхода свежего пара на турбину:

α ₀ = = 1; α _пр = = (0, 018÷0, 025) ; α _ут = = (0, 008÷0, 018) ;

Расход питательной воды в долях: α _пв = α ₀ + α _пр + α _ут ,

Принимаем α _пв = 1+0, 025+0, 015=1, 04

2. 2 Расчет регенеративных подогревателей питательной воды

Задача расчета подогревателей - определение расхода греющего пара из отбора турбины. Для этого составляется уравнение теплового баланса подогревателя:

Q _гр $\bullet$ η _п = Q _нагр ,

Где η _п - к. п. д. подогревателя (0, 98÷0, 99) .

Количество тепла, отданное или воспринятое теплоносителем:

Q = D*(h ₁ -h ₂ ) или при выражении расхода в долях = α*(h ₁ -h ₂ ) .

Расчет тепловой схемы начинаем с последнего по ходу питательной воды подогревателя, т. е. с ПВД-1.

2. 3 Расчет группы ПВД

2. 3. 1 Расчет ПВД-1

Расход греющего пара на ПВД-1 D _i (α _i ), изменение энтальпии (h _i - h _нi ), следовательно, количество отданного тепла:

Q _гр = D ₁ $\bullet$ (h ₁ - h _н2 ) $\ \bullet$ η _п , Вт

Энтальпия питательной воды увеличивается на (h _пв - h _п2 ), количество тепла, воспринимаемое питательной водой:

Q _нагр = D _пв $\bullet$ (h _пв - h _п2 ), Вт

Уравнение теплового баланса ПВД-1:

D ₁ $\bullet$ (h ₁ - h _н2 ) $\ \bullet$ η _п = D _пв $\bullet$ (h _пв - h _п2 ) или α ₁ $\bullet$ (h ₁ - h _н2 ) $\ \bullet$ η _п = α _пв $\bullet$ (h _пв - h _п2 )

Значения энтальпий определяются по сводной таблице.

Из уравнения теплового баланса ПВД-1 определяем значение α ₁ :

${\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \alpha}_{1} = \frac{\alpha_{пв} \bullet \left( h_{пв} - h_{п2} \right) }{\left( h_{1} - h_{п1} \right) \bullet \eta_{п}}$ (2. 1)

$${\ \ \ \ \ \ \alpha}_{1} = \frac{1, 04 \bullet (925 - 794) }{(3100 - 939) \bullet 0, 98} = 0, 0643$$

Здесь h _пв = h _п1

2. 3. 3 Расчет ПВД-2

Уравнение теплового баланса ПВД-2:

α ₂ $\bullet$ (h _н3 - h _н4 ) + (α ₁ + α ₂ ) *(h _н2 - h _н3 ) = α _пв *(h _п3 - h _пн ) /η _п

Отсюда

α ₂ = $\frac{(\alpha_{пв} \bullet (h_{п2} - h_{пн}) /\eta_{п}) - (\alpha_{1}) \bullet (h_{н1} - h_{н2}) }{(h_{2} - h_{н2) }}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \$ (2. 2)

Здесь h _пн - энтальпия питательной воды перед ПВД-3 (за питательным насосом) .

h _пн = h _пд + δh _пн , кДж/кг,

где δh _пн - повышение энтальпии питательной воды в питательном насосе:

δh _пн = (2. 3)

где ’ - удельный объем воды ( ’=0, 001 м ³ /кг) ;

Р _д - давление в деаэраторе (таблица 4), МПа;

η _пн - к. п. д. питательного насоса (0, 8÷0, 85) ;

Р _пн - давление, создаваемое питательным насосом (ПН), зависящее от давления свежего пара:

δh _пн = 0, 001·(10, 8-0, 3) /0, 8 = 13 кДж/кг;

h _пн = h _нд + δh _пн = 564 + 13 = 577 кДж/кг

α ₂ = {[1, 04·(794-577) /0, 98] - (0, 0643) ·(939-808) }/(2985-808) = 0, 045

2. 3. 4 Расчет деаэратора

Для расчета деаэратора составляются два уравнения:

1) уравнение материального баланса:

α _д + α ₁ + α ₂ + α ₃ + α _кд = α _пв (2. 4)

где α _кд - доля расхода основного конденсата в деаэратор (из ПНД-4)

2) уравнение теплового баланса

α _д $\bullet$ h ₃ +h _н3 $\bullet$ ∑ α _ПВДi + α _кд $\bullet$ h _п4 = α _пв $\bullet$ h _пд /η _п (2. 5)

Из уравнения (2. 5) определяем долю расхода основного конденсата в деаэратор α _кд :

α _кд = α _пв - ∑ α _ПВДi - α _д (2. 6)

α _кд = 1, 04 - 0, 1093 - α _д = 0, 93 - α _д (2. 7)

Подставляя α _кд из уравнения (2. 7) в уравнение (2. 5) получим:

α _д $\bullet$ h ₃ + h _н3 $\bullet$ ∑ α _ПВДi + [(α _пв -∑ α _ПВДi - α _д ) ] $\ \bullet$ h _п4 = α _пв $\bullet$ h _пд $\bullet$ (2. 8)

Расход пара на деаэратор:

α _д = $\frac{(\alpha_{пв} \bullet h_{пд} \bullet \frac{1}{\eta_{п}}) - h_{н2} \bullet \sum\alpha_{ПВДi} - h_{п3} \bullet \left\lbrack \left( \alpha_{пв} - \sum\alpha_{ПВДi} \right) \right\rbrack}{(h_{2} - h_{п3}) }$ (2. 9)

α _д = $\frac{(1, 04 \bullet 564 \bullet 1, 02) - 808 \bullet 0, 1093 - 534 \bullet 0, 93}{2985 - 534} = 0, 0054$

здесь: ∑ α _ПВД = α ₁ + α ₂ = 0, 1093; α _пв - ∑α _ПВД = 0, 93

Расход основного конденсата в деаэратор:

α _кд = 0, 9147 - α _д = 0, 9147 - 0, 0389 = 0, 8758

2. 4 Расчет группы ПНД

2. 4. 1 Расчет ПНД-3

Уравнение теплового баланса ПНД-3:

α ₃ $\bullet$ (h ₃ - h _н3 ) $\ \bullet$ η _п = α _кд $\bullet$ (h _п3 - h _п4 ) (2. 10)

отсюда:

α ₄ = $\frac{\text{[}\alpha_{кд} \bullet (h_{п4} - h_{см}) /\eta_{п}\text{] -}\alpha_{\text{3}} \bullet (h_{н3} - h_{н4}) }{(h_{4} - h_{н4}) }$ (2. 11)

α ₄ = {[0, 924·(402-277) /0, 98] -0, 0567·(547-415) }/(2590-415) = 0, 05

2. 4. 2 Расчет ПНД-4

Уравнение теплового баланса ПНД-4:

α ₄ $\bullet$ (h ₅ - h _н5 ) +α ₄ $\bullet$ ( h _н4 - h _н5 ) = α _кд $\bullet$ (h _п5 - h _см ) / η _п (2. 12)

Отсюда:

α ₄ = $\frac{\text{[}\alpha_{кд} \bullet (h_{п4} - h_{см}) /\eta_{п}\text{] -}\alpha_{\text{3}} \bullet (h_{н3} - h_{н4}) }{(h_{4} - h_{н4}) }$ (2. 13)

α ₄ = {[0, 924·(402-277) /0, 98] -0, 0567·(547-415) }/(2590-415) = 0, 05

Здесь: h _см - энтальпия основного конденсата после точки смешения;

h _см = h _п5 + δh _см

δh _см - повышение энтальпии основного конденсата после ПНД-6 за счет тепла, которое вносится дренажом конденсата греющего пара из ПНД-4 и ПНД-5 в линию основного конденсата.

δh _см = 9 кДж/кг и h _см = 268 + 9 = 277 кДж/кг

Уравнение материального баланса в точке смешения:

α ₃ + α ₄ + α _к = α _кд (2. 14)

где

α _к - доля расхода пара в конденсатор.

Из уравнения (6) :

α _к = α _кд - α ₃ - α ₄ (2. 15)

α _к = 0, 924-0, 0876 = 0, 817

2. 4. 4 Расчет ПНД-5

Уравнение теплового баланса ПНД-5:

α ₅ $\bullet$ ( h ₄ - h _н7 ) $\ \bullet$ η _п = α _к $\bullet$ ( h _п7 - h _{пэ, пу} ) (2. 15)

отсюда

α ₅ = $\frac{\alpha_{\text{к}}{\text{∙}\text{( }\text{h}}_{\text{п5}}{\text{ - }\text{h}}_{\text{пэ}}\text{, }_{\text{пу}}\text{) }}{(h_{5} - h_{н5}) \bullet \eta_{п}}$ (2. 16)

α ₅ = 0, 817·(268-127) /[(2450-280) /0, 98] = 0, 052

здесь h _{пэ, пу} - энтальпия основного конденсата после подогревателей уплотнений и эжекторов, определяется по таблицам /1/ в зависимости от температуры t _{пэ, пу}

t _{пэ, пу} = t _нк - (1÷1, 5) + (5÷7) ⁰ С

t _{пэ, пу} = 26, 7-1, 2+5, 5 = 31 ⁰ С

ІІІ Расчет коэффициентов недовыработки энергии паром из отборов турбины и расхода пара на турбину

Действительный теплоперепад, срабатываемый в турбине:

∑H _i = H _i ^ЦВД + H _i ^ЦСД + H _i ^ЦНД

∑H _i = 405 + 767 = 1172 кДж/кг

Коэффициент недовыработки энергии для турбины без промежуточного перегрева пара определяется из уравнения:

y _i = (3. 1)

Для турбины с промежуточным перегревом пара:

y _i = $\frac{h_{i} - h_{к}}{\sum H_{i}}$ (3. 2)

y ₁ = $\frac{(3100 - 2218) ) }{1172} = 0, 75;$

y ₂ = $\frac{2985 - 2218}{1172} = 0, 65;$

y ₃ =

y ₄ =

y ₅ =

Определяем сумму произведений доли отбора на коэффициент недовыработки энергии паром из отборов турбины:

∑α _i ·y _i = α ₁ ·y ₁ + α ₂ ·y ₂ + α ₃ ·y ₃ + α ₄ ·y ₄ + α ₅ ·y ₅ = 0, 127 кДж/кг

Расход пара на турбину:

D ₀ = $\frac{N_{i}}{\left\lbrack \eta_{м} \bullet \eta_{г} \bullet (1 - \sum\alpha_{i} \bullet y_{i}) \right\rbrack \bullet \sum H_{i}}$ (3. 3)

D ₀ = $\frac{50 \bullet 10^{3}}{\left\lbrack 0, 99 \bullet 0, 99 \bullet (1 - 0, 127) \right\rbrack \bullet 1172} = 49$ кг/c

где η _м - механический к. п. д. турбины (η _м = 0, 99÷0, 995),

η _г - к. п. д. генератора (η _г = 0, 975÷0, 99) .

Расходы пара из отборов:

D _i = α _i ·D ₀ , кг/с; (3. 4)

D ₁ = α ₁ ·D ₀ = 3, 15 D ₄ = α ₄ ·D ₀ = 2, 4

D ₂ = α ₂ ·D ₀ = 2, 2 D ₅ = α ₅ ·D ₀ = 2, 5

D ₃ = α ₃ ·D ₀ = 2, 7 D _д = α _д ·D ₀ = 0, 26

Расход питательной воды:

D _пв = α _пв ·D ₀

D _пв = 1, 04·49 = 51 кг/с

Расход пара на промперегрев:

D _пп = D ₀ - D ₁ - D ₂

D _пп = 43, 66 кг/с

Расход пара на продувку:

D _пр = α _пр ·D ₀ = 1, 22 кг/с

3. 1 Особенности расчета тепловой схемы ТЭС с турбинами типа ПТ и Т

При построении в h-s диаграмме процесса расширения пара в турбине типа ПТ давление пара после расширения его в ЦВД принимается равным давлению пара в производственном отборе (таблица 3), давление пара после ЦВД принимается равным давлению пара в теплофикационном отборе (таблица 3) .

Р _пр1 = Р _п ; Р _пр2 = Р _т

В остальном построение в h-s диаграмме процесса расширения пара в турбине аналогично процессу для турбины К-500-240 (необходимо учесть наличие промперегрева пара) . Процесс расширения пара в турбине без промперегрева в h-s диаграмме представлен на рисунке 8 (для любого типа турбин) .

4. Технико-экономические показатели турбоустановки

Расход топлива в паровом котле определяется по формуле:

... продолжение

Первичный тепловой расчет паровой турбины и определение расхода пара

Расчет ступени паровой турбины

Расчет тепловой схемы и характеристик конденсационной турбины К-180-8,0

Тепловой расчет паровой турбины для энергоснабжения ядерной энергетической установки с регенеративной схемой подогрева питательной воды

Расчет турбинной ступени при проектировании паровой турбины

Расчет турбинного этапа паровой турбины (одноступенчатой активной)

Теплотехнический и конструктивный расчет паровой турбины типа Р100-130 ТМЗ

Проектирование и теплотехнический расчёт Актюбинской ТЭЦ с паровой турбиной ПТ-60/90/13

Реконструкция Кызылординской ТЭЦ с установкой двух ГТУ SGT-800, котлов-утилизаторов ZIOMAR и паровой турбины Т-50/60: техническое и экономическое обоснование

Расчет турбинной ступени паровой турбины для тепловых и атомных электростанций

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда