Буров В.Д. и др. Тепловые электрические станции

Подождите немного. Документ загружается.

9.2.

Поверочные

расчеты

тепловой

схемы

турбоустановок

Рис. 9.21. Номограмма для построения графика

температуры обратной сетевой воды в зависи-

мости от доли нагрузки горячего водоснабже-

ния при

= 150/70 °С:

1 — для температуры наружного воздуха, приня-

той в качестве расчетной для проектирования сис-

темы теплоснабжения; 2 — для температуры

наружного воздуха, при которой температура пря-

мой сетевой воды равна ПО °С; 3 — для темпера-

туры наружного воздуха -10 °С; 4 — для темпера-

туры наружного воздуха, при которой происходит

излом температурного графика

0,1

0,14 0,18 0,22 0,26 0,3 0,34 0,38

Доля нагрузки горячего водоснабжения

При двухступенчатой последователь-

ной схеме график температуры обратной

сетевой воды для любой температуры

наружного воздуха (при заданном проектном отношении нагрузки горячего водо-

снабжения к отопительной нагрузке) удобно построить по четырем точкам с помо-

щью номограммы, приведенной на рис. 9.21.

Уравнение для расчета температуры сетевой воды на выходе из верхнего сетевого

подогревателя ПСГ-2 выводится из формулы для коэффициента теплофикации

ТЭЦ (энергоблока с ПВК):

£?псг

ТЭЦ " н

Упсг

Упвк

(9.5)

где бпсг — номинальная тепловая нагрузка сетевых подогревателей, подключенных к

теплофикационным отборам турбины (по нагреваемой воде), кВт; бпвк — тепловая

нагрузка пиковых водогрейных котлов, кВт.

Суммарную тепловую нагрузку всех подогревателей турбоустановки можно

представить в виде

тф

= бпсг

баб

е..

, или е

тф

= лпсге

+ а.б + £в.

. (

)

где Q

c б

— тепловая нагрузка сальникового бойлера (Q

c б

= Q

c п

), кВт; Q

B п

— теп-

ловая нагрузка встроенного пучка конденсатора, кВт; Q" — номинальная тепловая

нагрузка теплофикационных отборов турбины (по греющему потоку), кВт; Ппсг —

КПД ПСГ, учитывающий потерю теплоты рассеиванием.

Для определения давления в камере верхнего теплофикационного отбора сначала

с помощью (9.5) находится необходимое значение энтальпии сетевой воды на вы-

ходе из ПСГ-2 по формуле

nCr-2

o.c

ТЭ

(

п.с - Кс )• (

241

Глава

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ

Со снижением точности (до 0,3 °С) формуле (9.7) эквивалентна формула

'ПСГ-2

'ее

ТЭц('п.с

о.с)"

(

7а

)

В этих формулах

ncr

и t

ncr

— энтальпия

температура сетевой воды

на выходе из верхнего сетевого подогревателя; h

0 с

, r

, t

— энтальпии

и температуры сетевой воды на входе в энергоблок и выходе из него при расчетной

температуре наружного воздуха. По значениям энтальпии и давления сетевой воды

на выходе из ПСГ-2 определяется

сг-2-

С учетом температурного напора ПСГ-2 Э

пгс

определяются температура

насыщения и давление в корпусе подогревателя:

^ПСГ-2

'ПСГ-2

^ПСГ-2^

(

-°)

РпСГ-2

А*Л1СГ-2)-

(

)

Оценивая потерю давления в линии отбора на ПСГ-2 значением

ТВ

%, находят

давление в камере верхнего теплофикационного отбора в виде

^ПСГ-2

. .„

л-

т=щ^-

(910)

Расход сетевой воды, кг/с, определяется

расчете только проектного режима

исходя из уравнения теплового баланса сетевых подогревателей, подключенных

к теплофикационным отборам турбины:

C.B

= ы '

9Л1

^ПСг(^ПСГ-2

^ПСГ-l)

где

псг

— коэффициент, учитывающий потерю теплоты в сетевых подогревате-

лях рассеиванием; Апсг-i

^псг-2

— энтальпии сетевой воды на входе в нижний

сетевой подогреватель и на выходе из верхнего, кДж/кг.

Если не учитывать влияние температуры подпиточной воды, то температура

сетевой воды на входе в ПСГ-1

crA

При расчете турбоустановок

турбинами Т-185-12,8

Т-250-23,5

режимах

работы с включенным сальниковым бойлером и отключенным сальниковым подо-

гревателем температура сетевой воды на входе

нижний сетевой подогреватель

определяется по формуле

Сг-1=>о.с

+ 7ГТ-

(

-12)

242

9.2.

Поверочные расчеты тепловой

схемы

турбоустановок

Формулы (9.11) и (9.12) решаются совместно с итеративным уточнением

сг

Значение Q

c б

оценивается по режимной характеристике сальникового подогревате-

ля (б

.б =

0сп>

см

- Р

ис

917

При расчете тепловой схемы для режимов с произвольной температурой наруж-

ного воздуха и с включенным ПВК исходным уравнением для определения давления

тв

является уравнение теплового баланса для сетевых подогревателей, решенное

относительно энтальпии сетевой воды после ПСГ-2 при заданном значении рас-

хода D

c в

бпсг

^ПСГ-2

о.с

I Г) '

ПСГ-2

/(Рс.в.ПСГ-2'^псг-г)'

(9-13)

"ТЛСГ^с.в

где р

с в

ПС

г-2

— давление сетевой воды на выходе из ПСГ-2.

Если при расчете тепловой схемы задана теплофикационная нагрузка, меньшая

номинальной, то расход сетевой воды определяется по (9.11) с использованием

номинального значения . В таких режимах температура сетевой воды на выходе

из верхнего сетевого подогревателя определяется по (9.13) при заданном Q

<Q".

В режимах, когда заданная температура прямой сетевой воды обеспечивается

снижением нагрузки теплофикационных отборов при отключенных ПВК, принима-

ется, что ?

сг-2

*п

с'

определяются соответствующие параметры в ПСГ-2 и дав-

ление в верхнем отборе турбины.

Давление в камере нижнего теплофикационного отбора — это параметр, значе-

ние которого самоустанавливается в результате системного взаимодействия турбины

и сетевого подогревателя. При изменении температуры обратной сетевой воды или

расхода свежего пара в турбину возникает переходный процесс, по окончании

которого устанавливается новое значение давления в камере нижнего теплофика-

ционного отбора. Поэтому выделяется расчетная подсистема, состоящая из проме-

жуточного отсека турбины, нижнего ПСГ и поворотной диафрагмы.

Зависимость между параметрами пара и его расходом через отсек турбины

в двух близких режимах (все параметры одного из них должны быть известны)

выражается формулой Стодола—Флюгеля, которая для отсека между теплофикаци-

онными отборами и после преобразования относительно давления в камере нижнего

теплофикационного отбора имеет вид

I 2

n.o\

. 2 2 .

/'т.в^т.в

Pr, = J Р,, ~ (Рг,о

-^.но)1——

(9-14)

—

I (^„A-Р...П,

^т.вО

т.вО

где

no0

и D

— расходы пара через промежуточный отсек в опорном и рассчи-

тываемом режимах, кг/с;

тв0

тн0

— давления в камерах верхнего и нижнего

отборов в опорном режиме, МПа; р

тв

— давление в камере верхнего отбора в рас-

243

Глава

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ

считываемом режиме, МПа;

тв

и и

тв0

— удельные объемы пара в верхнем отборе

в рассчитываемом и опорном режимах, м

/кг.

В то же время давление р

тн

можно вычислить иначе — из уравнения теплового

баланса для нижнего сетевого подогревателя и термодинамических соотношений

между параметрами. Из уравнения теплового баланса для ПСГ-1 определяется

нагрев сетевой воды в

ПСГ-1:

ПСГ-1?ПСГ-1

+£>

др.ПНД?др ,

АГ

ПСГ-1 - Г) г к '

где <7

сг-1

#др — удельная теплота, отдаваемая в сетевом подогревателе ПСГ-1

греющим паром и дренажем, сливаемым из ПНД в ПСГ-1 (значения предваритель-

но оцениваются и итерационно уточняются), кДж/кг;

UCTA

и £>

др ПН

д — расходы

греющего пара в ПСГ-1 и дренажа, поступающего из ПНД в

ПСГ-1,

кг/с.

На этапе расчета давлений в теплофикационных отборах энтальпия сетевой

воды на выходе из ПСГ-1 может определяться по уравнению теплового баланса:

-и ,

псг-1^псг-1

+Д

др.пнд<?др

гдш

"ПСГ-1 -

ол

г, г. • \7

Л0

)

•

с.в

/с

ПСГ

Температура сетевой воды на выходе из ПСГ-1

'псг-1

= 'ох

'псг-1-

(9-17)

Температура насыщения в корпусе ПСГ-1 при его температурном напоре &

cr-i

вычисляется по формуле

'шсг-1

'псг-1

^псг-1-

(9-18)

По температуре насыщения находится давление в корпусе ПСГ-1

иС

т-\-

С У

че

том потери давления в линии отбора s

определяется давление в камере нижнего

теплофикационного отбора:

псг-1

...

^псг-1

(

™

1-о,оь

тн

(9л9)

Расчетный алгоритм строится так, чтобы найти совместное решение уравнений

(9.14) и (9.19)

Р?.

=Р™

- (9-20)

При поиске решения расход пара через промежуточный отсек находится

по уравнению материального баланса уходящих потоков:

А.о = Япсг.1

/Зпнд

£>к> (9.21)

244

9.2.

Поверочные

расчеты

тепловой

схемы

турбоустановок

где £>

ПН

= £)др

нд —

расход пара

в ПНД,

который подключен

линии отбора

наПСГ-1

слив которого направлен

ПСГ-1;

£>

—

расход пара

отсек после

поворотной диафрагмы

(в

конденсатор).

Чтобы выполнялось условие (9.20), варьируются значения

ncr

и D

После определения давления

камерах теплофикационных отборов

по

формуле

Стодола—Флюгеля моделируются процессы

остальных отсеках

определяются

давления

камерах отборов, предшествующих камере верхнего теплофикационного

отбора.

поверочном расчете тепловой схемы турбоустановки формула Стодола—

Флюгеля преобразуется

итерационную модель,

на

основе которой методом

последовательного приближения удается определить давления

камерах отборов

турбины. Например,

при

выполнении второй итерации расчета тепловой схемы

эта

формула имеет

вид

Л^отсА^

2 2

^BXI^BXI

^вх2

= .

/>вых2

+ I

)

(РвхО-Рвько)-

~ , (

)

^отс(Г ^вх0

вх0

где

-D

OTcl

£>

отс0

—

расходы пара через отсек

на

первой итерации

и в

опорном

режиме;

вх2

ВЫХ

—'

давления

на

входе

отсек

выходе

из

него

на

второй ите-

рации расчета тепловой схемы;

вхХ

—

давление

на

входе

отсек

на

первой итера-

ции расчета тепловой схемы;

вх1

вх0

—

удельные объемы пара

на

входе

отсек

в рассчитываемом режиме

на

первой итерации

и в

опорном режиме;

вх0

вых0

—

давления

на

входе

отсек

выходе

из

него

опорном режиме.

Если турбина имеет двухпоточные

ЦСД или

ЦНД,

то в

формуле Стодола—Флю-

геля

для

отсеков этих цилиндров

при

определении отношения D

OTcl

orc0

можно

использовать суммарные расходы обоих потоков пара,

так как в

числителе

зна-

менателе одна

и та же

переменная, поэтому долевые коэффициенты взаимно сокра-

щаются.

В формуле (9.22)

множительP

Bxl

/(p

Bx0

)

можно

не

учитывать

при

разнице

расходов свежего пара

рассчитываемом

опорном режимах менее

20 %.

На первой итерации расчета тепловой схемы давление

камерах отборов оце-

нивается

по

формуле Стодола—Флюгеля,

но при

этом вместо отношения расходов

пара через отсеки используется отношение расходов свежего пара

рассчитывае-

мом

(оценка)

опорном

режимах:

/>вх1

/ЙьсП

(

£)

00)

(PBX0

-РВЫХО)

•

(

)

Для отсека, предшествующего промежуточному,

вых1

- р

тв

Относительные внутренние

КПД

отсеков турбины оцениваются

по

данным

опорного режима.

качестве опорного принимается известный режим, который

наиболее близок

рассчитываемому

по

расходу свежего пара

или по

давлению

в камере верхнего теплофикационного отбора. Отклонения расходов пара

отсеках

при рассчитываемом режиме

от

значений

при

опорном режиме таковы,

что КПД

245

Глава

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ

И,

кДж/кг

3500

3400

3300

3200

3100

3000

2900

2800

2700

2600

2500

2400

6,5 7,0 7,5 8,0 1,кДж/(кг-К)

Рис. 9.22.

Процесс

расширения

пара

турбине

Т-100/120-12,8:

/—VII—

номера

регенеративных

отборов

большинства отсеков практически неизменны. Требуется изменить только КПД

первой (регулирующей) ступени и промежуточного отсека (между камерами теп-

лофикационных отборов). В режимах с закрытой поворотной диафрагмой при рас-

чете последнего отсека вместо КПД применяются оценочные значения изменения

энтальпии пара, определенные в соответствии с результатами испытаний. Распо-

лагая значениями давления и КПД, находят энтальпию пара в камере каждого

регенеративного отбора. На рис. 9.22 показан процесс расширения пара в турбине

Т-100/120-12,8 при расходе свежего пара 125 кг/с и давлении в верхнем теплофи-

кационном отборе 0,1275 МПа. По данным завода-изготовителя из-за вентиляцион-

ного режима работы увеличение энтальпии пара в последней ступени ЦНД состав-

ляет около 23 кДж/кг. В поворотной диафрагме ЦНД турбины Т-250-23,5

дросселирование меньше, чем в диафрагме турбины Т-100/120-12,8, благодаря

специальному профилированию оконных каналов поворотного кольца и лопаток

неподвижной сопловой решетки.

Так как давления в отборах итеративно уточняются, то и значения термодина-

мических параметров пара и конденсата в элементах тепловой схемы должны

определяться на каждой расчетной итерации.

Глава 10

ПОЛНЫЕ

ТЕПЛОВЫЕ

СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

10.1.

Состав

и назначение

полной

тепловой схемы

Полной или развернутой тепловой схемой (ПТС) электростанции называют

такую схему, на которой показаны все теплосиловое оборудование (основное,

вспомогательное и резервное) и все трубопроводы с арматурой и устройствами,

обеспечивающими протекание процесса превращения тепловой энергии в элек-

трическую по принятому циклу. Наряду с основными связями в соответствии

с технологической последовательностью этого процесса на схеме изображаются

все байпасы и вспомогательные продольные связи, вследствие чего ПТС отражает

возможные пути движения теплоносителя и рабочей среды, а также все возмож-

ности подключения и переключения однородного (основного, вспомогательного

и резервного) оборудования. Полная тепловая схема определяет количество основ-

ного и вспомогательного оборудования, арматуры, их типоразмеры. По ней состав-

ляется спецификация оборудования. При разработке ПТС предусматривается воз-

можность работы электростанции на всех режимах, определенных техническими

условиями, а также защита оборудования при отклонении от этих режимов.

По ПТС можно судить об объеме операций при пуске, останове, переходе от одного

режима к другому. Она включает в себя все оборудование и коммуникации, необ-

ходимые для пуска и останова паротурбинных установок, которые объединяются

обычно пусковыми схемами.

Основными составляющими ПТС ТЭС являются: паровой котел; паропроводы

свежего пара с редукционными и пускосбросными устройствами; турбина с гене-

ратором; паропроводы промежуточного перегрева; конденсатор турбины; конден-

сатные насосы; тракт основного конденсата; деаэратор; питательные насосы с при-

водными механизмами; тракт питательной воды; вспомогательные устройства

и линии, используемые при пуске, останове и изменениях режима паротурбинной

установки; трубопроводы пара собственных нужд; трубопроводы и установки, слу-

жащие для отпуска теплоты от электростанции прилегающему к ней поселку

(на КЭС), а также тепловому потребителю (на ТЭЦ); аппараты и устройства, пред-

назначенные для термической обработки добавочной воды, химической очистки

конденсата и питательной воды; баковое хозяйство и др.

10.2.

Полные

тепловые схемы ТЭС

Одной из основных задач, которая решается при составлении ПТС, является

выбор схемы главных трубопроводов. К главным относят трубопроводы свежего

пара, пара промежуточного (вторичного) перегрева и питательные (от деаэратора

до парового котла).

247

Глава

10.

ПОЛНЫЕ

ТЕПЛОВЫЕ

СХЕМЫ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Рис.

10.1. Схема главных паропроводов блока КЭС

В настоящее время применяются

основном блочные

секционные схемы глав-

ных трубопроводов. Блочная схема используется

на

всех крупных конденсационных

установках

ТЭС с

начальным давлением пара

12,7 МПа и

более, секционная

—

на крупных

ТЭЦ с

давлением пара

до 12,7 МПа и на

конденсационных установках

с начальным давлением пара

8,8 МПа. На

теплофикационных паротурбинных уста-

новках, работающих

начальным давлением пара

23,5 МПа,

применяется блочная

схема.

На

блочных

ТЭС

каждая турбина получает

пар от

одного

или

двух котлов.

Схема главных паропроводов блока

КЭС с

одним паровым котлом (моноблок)

показана

на рис.

10.1. Обозначения трубопроводов

оборудования, принятые

при

изображении полных тепловых схем

и их

элементов, приведены

прил.

К главным паропроводам блочных установок относятся трубопроводы свежего

пара

пара промежуточного перегрева.

На

схеме свежий

пар

направляется

тур-

бину

по

двум линиям (ниткам):

по

двум паропроводам

пар

поступает

на

промежу-

точный перегрев (холодные нитки промежуточного перегрева),

а по

четырем паро-

проводам

он

возвращается

турбину (горячие нитки промежуточного перегрева).

Число линий главных паропроводов стремятся обычно уменьшить, чтобы упро-

стить схему

сократить число используемой арматуры. Однако иногда

(на

круп-

ных блоках) даже паропроводы свежего пара являются четырехниточными.

Чтобы выровнять давление

паропроводах, линии свежего пара

пара проме-

жуточного перегрева (холодные

горячие нитки) соединены перемычками.

На приведенной схеме

(рис. 10.1) на

каждом идущем

от

парового котла

паропро-

воде свежего пара перед стопорным клапаном турбины

установлена главная

248

10.2.

Полные

тепловые

схемы ТЭС

паровая задвижка 4 с байпасной линией, на которой имеются регулирующий кла-

пан и запорная задвижка. Байпас используется при пуске блока и для регулирова-

ния подачи пара в турбину при небольших расходах.

К паропроводам свежего пара присоединена быстродействующая редукционно-

охладительная установка 3. При сбросе электрической нагрузки для того, чтобы

частота вращения турбогенератора не превысила допустимых значений, стопор-

ный клапан прикрывается и пар перепускается в конденсатор турбины. При этом

пар предварительно дросселируется и охлаждается конденсатом, впрыскиваемым

в поток. В режимах холостого хода в проточную часть турбины поступает лишь

такое количество пара, которое необходимо для выработки электроэнергии, расхо-

дуемой на собственные нужды блока. Используется БРОУ также для сброса пара

в конденсатор при пуске блока на скользящих параметрах. Прогрев трубопроводов

пара вторичного перегрева при пуске блока проводится свежим паром, перепускае-

мым через редукционно-охладительное устройство 2.

На линиях пара промежуточного перегрева задвижки не устанавливаются.

К перемычке холодных ниток промежуточного перегревателя подсоединено РОУ 5

для отвода пара на собственные нужды электростанции, а к горячим ниткам перед

ЧСД турбины — пароперепускное устройство 7, с помощью которого при прогреве

трубопроводов и сбросе электрической нагрузки пар охлаждается и перепускается

в конденсатор турбины. На линиях свежего пара, пара промежуточного перегрева,

а также на сбросных линиях после РОУ 2, 5 и БРОУ 3 устанавливаются предохра-

нительные клапаны.

Секционная схема главных паропроводов приведена на рис. 10.2. При такой схеме,

когда паровой котел 1 отключен, турбина 7 может оставаться в работе, получая пар

из переключательной магистрали 4, к которой присоединены также другие паро-

Рис. 10.2.

Секционная схема главных

паропроводов:

J —

паровой

котел;

2 —

коллектор

растопочной

линии;

3 — РОУ

растопочное;

4 —

переключатель-

ная

магистраль;

5 — РОУ

собственных нужд

электростанции;

6 —

главная

паровая

задвижка;

7 —

турбина

249

Глава 10.

ПОЛНЫЕ

ТЕПЛОВЫЕ

СХЕМЫ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

вые котлы и турбины электростанции. К магистрали может быть подключен также

резервный паровой котел. При необходимости паротурбинная установка отключа-

ется от переключательной магистрали и эксплуатируется по блочной схеме, однако

обычно в нормальных условиях магистраль используется как уравнительная, пере-

пускающая часть пара из одного паропровода, идущего от котла к турбине, в дру-

гой.

Пар на собственные нужды подается через РОУ 5, которая обычно подключа-

ется к магистрали.

На электростанциях низкого давления применяются схемы главных паропрово-

дов,

по которым пар от всех паровых котлов (рабочих и резервных) подводится

к общей магистрали, а оттуда — к турбинам. Такие схемы называют централизован-

ными. При централизованной схеме на линиях от котлов до магистрали и от магист-

рали до турбин устанавливают задвижки, позволяющие отключить любой котел или

остановить любую турбину. При относительно невысокой надежности основного

оборудования и низких давлениях (когда арматура работает более надежно, а стои-

мость линий по отношению к стоимости оборудования невелика) применение

таких схем оправдано. Однако при повышенных давлениях главные паропроводы,

работающие по централизованным схемам, недостаточно надежны, дорогостоящи

(из-за возрастания длины паропроводов, стоимость которых сильно увеличивается

с ростом давления пара, и большого числа запорной арматуры).

Блочная схема питательных трубопроводов приведена на рис. 10.3. В этой схеме

применен турбинный привод главного питательного насоса. Такой привод в нашей

стране устанавливают на блоках ТЭС сверхкритических параметров. При наличии

одного насоса с турбинным приводом, рассчитанного на номинальный расход

питательной воды блока, дополнительно следует устанавливать насос с электро-

приводом и гидромуфтой, имеющий подачу, равную 30—50 % номинальной.

Перед питательным насосом устанавливаются бустерные насосы (два рабочих

и один резервный). После него вода поступает в ПВД 7, а затем через главные

задвижки питательных трубопроводов по двум линиям 11 — в котел. Непосредст-

венно за питательным насосом устанавливается обратный клапан с присоединен-

ным к нему разгрузочным клапаном. При пуске насоса и небольших расходах раз-

грузочный клапан бывает открыт и часть питательной воды перепускается в бак-

аккумулятор. Бустерные насосы не устанавливаются, когда привод питательных

насосов электрический.

Подогреватели высокого давления имеют обводное устройство. При появлении

в ПВД неисправностей защитный клапан на входе в первый подогреватель пере-

пускает воду в обводную линию и клапан на выходе из последнего ПВД закрыва-

ется. При выводе подогревателей или защитного обводного устройства в ремонт

необходимо закрыть также задвижки 5 и 8 и пустить воду в котел по линии 6,

которую принято называть линией холодного питания. Линия 10 используется при

заполнении и промывке котла.

При наличии двух насосов с турбинными приводами, когда подача каждого

составляет 50 % номинальной, насос с электроприводом не требуется, однако наря-

ду с подводом пара к приводной турбине питательного насоса от отборов основной

турбины или из линий промежуточного перегрева необходимо предусмотреть

250