8077
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Л.М. Дыскин, М.С. Морозов, В.П. Болдин
РАСЧЕТ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК
Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям и выполнению курсовой работы
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Современные методы оценки эффективности
теплоэнергетических систем» для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплотехника и теплоэнергетика, профиль
Тепломассообменные процессы и установки
Нижний Новгород
2022
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Л.М. Дыскин, М.С. Морозов, В.П. Болдин
РАСЧЕТ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК
Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям и выполнению курсовой работы
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Современные методы оценки эффективности
теплоэнергетических систем» для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплотехника и теплоэнергетика, профиль
Тепломассообменные процессы и установки
Нижний Новгород
2022
УДК 621.311
Дыскин Л.М. Расчет парогазовых установок : учебно-методическое пособие / Л.М. Дыскин, М.С. Морозов, В.П. Болдин ; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 46 с. : ил. – Текст : электронный.
Ключевые слова: парогазовые установки, котел-утилизатор, тепловая схема, котельная установка, паровая турбина.
Рассматривается формирование тепловой схемы утилизационной ПГУ, приводятся рекомендации по выбору опорных параметров котла-утилизатора и паротурбинной установки, тепловой расчет двухконтурного котла-утилизатора, выбор концепции паровой турбины и расчет процесса расширения пара в ней, определение экономических показателей паровой турбины, котла, паросиловой и парогазовой установок.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к практическим занятиям и выполнению курсовой работы (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Современные методы оценки эффективности теплоэнергетических систем» по направлению подготовки 13.04.01 Теплотехника и теплоэнергетика, профиль Тепломассообменные процессы и установки.
©Л.М. Дыскин, М.С. Морозов, 2022
©ННГАСУ, 2022
3
ВВЕДЕНИЕ
В пособии рассматривается методика расчета тепловой схемы двух-
контурной утилизационной парогазовой установки (ПГУ) с одной или несколь-
кими газовыми турбинами без промежуточного перегрева пара. Задания на ти-
повой расчет представлены в приложении П.1.
4
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНОЙ
Перед расчетом тепловой схемы должны быть известны или выбраны
следующие величины:
1.Химический состав топливного газа и его плотность ρт.г. .
2.Тепловая схема ПГУ:
-количество газотурбинных установок (ГТУ), питающих паротурбинную установку;
-схема питания деаэратора греющим паром;
-тип котла-утилизатора (горизонтальный или вертикальный);
-схема питания контуров КУ питательной водой и расположения в нем поверхностей нагрева рабочего тела.
3. Тип и характеристики ГТУ для номинального режима.
Для ГТУ должны быть известны следующие параметры:
-номинальная мощность ГТУ на зажимах электрогенератора NэГТУ ;
-абсолютный электрический КПД ГТУ ηГТУэ ;
-расход воздуха Gв на входе в компрессор;
-температура θd и энтальпия ld уходящих газов ГТУ;
Как правило, тип используемой ГТУ задается преподавателем из но-
менклатуры ГТУ различных производителей, представленных в прил. 2.
4.Давление в конденсаторе рк.
5.Давления пара перед стопорными клапанами высокого давления (ВД)
p0ВД и низкого давления (НД) p0НД паровой турбины.
Строго говоря, давления можно окончательно выбрать только после рас-
чета процесса расширения пара в паровой турбине, определения конечной влажности и оптимизации всех параметров тепловой схемы ПГУ.
|
5 |
Обычно принимают |
для двухконтурных ПГУ для контура ВД |
pВД (5 8) МПа , для НД |
pНД (0,5 0,7) МПа (с учетом источника питания |
0 |
0 |
деаэратора). При реальных температурах за ГГУ такие параметры обеспе-
чивают приемлемую конечную влажность и экономические показатели ПГУ,
близкие к оптимальным.
В результате расчета тепловой схемы должны быть получены:
- параметры пара и воды по всему тракту (давления, температуры, влаж-
ность, энтальпии и расходы);
- количество теплоты, передаваемое от греющих газов к рабочему телу
(пару или воде) каждым элементом КУ;
- процесс расширения пара в турбине, КПД и внутренние мощности отсе-
ков паровой турбины;
-электрическая мощность на зажимах генератора паровой турбины (ПТ);
-электрическая мощность парогазовой установки;
-КПД котла-утилизатора;
-КПД паросиловой установки (ПСУ);
-абсолютный электрический КПД паротурбинной установки;
-КПД парогазовой установки.
2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИОННОЙ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Типовая схема двухконтурной парогазовой установки
Перед началом расчета рекомендуется изучить устройство двухконтурной ПГУ [1]. На рис. 1 показан пример принципиальной тепловой схемы утилиза-
ционной двухконтурной ПГУ, на базе которой будут даваться все последующие пояснения.
ГТУ вырабатывает электрическую мощность NэГТУ , а ее уходящие газы направляются в котел-утилизатор (КУ), имеющий два контура генерации пара.
6
Контур ВД генерирует пар ВД в количестве D0ВД и направляет его в паровую турбину. Расширившись в части высокого давления (ЧВД) турбины, этот пар смешивается с паром, генерируемым контуром НД. Суммарный поток пара расширяется в части низкого давления (ЧНД) и поступает в конденсатор. В ре-
зультате паровая турбина вырабатывает мощность NэПТ .
Рис. 1. Принципиальная схема типичной двухконтурной утилизационной ПГУ.
Из конденсатора конденсат отработавшего в турбине пара конденсатным электронасосом (КЭН) направляется в газовый подогреватель конденсата
(ГПК). Перед входом в КУ к конденсату подмешивается часть конденсата,
нагретого в ГПК (рециркуляция Dp), и на входе в КУ обеспечивается темпера-
тура конденсата tкГПК , исключающая коррозию выходных поверхностей нагрева КУ. Расход конденсата (D0ВД D0НД Dд ), где D0НД – расход пара НД, Dд – рас-
ход греющего пара в деаэратор, направляется из ГПК в деаэратор для термиче-
ской деаэрации, осуществляемой нагревом конденсата паром из контура НД.
7
Из аккумуляторного бака деаэратора питательная вода разводится на кон-
туры ВД и НД. Питательными электронасосами НД (ПЭННД) питательная вода подается в барабан НД. Образующийся насыщенный пар поступает в паропере-
греватель НД (ППНД), перегревается и направляется в количестве Dд в деаэра-
тор для нагрева конденсата; остальной пар НД направляется в камеру смешения паровой турбины.
Питательные электронасосы ВД (ПЭНВД) подают расход питательной воды D0ВД из деаэратора в экономайзер ВД (ЭВД), из которого она поступает в барабан ВД, а из него уже в виде насыщенного пара – в пароперегреватель ВД
(ППВД). Из ППВД перегретый пар поступает в паровую турбину.
2.2 Выбор опорных значений расчетной схемы
Перед расчетом схемы следует выполнить две подготовительные опе-
рации.
Необходимо получить зависимость энтальпии газов lг, покидающих ГТУ от температуры θг . Для конкретной ГТУ она определяется химическим соста-
вом топлива. Методика получения этой зависимости представлена в прил. 3.
Необходимо во всех узловых точках тепловой схемы нанести расходы сред так, как указано на рис. 1. Целесообразно в качестве неизвестных принять расходы пара контуров ВД D0ВД и НД D0НД , а расходы в других точках выразить через эти величины с помощью соотношений материального баланса. При этом возникают и другие неизвестные, в частности расход рециркуляции конденсата
Dp и расход греющего пара на деаэратор DД . На рис. 1 в качестве примера по-
казаны расходы пара и конденсата в тракте конкретной двухконтурной ПГУ,
полученные таким образом.
Расчет схемы двухконтурной ПГУ (рис. 1) начинается с выбора неко-
торых опорных параметров рабочего тела (пара и воды).
8
Одним из основных параметров является начальная температура пара t0ВД
на выходе из контура ППВД. Чем она больше, тем выше КПД паротурбинного цикла и меньше конечная влажность. Поэтому ее следует выбирать максималь-
но возможной, но, естественно, меньше температуры уходящих газов ГТУ θd и
такой, чтобы обеспечить надежность паровпускной части паровой турбины.
При этом с уменьшением разности
δtВД θ |
d |
tВД |
(2.1) |
0 |
0 |
|
|
увеличивается поверхность пароперегревателя. Обычно |
принимают |
δt0ВД 20 30 C .
Второй опорной точкой является температура питательной воды tкГПК на входе в ГПК. Исключение коррозии выходных поверхностей КУ при работе ГТУ на природном газе требует иметь tкГПК на уровне 60 65 C . Ее повыше-
ние приводит к увеличению температуры уходящих газов КУ θКУух , снижению КПД КУ и, следовательно, всей ПГУ. Для обеспечения необходимой темпера-
туры питательной воды tкГПК используется рециркуляция части нагретого в ГПК конденсата на его вход в количестве Dp.
Третьей опорной точкой является давление в деаэраторе рд , привязанное к источнику его питания. Если для этой цели используется пар, генерируемый контуром НД КУ, то в этом случае давление в деаэраторе рд должно быть меньше давления пара, генерируемого контуром НД.
Температура конденсата tкД , поступающего из ГПК в деаэратор, должна быть ниже температуры насыщения в деаэраторе на значение tд (5 8) С .
2.3 Тепловой расчет котельной установки
Котельная установка (см. рис. 2) двухконтурной ПГУ включает собст-
венно КУ, деаэратор, ПЭНВД и ПЭННД, а также электронасосы рециркуляции конденсата (ЭНРК). Располагая параметрами уходящих газов ГТУ, свежего па-
9
ра и температурой питательной воды на входе в ГПК можно приступить к рас-
чету КУ, целью которого является определение параметров пара, воды и газа по его тракту и количества теплоты, передаваемой в отдельных элементах КУ.
Рис. 2. Схема котельной установки двухконтурной ПГУ.
Располагая параметрами уходящих газов ГТУ, свежего пара и температу-
рой питательной воды на входе в ГПК можно приступить к расчету КУ, целью которого является определение параметров пара, воды и газа по его тракту и количества теплоты, передаваемой в отдельных элементах КУ. Это позволит в дальнейшем определить их поверхность и выбрать конструктивные формы.
При расчете КУ любого типа необходимо учитывать, что тепло передает-
ся от горячих газов ГТУ к воде и пару, и поэтому в любой точке КУ температу-
ра газов θ всегда выше, чем температура воды или пара. Вместе с тем, чем меньше разность этих температур (температурный напор), тем большая часть тепла уходящих газов ГТУ передается в паротурбинный контур.