1080

Роль промежуточного перегрева водяного пара в турбоустановках ТЭС. Регенеративный подогрев питательной воды. Комбинированная выработка теплоты и электроэнергии на ТЭЦ

Лекция

Энергетика

Промежуточный перегрев водяного пара в паротурбинных установках. Тепловая схема ПТУ с промежуточным перегревом водяного пара. Регенеративный подогрев питательной воды в турбоустановках. Комбинированная выработка теплоты и электрической энергии на ТЭЦ.

Русский

2013-01-06

336.5 KB

155 чел.

Лекция 3. Роль промежуточного перегрева водяного пара в турбоустановках ТЭС. Регенеративный подогрев питательной воды. Комбинированная выработка теплоты и электроэнергии на ТЭЦ

3.1. Промежуточный перегрев водяного пара в паротурбинных установках

Парные значения начальных параметров t0, р0, водяного пара, при которых в процессе расширения в проточной части турбины обеспечивается заданное значение конечной степени влажности у2, называют сопряженными начальными параметрами. Например, для у2=13% и экономичности турбины, оцениваемой oiт=0,85, значения сопряженных параметров следующие:              

                                          t0, 0С …………600 570  540   515   480   450

                                          р0, МПа …….. 20    18    14     12      9       7

В отечественных турбоустановках, а также за рубежом, при начальной температуре выше t0 540 0С применяют начальные давления водяного пара 14,0 и 24,0 МПа без превышения допустимой степени влажности. Это достигается применением промежуточного перегрева, когда пар после расширения в ЦВД турбины направляется в котел для вторичного перегрева до температуры tпп. Итак, применение промежуточного перегрева позволяет в энергоблоках ТЭС повышать начальное давление пара при неизменной начальной температуре с сохранением умеренной конечной влажности в турбине.

На рис. 3.1 представлены схема газового промперегрева (рис. 3.1,а), тепловой цикл в Т,s-диаграмме (рис. 3.1,б) и процесс расширения водяного пара в h,s-диаграмме для паротурбинной установки (рис. 3.1,в). Цикл с промежуточным перегревом пара (рис. 3.1,б) можно рассматривать как сочетание двух циклов, первый из которых 1аbde21 является основным, а второй 2ee1fg32 – дополнительным. Видно, что если эквивалентная температура Тэ,пп дополнительного цикла выше Тэ основного цикла, то КПД общего цикла возрастает. При этом  увеличивается и oiЧНД из-за меньшего влияния влажности на экономичность последних ступеней части низкого давления турбины (ЧНД). Внутренний абсолютный КПД турбоустановки с промежуточным перегревом выражается следующим образом:

                                           ,                          (3.1)

где соответствующие значения oi определяют совершенство проточной части высокого давления турбины (до промперегрева) и проточной части низкого давления (после промперегрева). Знаменатель в (3.1) представляет количество теплоты, подводимой в котле и промежуточном перегревателе к 1 кг пара.

Рис. 3.1. Тепловая схема ПТУ с промежуточным перегревом водяного пара (а),

тепловой цикл (б) и процесс расширения (в) для паровой турбины

Потери давления во всем тракте промежуточного перегрева пара допускаются не выше 10% от давления рпп, которое выбирают в диапазоне рпп=(0,15…0,25)р0. Обычно в отечественной теплоэнергетике принимают tпп=t0. В современных турбоустановках промежуточный перегрев используется в энергоблоках мощностью более 150 МВт. Выигрыш от использования промперегрева с учетом роста эффективности ЦНД турбины достигает 4-5%.

3.2. Регенеративный подогрев питательной воды в турбоустановках

В паротурбинных установках используется регенеративный подогрев питательной воды паром, отбираемым из нескольких промежуточных ступеней турбины, до которых он совершил определенную работу при расширении от давления р0 до давления отбора ротб. Такой подогрев требует относительно небольших затрат теплоты и его можно рассматривать как тепловое потребление в комбинированном цикле. При этом получают существенный выигрыш в экономичности, пропорциональный мощности, вырабатываемой на тепловом потреблении. Следует помнить, что потери теплоты с охлаждающей водой в конденсаторе турбоустановки пропорциональны количеству отработавшего пара в турбине, поступающему в конденсатор. Поэтому организация отбора водяного пара и сокращение его расхода в конденсатор (до 30-40%) экономически выгодно.

В регенеративных подогревателях тепловой схемы ТЭС происходит нагрев сначала конденсата отработавшего пара в подогревателях низкого давления (ПНД) с температуры насыщения tк1, определяемой давлением в конденсаторе рк, до температуры насыщения, определяемой давлением в деаэраторе рд, а затем питательной воды до tпв в подогревателях высокого давления (ПВД). В итоге регенеративный цикл по сравнению с обычным циклом имеет более высокую среднюю температуру подвода теплоты при той же температуре отвода и поэтому обладает более высоким термическим КПД. При этом количество теплоты на регенерацию зависит от разности  температур tпв-tк1 и практически не зависит от числа отборов пара в турбине. Однако ее электрическая мощность существенно зависит от числа отборов и распределения ступеней нагрева в подогревателях. Максимальная мощность соответствует бесконечно большому числу отборов, а минимальная – одному. В практике применяют ограниченное число подогревателей (не более 9), поскольку с ростом числа ступеней подогрева растет стоимость регенеративной установки. Поскольку в регенеративной системе подогрев воды до температуры насыщения to1, соответствующей давлению р0, приводит к росту потерь теплоты с уходящими из котла дымовыми газами, то принято выбирать значения tпв=(0,65…0,75)t01. Например, при р0=23,5 МПа  tпв265-2740С, а при р0=12,75 МПа  tпв2300С. Влияние числа регенеративных подогревателей z на относительный выигрыш в удельном расходе теплоты для ПТУ без промперегрева и с ним показано на рис. 3.2,а и рис. 3.2,б.

  

а)                                                                                                б)

Рис. 3.2. Изменение удельного расхода теплоты энергоблока в зависимости от числа

регенеративных отборов в турбоустановке без промперегрева (а) и с промперегревом (б)

На рис. 3.3 представлен пример тепловой схемы энергоблока с конденсационной турбиной К-800-23,5-5 ЛМЗ, в которой реализована восьмиступенчатая система регенеративного подогрева питательной воды и основного конденсата, состоящая из четырех ПНД, деаэратора и трех ПВД, выполненных в две нитки.   Перегретый пар из котла 1 по двум главным паропроводам направляется в ЦВД турбины (р0=23,5 МПа, t0=540 0С, G0=680 кг/с), в котором имеет место отбор в ПВД-8. Отбор пара в ПВД-7 организован из холодных ниток промперегрева. После промперегрева пар с параметрами рпп=3,8 МПа, tпп=5400С направляется в ЦСД турбины (перед клапанами ЦСД р0=3,43 МПа), в проточной части которого сформированы три камеры отбора.

Рис. 3.3. Тепловая схема турбоустановки Nэ=800 МВт (р0=23,5 МПа, t0=540 0С, tпп=540 0С)

1 - котел ТГМП-204; 2 – цилиндры высокого, среднего и низкого давлений паровой турбины К-800-23,5;

3 - электрогенератор ТВВ-800-2; 4 - конденсаторы; 5 - деаэратор; 6—8 – подогреватели высокого давления (ПВД); 9, 11 - подогреватели сальниковые; 10, 12 – подогреватели низкого давления (ПНД) смешивающего типа; 13, 14 – ПНД поверхностного типа; 15-17 – элементы испарителей; 18, 19 – подогреватели сетевой воды; 20 – бустерный насос питательного насоса; 21 – основной питательный насос с турбоприводом (ПТН); 22-24 – конденсатные насосы; 25 – турбопривод  питательного насоса (ПН); 26 – конденсатор турбопривода ПН; 27 – обессоливающая установка

Пар из первого отбора обеспечивает подогрев питательной воды в ПВД-6 и работу турбоприводов (паровых турбин 25) питательных насосов (ПТН 21 с давлением в напорном патрубке 34,3 МПа). В качестве турбопривода применяется паровая турбина К-17-15П КТЗ с номинальной мощностью 17,15 МВт при начальных параметрах водяного пара р0=1,44 МПа, t0=4220С, расходе пара G0=20,2 кг/с и давлении в конденсаторе рк=6,86 кПа. Частота вращения ротора этой турбины n=77,75 с-1 (4665 об/мин).  Из второго отбора ЦСД пар направляется в деаэратор 5, а из третьего ПНД в ПНД-4 (14). Последний отбор пара из ЦСД организован из перепускной трубы в ЦНД турбоустановки и связан с ПНД-3 (13). Подогреватели низкого давления ПНД-1 (10) и ПНД-2 (12) – смешивающего типа, выполнены по схеме с перекачивающими насосами. Слив конденсата греющего пара из ПВД – каскадный, а после ПВД-6 слив производится в деаэратор.

Основной конденсат из конденсатора (4) турбоустановки (рк=3,43 кПа) конденсатными насосами 1-й ступени (22) направляется в блочную обессоливающую установку (27) и далее, в сальниковый подогреватель СП-1 (9). В сальниковом подогревателе для нагрева основного конденсата используется теплота паровоздушной смеси, поступающей из каминных камер концевых уплотнений турбины. После СП-1 конденсат движется в ПНД-1 и откачивается из него в ПНД-2 конденсатными насосами 2-й ступени (23). На участке основного конденсата между ПНД-1 и ПНД-2 установлен сальниковый подогреватель поверхностного типа СП-2 (11), предназначенный для охлаждения и конденсации пара, отводимого из промежуточных камер концевых уплотнений ЦВД турбины. Из ПНД-2 конденсат откачивается конденсатными насосами 3-й ступени (24) и направляется через подогреватели ПНД-3 и ПНД-4 в деаэратор. На тепловой схеме представлены также: испарительная установка (15-17), подогреватели сетевой воды (18, 19), бустерные насосы (20) и конденсаторы (26) паровых турбин (25) питательных насосов (21). Обе группы ПВД рассчитаны для нагрева питательной воды до tпв=2740С с ее расходом, составляющим 105% от максимального расхода водяного пара в паровую турбину (G0,мах=736 кг/с). Расчетный удельный расход теплоты на выработку электроэнергии при номинальных расходе и параметрах водяного пара в турбоустановке qэбр=7647 кДж/(кВтч).

Одна из перспектив повышения эффективности тепловых электростанций определена использованием сверхвысоких параметров (СВП) водяного пара. Эти параметры по мере создания и освоения улучшенных жаропрочных сталей могут достигать значений по температуре t0=590…6000C, а по давлению р0=28…33 МПа. Использование таких энергоблоков позволит получить в зависимости от числа ступеней промперегрева и уровня температур t0/tпп  эснт=44,9-45,9%. Так, например, при давлении р0=29 МПа и t0/tпп=580/5800С эснт=44,94%, а при t0/tпп1/tпп2=580/590/6000С эснт=45,67%.

3.3. Комбинированная выработка теплоты и электрической энергии на ТЭЦ

Одновременная выработка электрической энергии и теплоты в паротурбинной установке называется комбинированной. Выработку на ТЭС тепловой энергии для бытовых и технологических нужд внешних потребителей за счет использования отработавшего в турбине водяного пара на базе централизованного теплоснабжения называют теплофикацией. Теплофикация является важнейшим средством снижения удельного расхода топлива на тепловых электрических станциях, которые называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Тепловая схема ТЭЦ с турбиной, имеющей регулируемый отбор водяного пара, представлена на рис. 3.4. В таких установках выработка электрической энергии и отпуск теплоты внешнему потребителю (ТП) могут изменяться в достаточно широких пределах независимо друг от друга. При существенном понижении электрической нагрузки, а также при останове турбины, часть пара к тепловому потребителю может направляться через редукционно-охладительную установку (РОУ). Применяемые на ТЭЦ паровые турбины обычно имеют от одного (турбины типа Т и П) до трех регулируемых отборов, из которых два являются теплофикационными, а один - производственным (турбины типа ПТ). Кроме того, для удовлетворения тепловых нужд потребителя с повышенным давлением применяются паровые турбины с противодавлением типа Р. В таких установках одновременно с выработкой электроэнергии почти вся теплота отработавшего пара в турбине используется для нужд тепловых потребителей.

Рис. 3. 4. Тепловая схема ТЭЦ

  В качестве примера на рис. 3.5 приведена упрощенная тепловая схема турбоустановки Т-250/300-23,5 с элементами теплофикационной части (сетевыми подогревателями).

Рис. 3.5. Принципиальная тепловая схема турбоустановки Т-250/300-23,5-5:

1 - сетевые насосы; 2, 3 - верхний и нижний сетевые подогреватели; 4 - дренажные насосы сетевых подогревателей; 5 - обратная сетевая вода; 6 - конденсатный насос; 7 - сливные насосы; 8 – подогреватели низкого давления;  9 - питательный турбонасос; 10 – подогреватели высокого давления

                                     Лектор: В.Ф. Касилов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11732. Визуальное проектирование базы данных: условие ссылочной целостности, взаимосвязи 25.23 KB
  Лабораторная работа №4 Визуальное проектирование базы данных: условие ссылочной целостности взаимосвязи. Цель: закрепить практические умения и навыки установления условий ссылочной целостности взаимосвязей между таблицами один к одному один ко многим многие ко м...
11733. Клиентская часть: размещение не визуальных компонентов соединения с базой данных 17.34 KB
  Лабораторная работа №5 Клиентская часть: размещение не визуальных компонентов соединения с базой данных. Цель: закрепить практические умения и навыки управления не визуальными компонентами отображения соединения с базой данных. Закрепление навыков работы в среде п...
11734. Клиентская часть: размещение визуальных компонентов отображения таблиц 16.53 KB
  Лабораторная работа № 6 Клиентская часть: размещение визуальных компонентов отображения таблиц Цель: закрепить практические умения и навыки управления визуальными компонентами отображения таблиц организации запроса. Закрепление навыков работы в среде программир...
11735. Запросы на добавление данных 20.59 KB
  Лабораторная работа № 7 Запросы на добавление данных Цель: формирование практических умений и навыков составления запросов на добавление данных с помощью TransactSQL оператор Insert и с помощью SQLManager в графическом режиме. Закрепить практические умения и навыки работы с т...
11736. Запросы на редактирование и удаление данных 12.27 KB
  Лабораторная работа №8 Запросы на редактирование и удаление данных Цель: формирование практических умений и навыков составления запросов на редактирование и удаление данных с применением операторов языка TransactSQL Update Delete и SQLManager в графическом режиме. Выполнил: С...
11737. Создание триггера. Каскадные воздействия 12.47 KB
  Лабораторная работа №910 Создание триггера. Каскадные воздействия Цель: формирование практических умений и навыков создания триггеров различных видов; связей реализуемых с помощью триггеров; триггеров выполняющих определенные действия при запуске. Закрепить прак...
11738. Создание хранимой процедуры 17 KB
  Лабораторная работа №11 Создание хранимой процедуры Цель: формирование практических умений и навыков создания хранимых процедур; применения входных и выходных параметров хранимой процедуры; создания функции. Закрепить практические умения и навыки работы с операто
11739. Сортировка и поиск данных: в базе данных и выборках 13.3 KB
  Лабораторная работа №12 Сортировка и поиск данных: в базе данных и выборках. Цель: формирование практических умений и навыков выполнения сортировки в выборках группах таблицах; применения агрегирующих функций вычисляемых полей а также поиска по определенному прост
11740. Фильтрация данных в базе данных и в выборках 14.76 KB
  Лабораторная работа №13 Фильтрация данных в базе данных и в выборках Цель: формирование практических умений и навыков осуществления фильтрации и обобщения информации с помощью представлений курсоров вертикальных таблиц. Закрепить практические умения и навыки раб...