38632

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Т-100-130 УРАЛЬСКОГО ТУРБИННОГО ЗАВОДА

Контрольная

Энергетика

Подогрев обратной сетевой воды производится в ПСГ1 и ПСГ2 . В зимнее время для подогрева воды можно использовать также встроенный в конденсатор выделенный пучок. При такой схеме подача циркуляционной воды в конденсатор сокращается и вакуум в нём ухудшается. Целью модернизации ТФУ является повышение термического КПД паровой турбины за счет увеличения температуры обратной сетевой воды на входе в ПСГ1 ПСГ2 что ведет к уменьшению расхода греющего пара в них и к уменьшению расхода топлива на его генерацию.

Русский

2013-09-28

277.5 KB

47 чел.

ГЛАВА 3. МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Т-100-130 УРАЛЬСКОГО ТУРБИННОГО ЗАВОДА

3.1 Описание теплофикационной установки турбины Т-100-130

Теплофикационная установка (ТФУ) турбины Т-100-130 состоит из встроенного в конденсатор выделенного пучка, двух горизонтальных сетевых подогревателей (ПСГ1, ПСГ2) и пикового водогрейного котла (ПВК).

Подогрев обратной сетевой воды производится в ПСГ1 и ПСГ2 . В зимнее время для подогрева воды можно использовать также встроенный в конденсатор выделенный пучок. При такой схеме подача циркуляционной воды в конденсатор сокращается, и вакуум в нём ухудшается. В холодное время года, когда количество теплоты, отдаваемой паром теплофикационных отборов при максимальных расходах 2-х последних отборов недостаточно, включается пиковый водогрейный котёл. В летний период вода на ГВС подогревается лишь паром второго теплофикационного отбора паровой турбины.

Целью модернизации ТФУ является повышение термического КПД паровой турбины за счет увеличения температуры обратной сетевой воды на входе в ПСГ1, ПСГ2, что ведет к уменьшению расхода греющего пара в них и к уменьшению расхода топлива на его генерацию.

В данной работе повышение экономичности достигается за счет модернизации встроенного в конденсатор выделенного пучка.

3.2 Встроенный теплофикационный пучок (ВТП)  конденсатора турбины Т-100-130

Турбина Т-100-130 с двухпоточным цилиндром низкого давления [2] имеет два конденсатора с поверхностью теплообмена 3100м2 каждый. Нижнюю центральную часть каждого конденсатора занимает теплофикационный пучок с поверхностью нагрева 461 м2. Общее число трубок (конденсатора и пучка), выполненных из латуни размером 24×1 мм 5680 шт. Общая площадь поверхности нагрева обоих конденсаторов 6200 м2. Конденсатор имеет два хода циркуляционной воды; пучок- также два хода, когда он охлаждается циркуляционной водой, и один ход при охлаждении сетевой воды. При конденсационном режиме и номинальной нагрузке в конденсатор поступает 260 т/ч пара; удельная паровая нагрузка равна при этом 41,8 кг/(м2∙ч). Давление отработавшего пара 5,3 кПа при температуре охлаждающей воды 12 ̊С. Расчетный присос воздуха в конденсатор 5-6 кг/ч.

Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) были проведены исследования по подогреву сетевой воды в пучках [2], где  передавалось тепло в количестве 10,5-18,5 МВт; нагрев воды составлял 2,5-5,5 ˚С, расход сетевой воды 2000-4250 т/ч (555-1180 кг/с), при этом температура обратной сетевой воды изменялась от 32 до 58 ˚С.

При теплофикационном режиме работы турбины с закрытой регулирующей диафрагмой пропуск пара, конденсируемого на встроенном пучке, составлял от 20 до 30 т/ч; перегрев отборного пара равнялся 30-70 ˚С. В зависимости от значений расхода сетевой воды, ее средний температуры и величины присоса воздуха, средний коэффициент теплопередачи встроенного пучка изменялся от 1800 до 3100  Вт/(м2∙˚С). Давление пара в конденсаторе изменялось от 0,007 до 0,026 МПа с изменением температуры обратной сетевой воды от 32 до 58 ˚С. Зависимость эта, приближенно описывается уравнением [2], кПа:

  

                      

Температурный напор во встроенном пучке составлял от 3 до 5 ˚С. Гидравлическое сопротивление пучка, изменялось в зависимости от расхода сетевой воды от 1 до 24 кПа.

При конденсационном режиме коэффициент теплопередачи конденсатора, в зависимости от расхода охлаждающей воды, ее скорости в трубках (от 0,7 до 2,1 м/с) и чистоты трубок, изменялся от 1500 до 3000 Вт/(м2∙˚С) [5400-10800 кДж/м2∙ч∙˚С]. Давление пара в конденсаторе, в зависимости от его расхода от 50 до 250 т/ч (14-70 кг/с) и температуры охлаждающей воды от 5 до 35 ˚С, составляло от 1,2 до 10,5 кПа.

Недогрев воды в конденсаторе, в зависимости от расхода пара и температуры охлаждающей воды, изменялся от 1,5 до 8 ˚С.

Продолжительность перевода работы конденсатора с циркуляционной воды на сетевую (или обратно) составляет 20-30 минут во избежание недопустимого роста термических напряжений в металле трубок.

3.3 Модернизация теплофикационной установки

Модернизация производится путем конструктивных мероприятий, направленных на устранение заливания конденсатом нижележащих трубок. Наиболее простым решением этого вопроса является наклон трубного встроенного пучка к горизонту.

На конденсат, скапливающийся на трубке, действуют сила тяжести G, отрывающая конденсат от трубки, сила поверхностного натяжения Рσ, удерживающая конденсат, динамический напор парового потока Рд, который при нисходящем давлении пара способствует, а при восходящем препятствует отрыву конденсата.

При наклоне трубки к горизонту (рис.3.1) сила тяжести раскладывается на составляющие – перпендикулярную (G1) и параллельную трубке (G2). Для каждого угла наклона трубки к горизонту ϕ при нисходящем потоке пара безотрывное накопление конденсата соответствует условию

Конденсат, скопившийся на трубке при определенных для каждого режима конденсации углах ϕ, будет двигаться в сторону наклона, если соблюдается условие

В этих зависимостях σ – коэффициент поверхностного натяжения; m – масса конденсата; L – полный периметр контакта капель с трубкой.

Рис.3.1 Схема сил, действующих на поддонный слой на наклонной трубке

Для определения основных закономерностей передачи теплоты при конденсации пара на наклонных пучках были поставлены эксперименты на лабораторном конденсаторе с изменяющейся ориентацией трубного пучка в пространстве [8]. Исследования проведены как для полной, так и для частичной конденсации пара при нисходящем движении парового потока и охватывали режимы с диапазоном изменения давления конденсации от 6 до 60 кПа, поверхностными плотностями тепловых потоков (90-300)∙103 Вт/м2, скоростями в узком сечении первого ряда 25 – 50 м/с. Тепловые испытания наклонных трубных пучков сочетались с визуальными наблюдениями и исследованием процесса конденсации методами кинофотосъемки.

Установлено, что:

∙ на поверхности наклонной трубки можно выделить основную ( с охватом примерно 300˚) и поддонную ( с охватом примерно 60˚) зоны (рис.3.2);

Рис.3.2 Схема образования основной и поддонной зоны конденсата

1 – труба; 2- основная зона; 3 – поддонная зона.

перестройка режимов течения конденсата с изменением угла происходит главным образом в поддонной зоне;

∙ условно весь последовательный процесс перестройки характера движения конденсата можно разделить на три основных режима [8].

Режим отрывного движения капель (ϕ=0). Отвод конденсата происходит перетеканием капель конденсата с трубки на трубку.

Режим частично отрывного движения капель (ϕ=4-7˚). Прекращается колебательное движение капель относительно их места зарождения. Происходит медленное смещение капель в сторону наклона. С возрастанием угла ϕ увеличиваются длина пробега и скорость движения капель в поддонном слое, а количество капель, одновременно висящих в поддонном слое, уменьшаются. При этом форма капли претерпевает изменения за счет действия продольной составляющей силы тяжести. Капля приобретает овалообразную форму (большая ось вала составляет некоторый угол с образующей трубы), вытянутую в сторону наклона. В процессе движения за счет сопротивления на границе «жидкость-твердое тело» и «жидкость-пар» происходит перемещение массы конденсата из хвостовой в головную часть. Можно предположить, что при этом капля не только скользит, но и частично перекатывается. Длина пробега определяется, с одной стороны, скоростью накопления конденсата, поступающего с верхней части трубки в поддонный слой, а с другой – скоростью движения капель в поддонной зоне трубки. Режим частично безотрывного течения имеет место до тех пор, пока длина пробега не станет равной активной длине трубки.

Режим безотрывного движения капель (ϕ=11-17˚). На начальной фазе этого режима поддонный слой, образуемый последовательной цепочкой капель, имеет волнообразный вид. С ростом угла наклона волнистость поверхности уменьшается. В опытах при углах ϕ=17˚ для всех имевших место в опытах режимов происходило полное выравнивание поверхности поддонного слоя. Зафиксировано постепенное увеличение толщины поддонного слоя по пути движения конденсата и его движение в форме струйки до трубной перегородки, по которой происходит слив конденсата вниз.

Опытные данные по теплообмену в многорядных наклонных пучках представлены кривыми 2, 3, 4 (рис.3.3). с учетом того, что эффект воздействия скорости на теплоотдачу в этих опытах одинаков, а турбулизация поддонного слоя мала, эти кривые дают возможность установить влияние заливания на средний коэффициент теплоотдачи.

Рис.3.3 Влияние угла наклона на интенсивность теплоотдачи

Из приведенных опытных зависимостей видно, что в многорядных пучках отношение Nuϕ/Nu0 (где  Nuϕ , Nu0 – критерии Нуссельта для наклонных и горизонтальных пучков, соответственно) растет с ростом ϕ, а влияние наклона более выражено в пределах углов наклона к горизонту до 12˚ (резкий подъем кривых) и имеет тенденцию к переходу на горизонтальный участок в области больших углов.  Такой характер кривых закономерен, поскольку после наступления полностью безотрывного течения все трубки в пучке работают в аналогичных условиях. Сравнение кривых 2, 3, 4 свидетельствует о возрастании эффективности наклона пучка с возрастанием числа рядов по ходу пара.

Необходимо отметить, что положительный эффект от наклона конденсационного аппарата заключается в устранении заливания конденсатом нижележащих труб. Для 12-рядного пучка максимальное увеличение коэффициента теплоотдачи может составить 25 %.

Очевидным преимуществом данного способа интенсификации теплообмена при конденсации является простота его практической реализации. Для наклона ВТП к горизонту установочная плоскость опоры и плоскость разъема пароприемного патрубка устанавливаются под острым углом к оси трубчатки ВТП. Это обеспечивает при монтаже автоматическую фиксацию трубного пучка под требуемым оптимальным углом наклона к горизонту, определенным из условия безотрывного стекания конденсата.

Преобразование можно провести также на уже действующих установках. Такой способ повышения эффективности конденсатора был, например, применен на паротурбинной установке ОК-18ПВ КТЗ.

3.4 Тепловой расчет ВТП

3.4.1 Расчет при номинальном режиме

Расчет выполняем согласно известным вычислениям по [6].

Находим тепловой баланс конденсатора (без учета потерь в окружающую среду), МВт:

              [3.1]

где Dп – вентиляционный пропуск пара в конденсатор, обеспечивающий охлаждение последних ступеней турбины ЦНД, который составляет 3% от расхода острого пара на турбину:

 

кг/с,

кг/с),

iк, кДж/кг; Ср, кДж/кг∙К; tк, ˚С – энтальпия отработавшего пара, теплоемкость и температура конденсата определяются по [1] по давлению в конденсаторе, которое приближенно описывается уравнением:

(МПа),

отсюда, iк = 2608 (кДж/кг), Ср = 2,128 (кДж/кг∙К), tк = 58,98 ̊С

W – расход обратной сетевой воды, м3/ч,

Св – теплоемкость воды, кДж/кг∙К,

tв1, tв2 – температура обратной сетевой воды на входе и на выходе из конденсатора, ˚С, tв1 принятая ранее 50 ˚С,

˚С

где ϑ – недогрев в ВТП, который составляет от 3 до 5 ˚С

Отсюда, определяем температуру сетевой воды на выходе:

˚С,

Тогда, по формуле [3.1] определяем количество тепла, отданное паром:

(МВт),

Поверхность теплообмена ВТП вычисляется по известной формуле:

                   [3.2]

где  kвп, Вт/м2∙К – коэффициент теплопередачи в ВТП, который рассчитывается по формуле ТМЗ из [9]:

Вт/м2∙К,  [3.3]

где Kчист – коэффициент теплопередачи, не учитывающий влияния удельной паровой нагрузки конденсатора, диаметра трубок и термического сопротивления стенки трубки, а также чистоту поверхности теплообмена, который рассчитывается по методике ЛМЗ , базирующейся на зависимости, предложенной фирмой «Метро-Виккерс» [9] :

        [3.4]   

где Wв – скорость обратной сетевой воды в трубках, принимаем равной 2,5 м/с из [6]

Отсюда,  по формуле [3.4]:

Вт/м2 ∙К,

Rст – термическое сопротивление стенки трубки наружным диаметром 24 мм, толщиной 1 мм, выполненной из латуни Л-68, которое определяется по формуле из [9]:

 м2∙К/Вт,  [3.5]

где λст – коэффициент материала стенки трубки, который определяется по таблице 3.1, Вт/м∙К,

dнар – наружный диаметр трубки, dнар=24 мм,

dвн – внутренний диаметр трубки, dвн=22 мм

Таблица 3.1. Коэффициент теплопроводности материала стенки трубки [6], Вт/м∙К

материал

Латунь Л-68 и

ЛО-70-1

Медно-никелевый сплав МНЖ-5-1

Сталь Х18H1OT

λст

105

130

52

По формуле [3.5] термическое сопротивление стенки трубки будет:

 м2∙К/Вт,

Rстл-68 – термическое сопротивление стенки трубки наружным диаметром 19 мм, толщиной 0,75 мм, выполненной из латуни Л-68:

м2∙К/Вт,

βзап=0,85 – коэффициент запаса поверхности теплообмена из [9],

βd=0,974 – коэффициент, учитывающий отличный от 19 мм наружный диаметр трубок для диаметра 24 мм [9],

βв.охл. – поправка на долю площади воздухоохладителя в общей поверхности встроенного пучка конденсатора, для турбины Т-100-130, составляет 0,94 [9],

Тогда, по формуле [3.3] находим коэффициент теплопередачи ВТП:

 Вт/м2∙К,

tср – средняя логарифмическая разность температур между паром и водой по [6]:

 ˚С,  [3.6]

где ∆t – разность температуры сетевой воды на входе и выходе из пучка:

˚С,

δt – температурный напор в конденсаторе:

˚С,

Отсюда, средняя логарифмическая разность температур между водой и паром по формуле [3.6]:

˚C,

Тогда, по формуле [3.2], находим поверхность теплообмена ВТП:

 м2

Т.к. по данным  паспорта турбины [2] поверхность теплообмена составляет 461 м2, то отклонение расчетной поверхности 0,0089 %, т.е. не более 1 %, расчет можно считать верным.

3.4.2 Расчет после модернизации ВТП

Как следует из литературы [8] при наклоне ВТП на 5˚ к вертикальной оси коэффициент теплопередачи увеличивается на 15%, т.е.

Коэффициент теплопередачи ВТП составит:

Вт/м2∙К,

Тогда, поверхность теплообмена по формуле [3.2] будет равна:

м2,

Поверхность нагрева ВТП уменьшилась на 13,03 %, отсюда следует, что для подогрева сетевой воды в ВТП, необходимо меньшее количество тепла и пара, что ведет к снижению удельного расхода топлива на их выработку, также не изменяя расход пара в конденсатор можно добиться дополнительной выработки тепловой и электрической энергии, а именно:

Отношение количества тепла, отданного паром, составит:

 

МВт,

т.е. тепловая нагрузка увеличилась 1,766 % (на 0,161 Мвт).

При наклоне трубной системы от горизонтали ВТП, в конденсаторе происходит увеличение коэффициента теплопередачи, за счет чего обеспечивается безотрывное стекание конденсата по трубкам между соседними перегородками и заливание конденсатом нижерасположенных трубок устраняется.

Известно, что на выработку 100 МВт электрической мощности паровой турбины Т-100-130 требуется 433,1 тонны мазута в 1 час, тогда на выработку 1 МВт будет расходоваться 4,33 тонны в 1 час.

Соответственно, на выработку 0,161 МВт тепла потребуется 0,697 тонны мазута в 1 час, что в год (7200 часов) составит 5018,4 тонн.  

Вывод: наклон ВТП к горизонту на 5˚ позволяет уменьшить расход топлива на выработку тепловой и электрической энергии в количестве 5018,4 тонн в год или 6874,5 т.у.т.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76713. Основные виды страховых услуг в сфере страхования жизни 94.5 KB
  Особенности страхования жизни заключаются в обеспечении приемлемых доходов, уровня и качества жизни людей при наступлении случайных событий с неблагоприятными и благоприятными последствиями, именуемых страховыми случаями.
76714. Здоровье – понятие и его показатели 35.92 KB
  В научной литературе одновременно используют не только разные определения, но и различные подходы к их формулировке. Больше всего определений, рассматривающих здоровье человека как какой-то функциональный оптимум, как гармонию всех частей организма.
76715. Физическая культура и спорт как социальные феномены общества 111.05 KB
  Поскольку молодое поколение у нас занято в профессионально-образовательной сфере, его самостоятельность следует понимать особым образом, а именно как самостоятельность действий и самостоятельность мышления, тесно между собой связанные.
76717. Антивирусы 31.64 KB
  Антивирусное ПО, пришлось ждать не долго, оно появилось сразу после появления первых вредоносных программ. В нынешний момент над разработкой антивирусных программ трудятся целые корпорации во главе с тысячами людей...
76718. «Августовский путч» и его влияние на развал СССР 99.5 KB
  События 19-20 августа 1991 года занимают особое положение в отечественной литературе. С одной стороны, можно констатировать, что тема не обделена вниманием, а с другой - то, что преобладают издания мемуарного и публицистического плана, где, хотя и освещаются многие важнейшие...
76719. Индустриализация СССР: достижения и противоречия 92 KB
  В актуальности выбранной темы нет сомнений, так как в истории появляются все новые и новые материалы. И не все опираются на глубокие знания сложного переплетения исторических событий и фактов. И тема индустриализации обсуждается, многие ее аспекты рассматриваются по-иному.
76720. Прилуки – мій рідний край 32.73 KB
  У 1993 році кількість населення становила 74,1 тис. осіб. В 1999 році населення міста вже становить 70,7 тис. осіб, починаючи з 1993 року, населення Прилук зменшується в результаті механічного і природного руху. Чисельність наявного населення міста станом на 1 жовтня 2005 року становила 61,6 тис. осіб.
76721. Средства массовой информации: информирование и предвыборная агитация (законодательные дозволения и запреты) 61.43 KB
  Цель исследования состоит в том, чтобы на основе имеющихся нормативно-правовых и теоретических источников, проанализировать процесс становления конституционно-правового регулирования предвыборной агитации и ее финансирования, выявить основные тенденции его современного развития...