Одной из проблем низкой эффективности работы теплофикационных турбин является использование коллекторной схемы подогрева сетевой воды, когда задается одно давление в системе, как правило 0,12 МПа, т. к. это связано с подогревом воды в деаэраторах подпитки теплосети. Температуру сетевой воды за группой подогревателей в среднем за отопительный период требуется поддерживать в районе 80–85 градусов. При этом температура насыщения воды при давлении 0,12 МПа составляет 104,78 0 С. Рассмотрим работу двух турбин ПТ 65–12,8 в параллельной работе с одинаковыми тепловыми и электрическими нагрузками.
Вариант 1:
Электрическая нагрузка ТЭЦ 100 МВт; расход сетевой воды через подогреватель 1050 т/ч; температура прямой сетевой воды с ТЭЦ 78,5 0 С, температура обратной сетевой воды 53 0 С, расход промышленному потребителю 60 т/ч.
В таблице 1 представлен поверочный расчёт сетевого подогревателя. При принятых условиях расчёта недогрев составит 13,75 0 С. В таблице 2 представлен сводный расчёт.
Таблица 1
Тепловой расчёт сетевого подогревателя
|
Проверочный тепловой расчет сетевого водоподогревателя [1] |
Численное значение | ||||
|
N пп |
Наименование |
Обозначение |
Ед.изм |
Формула или источник информации |
Произв. |
|
Модель подогревателя |
БО-350м | ||||
|
Тип подогревателя (1 — вертикальный, 2 — горизонтальный) |
1 | ||||
|
1. |
Расчетная температура сетевой воды на входе |
|
°С |
Испытания |
53 |
|
2. |
Расчетная температура сетевой воды на выходе |
|
°С |
Испытания |
91 |
|
3. |
Расчетный расход сетевой воды |
|
т/ч |
Испытания |
1050 |
|
Недогрев сетевого подогревателя |
δt |
°С |
Задается (подлежит уточнению) |
13,57 | |
|
5. |
Температура насыщенного пара |
|
°С |
104,57 | |
|
Давление насыщенного пара |
1,21 | ||||
|
4. |
Тепловая мощность подогревателя |
|
Гкал/ч |
Формула (2) |
39,90 |
|
Расчетное давление сетевой воды |
кгс/см 2 |
Справочник |
15 | ||
|
Расчетная потеря напора |
м |
11,30 | |||
|
Площадь теплообмена |
F р |
м2 |
344,0 | ||
|
11. |
Площадь сечения трубок одного хода сетевой воды |
|
м2 |
Паспорт, справочник |
0,079374302 |
|
Наружный диаметр трубок |
d н |
м |
Паспорт |
0,019 | |
|
19. |
Толщина стенки трубок |
|
м |
Паспорт |
0,00075 |
|
Внутренний диаметр трубок |
d вн |
м |
Паспорт |
0,0175 | |
|
20. |
Коэффициент теплопроводности материала трубки |
|
ккал/(м·ч·°С) |
Справочник |
97,163 |
|
13. |
Длина трубок между двумя соседними перегородками |
|
Паспорт, справочник |
1,61 | |
|
Максимальное количество рядов трубок по вертикали в диаметральном сечении пучка горизонтальных трубок |
|
0 | |||
|
6. |
Средне-логарифмическая разность температуры пара и воды |
|
°С |
Формула (П3.1) |
28,46 |
|
7. |
Средняя температура сетевой воды |
|
°С |
Формула (П3.2) |
76,11 |
|
10. |
Средняя плотность сетевой воды |
|
кг/м3 |
Справочник |
974,8 |
|
8. |
Температура стенки трубки |
|
°С |
Формула (П3.3) |
90,3 |
|
9. |
Скорость сетевой воды в трубках |
|
м/с |
Формула (П3.4) |
3,770 |
|
12. |
Величина |
|
Числитель формулы (П3.5) |
11 355,9 | |
|
Величина |
|
Числитель формулы (П3.6) |
7 760,4 | ||
|
15. |
Величина |
|
м -0,2 |
Числитель формулы (П3.7) |
2 514,7 |
|
14. |
Расчетный коэффициент теплоотдачи от пара к стенке |
|
ккал/(м2·ч·°С) |
5 701,7 | |
|
— вертикальные подогреватели |
|
Формула (П3.5) |
5 701,7 | ||
|
— горизонтальные подогреватели |
|
Формула (П3.6) |
- | ||
|
18. |
Расчетный коэффициент теплоотдачи от трубок к сетевой воде |
|
ккал/(м2·ч·°С) |
Формула (П3.7) |
16 060,6 |
|
21. |
Расчетный коэффициент теплопередачи |
|
ккал/(м 2 ·ч·°С) |
Формула (П3.8) |
4 075,5 |
|
22. |
Расчетная производительность (мощность) подогревателя |
|
Гкал/ч |
Формула (П3.9) |
39,900 |
|
23. |
Недогрев сетевого подогревателя |
δt |
°С |
Уточнение |
13,57 |
Таблица 2
Сводная расчёта тепловой схемы ПТ 65–12,8
|
Исходные данные: | ||||
|
1 |
Давление пара на входе в турбину |
Р0= |
13 |
МПа |
|
2 |
Температура пара на входе в турбину |
t0= |
540 |
⁰С |
|
3 |
Электромеханический КПД |
ƞэм= |
0,974731 | |
|
4 |
Давление в конденсаторе |
Рк= |
0,004927 |
МПа |
|
5 |
Давление в ПЭН-1 |
Рпэн1= |
8 |
кгс/см2 |
|
6 |
Давление в ПЭН-2 |
Рпэн2= |
19,5 |
кгс/см2 |
|
7 |
Давление пара в производственном отборе |
Рп= |
1,365 |
МПа |
|
8 |
Давление пара в теплофикационном отборе |
Рт= |
0,125069 |
МПа |
|
9 |
Мощность турбины |
N= |
50000 |
кВт |
|
10 |
Расход воды в сетевой подогреватель |
Gсв= |
1050 |
т/ч |
|
11 |
Температура воды на входе в сетевой подогреватель |
tсв1= |
53 |
⁰С |
|
12 |
Температура воды на выходе из сетевого подогревателя |
tсв2= |
91 | |
|
12 |
Давление воды в сетевом подогревателе |
Рсв= |
10 |
кгс/см2 |
|
13 |
Расход пара на производственный отбор |
Dп= |
30 |
т/ч |
|
14 |
Температра конденсата производственного отбора |
tкп= |
100 |
⁰С |
|
5 |
Давление в деаэраторе |
Рд= |
6 |
кгс/см2 |
|
16 |
Относительный КПД ЧВД |
|
0,391346 | |
|
17 |
Относительный КПД ЧСД |
|
0,885444 | |
|
18 |
Относительный КПД ЧНД |
|
0,681141 | |
Результаты расчета:
|
1 |
Расход пара на турбину |
D0= |
71,09887 |
кг/с |
|
2 |
Количество конденсата |
Gк= |
26,92551 |
кг/с |
|
3 |
Удельный расход теплоты на выработку электроэнергии |
qэ= |
7980,814 |
кДж/кВт·ч |
Поскольку температурный график ТЭЦ в расчёте составлял 78,5/53, а температура воды на выходе из подогревателя составляла 91⁰С, то количество воды, идущее помимо подогревателя, составляло по тепловому балансу:
Суммарный расход сетевой воды на ТЭЦ в рассматриваемом режиме составил 2790,8 т/ч.
Вариант 2:
Электрическая нагрузка ТЭЦ 100 МВт; расход сетевой воды на ТЭЦ 2790,8 т/ч; температура прямой сетевой воды с ТЭЦ 78,5 0 С, температура обратной сетевой воды 53 0 С, расход промышленному потребителю 60 т/ч. В данном режиме одна турбина работает на обще станционный коллектор собственных нужд с таким же давлением в теплофикационном режиме как в варианте 1. Вторая турбина берёт на себя максимальное количество тепловой нагрузки. Распределение пара промышленному потребителю равномерное.
В таблице 3 представлен поверочный расчёт сетевого подогревателя. При принятых условиях расчёта недогрев составит 13,75 0 С. Общий расчёт турбины сведён в таблице 4.
Таблица 3
Расчёт сетевого подогревателя
|
Проверочный тепловой расчет сетевого водоподогревателя (по МУ 34–70–001–82) |
Численное значение | ||||
|
N пп |
Наименование |
Обозначение |
Ед.изм |
Формула или источник информации |
Произв. |
|
Модель подогревателя |
БО-350м | ||||
|
Тип подогревателя (1 — вертикальный, 2 — горизонтальный) |
1 | ||||
|
1. |
Расчетная температура сетевой воды на входе |
|
°С |
Испытания |
53 |
|
2. |
Расчетная температура сетевой воды на выходе |
|
°С |
Испытания |
78,5 |
|
3. |
Расчетный расход сетевой воды |
|
т/ч |
Испытания |
1400 |
|
Недогрев сетевого подогревателя |
δt |
°С |
Задается (подлежит уточнению) |
13,91 | |
|
5. |
Температура насыщенного пара |
|
°С |
92,41 | |
|
Давление насыщенного пара |
0,78 | ||||
|
4. |
Тепловая мощность подогревателя |
|
Гкал/ч |
Формула (2) |
35,70 |
|
Расчетное давление сетевой воды |
кгс/см 2 |
Справочник |
15 | ||
|
Расчетная потеря напора |
м |
11,30 | |||
|
Площадь теплообмена |
F р |
м2 |
344,0 | ||
|
11. |
Площадь сечения трубок одного хода сетевой воды |
|
м2 |
Паспорт, справочник |
0,079374302 |
|
Наружный диаметр трубок |
d н |
м |
Паспорт |
0,019 | |
|
19. |
Толщина стенки трубок |
|
м |
Паспорт |
0,00075 |
|
Внутренний диаметр трубок |
d вн |
м |
Паспорт |
0,0175 | |
|
20. |
Коэффициент теплопроводности материала трубки |
|
ккал/ (м·ч·°С) |
Справочник |
97,163 |
|
13. |
Длина трубок между двумя соседними перегородками |
|
Паспорт, справочник |
1,61 | |
|
Максимальное количество рядов трубок по вертикали в диаметральном сечении пучка горизонтальных трубок |
|
0 | |||
|
6. |
Среднелогарифмическая разность температуры пара и воды |
|
°С |
Формула (П3.1) |
24,49 |
|
7. |
Средняя температура сетевой воды |
|
°С |
Формула (П3.2) |
67,92 |
|
10. |
Средняя плотность сетевой воды |
|
кг/м3 |
Справочник |
979,6 |
|
8. |
Температура стенки трубки |
|
°С |
Формула (П3.3) |
80,2 |
|
9. |
Скорость сетевой воды в трубках |
|
м/с |
Формула (П3.4) |
5,002 |
|
12. |
Величина |
|
Числитель формулы (П3.5) |
10 935,1 | |
|
Величина |
|
Числитель формулы (П3.6) |
7 517,7 | ||
|
15. |
Величина |
|
м -0,2 |
Числитель формулы (П3.7) |
2 399,3 |
|
14. |
Расчетный коэффициент теплоотдачи от пара к стенке |
|
ккал/(м2·ч·°С) |
5 675,0 | |
|
— вертикальные подогреватели |
|
Формула (П3.5) |
5 675,0 | ||
|
— горизонтальные подогреватели |
|
Формула (П3.6) |
- | ||
|
18. |
Расчетный коэффициент теплоотдачи от трубок к сетевой воде |
|
ккал/(м2·ч·°С) |
Формула (П3.7) |
19 214,5 |
|
21. |
Расчетный коэффициент теплопередачи |
|
ккал/(м 2 ·ч·°С) |
Формула (П3.8) |
4 237,7 |
|
22. |
Расчетная производительность (мощность) подогревателя |
|
Гкал/ч |
Формула (П3.9) |
35,700 |
|
23. |
Недогрев сетевого подогревателя |
δt |
°С |
Уточнение |
13,91 |
Таблица 4
Сводный расчёт тепловой схемы
|
Расчет принципиальной тепловой схемы турбины ПТ 65/75–130/13 (режим ПТ) | ||||
|
Исходные данные: | ||||
|
1 |
Давление пара на входе в турбину |
Р0= |
13 |
МПа |
|
2 |
Температура пара на входе в турбину |
t0= |
540 |
⁰С |
|
3 |
Электромеханический КПД |
ƞэм= |
0,974730902 | |
|
4 |
Давление в конденсаторе |
Рк= |
0,004926648 |
МПа |
|
5 |
Давление в ПЭН-1 |
Рпэн1= |
8 |
кгс/см2 |
|
6 |
Давление в ПЭН-2 |
Рпэн2= |
19,5 |
кгс/см2 |
|
7 |
Давление пара в производственном отборе |
Рп= |
1,365 |
МПа |
|
8 |
Давление пара в теплофикационном отборе |
Рт= |
0,079678011 |
МПа |
|
9 |
Мощность турбины |
N= |
50000 |
кВт |
|
10 |
Расход воды в сетевой подогреватель |
Gсв= |
1400 |
т/ч |
|
11 |
Температура воды на входе в сетевой подогреватель |
tсв1= |
53 |
⁰С |
|
12 |
Температура воды на выходе из сетевого подогревателя |
tсв2= |
78,5 | |
|
12 |
Давление воды в сетевом подогревателе |
Рсв= |
10 |
кгс/см2 |
|
13 |
Расход пара на производственный отбор |
Dп= |
30 |
т/ч |
|
14 |
Температра конденсата производственного отбора |
tкп= |
100 |
⁰С |
|
15 |
Давление в деаэраторе |
Рд= |
6 |
кгс/см2 |
|
16 |
Относительный КПД ЧВД |
|
0,386058123 | |
|
17 |
Относительный КПД ЧСД |
|
0,877866545 | |
|
18 |
Относительный КПД ЧНД |
|
0,682032016 | |
|
Результаты расчета: | ||||
|
1 |
Расход пара на турбину |
D0= |
69,22267027 |
кг/с |
|
2 |
Количество конденсата |
Gк= |
27,11339134 |
кг/с |
|
3 |
Удельный расход теплоты на выработку электроэнергии |
qэ= |
7989,987762 |
кДж/кВт·ч |
Расход сетевой воды через подогреватель второй турбины составит 933,3 т/ч. Расчёт параметров сетевого подогревателя представлен в таблице 5. В таблице 7 представлен сводный расчёт по турбине.
Таблица 5
Расчёт параметров сетевого подогревателя
|
Проверочный тепловой расчет сетевого водоподогревателя (по МУ 34–70–001–82) |
Численное значение | ||||
|
N пп |
Наименование |
Обозначение |
Ед.изм |
Формула или источник информации |
Произв. |
|
Модель подогревателя |
БО-350м | ||||
|
Тип подогревателя (1-вертикальный, 2-горизонтальный) |
1 | ||||
|
1. |
Расчетная температура сетевой воды на входе |
|
°С |
Испытания |
53 |
|
2. |
Расчетная температура сетевой воды на выходе |
|
°С |
Испытания |
94 |
|
3. |
Расчетный расход сетевой воды |
|
т/ч |
Испытания |
865 |
|
Недогрев сетевого подогревателя |
δt |
°С |
Задается (подлежит уточнению) |
10,59 | |
|
5. |
Температура насыщенного пара |
|
°С |
104,59 | |
|
Давление насыщенного пара |
1,22 | ||||
|
4. |
Тепловая мощность подогревателя |
|
Гкал/ч |
Формула (2) |
35,47 |
|
Расчетное давление сетевой воды |
кгс/см 2 |
Справочник |
15 | ||
|
Расчетная потеря напора |
м |
11,30 | |||
|
Площадь теплообмена |
F р |
м2 |
344,0 | ||
|
11. |
Площадь сечения трубок одного хода сетевой воды |
|
м2 |
Паспорт, справочник |
0,079374302 |
|
Наружный диаметр трубок |
d н |
м |
Паспорт |
0,019 | |
|
19. |
Толщина стенки трубок |
|
м |
Паспорт |
0,00075 |
|
Внутренний диаметр трубок |
d вн |
м |
Паспорт |
0,0175 | |
|
20. |
Коэффициент теплопроводности материала трубки |
|
ккал/ (м·ч·°С) |
Справочник |
97,163 |
|
13. |
Длина трубок между двумя соседними перегородками |
|
Паспорт, справочник |
1,61 | |
|
Максимальное количество рядов трубок по вертикали в диаметральном сечении пучка горизонтальных трубок |
|
0 | |||
|
6. |
Средне-логарифмическая разность температуры пара и воды |
|
°С |
Формула (П3.1) |
25,89 |
|
7. |
Средняя температура сетевой воды |
|
°С |
Формула (П3.2) |
78,70 |
|
10. |
Средняя плотность сетевой воды |
|
кг/м3 |
Справочник |
973,2 |
|
8. |
Температура стенки трубки |
|
°С |
Формула (П3.3) |
91,6 |
|
9. |
Скорость сетевой воды в трубках |
|
м/с |
Формула (П3.4) |
3,110 |
|
12. |
Величина |
|
Числитель формулы (П3.5) |
11 356,4 | |
|
Величина |
|
Числитель формулы (П3.6) |
7 760,7 | ||
|
15. |
Величина |
|
м -0,2 |
Числитель формулы (П3.7) |
2 550,0 |
|
14. |
Расчетный коэффициент теплоотдачи от пара к стенке |
|
ккал/(м2·ч·°С) |
5 822,1 | |
|
— вертикальные подогреватели |
|
Формула (П3.5) |
5 822,1 | ||
|
— горизонтальные подогреватели |
|
Формула (П3.6) |
- | ||
|
18. |
Расчетный коэффициент теплоотдачи от трубок к сетевой воде |
|
ккал/(м2·ч·°С) |
Формула (П3.7) |
13 965,4 |
|
21. |
Расчетный коэффициент теплопередачи |
|
ккал/(м 2 ·ч·°С) |
Формула (П3.8) |
3 982,7 |
|
22. |
Расчетная производительность (мощность) подогревателя |
|
Гкал/ч |
Формула (П3.9) |
35,465 |
|
23. |
Недогрев сетевого подогревателя |
δt |
°С |
Уточнение |
10,59 |
Таблица 6
Сводный расчёт по турбине
|
1 |
Давление пара на входе в турбину |
Р0= |
13 |
МПа |
|
2 |
Температура пара на входе в турбину |
t0= |
540 |
⁰С |
|
3 |
Электромеханический КПД |
ƞэм= |
0,974731 | |
|
4 |
Давление в конденсаторе |
Рк= |
0,004927 |
МПа |
|
5 |
Давление в ПЭН-1 |
Рпэн1= |
8 |
кгс/см2 |
|
6 |
Давление в ПЭН-2 |
Рпэн2= |
19,5 |
кгс/см2 |
|
7 |
Давление пара в производственном отборе |
Рп= |
1,365 |
МПа |
|
8 |
Давление пара в теплофикационном отборе |
Рт= |
0,138662 |
МПа |
|
9 |
Мощность турбины |
N= |
50000 |
кВт |
|
10 |
Расход воды в сетевой подогреватель |
Gсв= |
865 |
т/ч |
|
11 |
Температура воды на входе в сетевой подогреватель |
tсв1= |
53 |
⁰С |
|
12 |
Температура воды на выходе из сетевого подогревателя |
tсв2= |
94 | |
|
12 |
Давление воды в сетевом подогревателе |
Рсв= |
10 |
кгс/см2 |
|
13 |
Расход пара на производственный отбор |
Dп= |
30 |
т/ч |
|
14 |
Температра конденсата производственного отбора |
tкп= |
100 |
⁰С |
|
15 |
Давление в деаэраторе |
Рд= |
6 |
кгс/см2 |
|
16 |
Относительный КПД ЧВД |
|
0,390213 | |
|
17 |
Относительный КПД ЧСД |
|
0,883802 | |
|
18 |
Относительный КПД ЧНД |
|
0,689815 | |
|
Результаты расчета: | ||||
|
1 |
Расход пара на турбину |
D0= |
70,69242 |
кг/с |
|
2 |
Количество конденсата |
Gк= |
28,76872 |
кг/с |
|
3 |
Удельный расход теплоты на выработку электроэнергии |
qэ= |
8275,187 |
кДж/кВт·ч |
Изменение по расходу топлива можно определить по изменению расхода пара, т. к. они находятся в прямо пропорциональной зависимости, т. к. температура питательной воды была не изменой и составляла 211,48 0 С. В первом случае при работе на коллектор расход пара составил 142,18 кг/с, тогда как при работе по независимой схеме расход пара составил 139,91. Изменение составило всего 1,6 %.
Таким образом, перерасход топлива от использования общеколлекторной схемы подогрева сетевой воды составляет 2 %.
Литература:
- МУ 34–70–001–82. Методические указания по испытанию сетевых подогревателей. М.: СПО Союзтехэнерго, 1982.
