Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65 (3000 (Часть пояснительной к диплому)
Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65 (3000 (Часть пояснительной к диплому)
Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65/3000.
Постановка задачи.
Расчет тепловой схемы АЭС сводится к расчету стандартной турбоустановки.
Расчет приведен для турбоустановки К-500-65/3000, паровой турбины с
мощностью 500 МВт для одноконтурной АЭС с реактором РБМК-1000.
Конечной целью расчета является определение электрической мощности и КПД
турбоустановки при заданном расходе пара на турбину и заданной мощности
теплофикационной установки.
Описание расчетной тепловой схемы.
Особенности тепловой схемы одноконтурной АЭС связаны с радиоактивностью
паров. В любой схеме таких АЭС обязательно: во-первых, включение в тепловую
схему испарителя для получения нерадиактивного пара, подаваемого на
уплотнения турбины; во-вторых, использование промежуточного водяного
контура между греющим паром и водой теплосети. Выполнение этих решений
обязательно. Оба этих условий были реализованы в рассчитываемой тепловой
схеме.
Производится расчет паротурбинной установки, в которой образование пара
происходит в корпусе реактора блока АЭС с РБМК-1000. В барабан-сепараторе
происходит разделение острого пара и воды. Острый пар подается на ЦВД
турбины и двухступенчатый пароперегреватель (ПП2).
Турбина К-500-65/3000 состоит из одного двухпоточного ЦВД и четырех
двухпоточных ЦНД. Отборы из ЦВД и ЦНД идут на регенеративные подогреватели,
а также на подогреватели сетевой воды, деаэратор и испаритель. Для
уменьшения поступления продуктов коррозии в реакторную воду, ПВД не
устанавливаются. Охладители дренажей установлены после каждого ПНД (в
данной схеме пять ПНД). Используем каскадного слива дренажей ПНД, которые
сливаются в конденсатор. Конденсатный насос установлен по двухподъемной
схеме: КН1 – после конденсатора, а КН2 – перед ПНД1.
Подогрев основного конденсата, проходящего последовательно через все ПНД,
происходит в следующей последовательности: ПНД1 – 7 отбор, ПНД2 – 6 отбор,
ПНДЗ – 5 отбор, ПНД4 – 4 отбор, ПНД5 – 3 отбор. Также происходит подогрев
сетевой воды: Б1 – 5 отбор, Б2 – 4 отбор, БЗ – 3 отбор, Б4 – 2 отбор. За
счет 2 отбора происходит деаэрация, а также парообразование нерадиактивного
пара в испарителе.
Между ЦВД и ЦНД установлен сепаратор и двухступенчатый пароперегреватель.
Дренаж после сепаратора сбрасывается в ПНДЗ, после ПП1 и ПП2 в деаэратор.
От естественных примесей воды реактор одноконтурной АЭС надежно защищает
100 % - ная конденсатоочистка. БОУ установлен перед КН2, после КН1
установлены основной эжектор и эжектор уплотнений.
Расчетная схема ПТУ и h, s – диаграмма процесса в турбине.
Расчетная схема составлена на основе принципиальной схемы, разработанной
заводом-изготовителем (ХТГЗ). Исходные данные по параметрам отборов турбины
К-500-65/3000 были взяты из [1] и сведены в табл 0.4.-1. Некоторые числовые
данные были взяты из [4], проекта турбоустановки К-750-65/3000 (близкой по
своим характеристикам к рассчитываемой). В табл. 0.4.-1 представлены данные
о параметрах пара в отборах турбины. По таблице построена h, s – диаграмма
процесса расширения пара в турбине (рис.2). В табл. 0.4.-2 представлены
основные исходные данные.
Таблица 0.4.-1: Параметры пара в отборах турбины К-500-65/3000.
|Отбор |Давление |Ст. сухости |Энтальпия |Температура |
|i |pi, МПа |X |hi, кДж/кг |Тi,°С |
|0 |6.59 |0.995 |2770 |281.8 |
|1 |2.055 |0.900 |2608 |213.8 |
|2 |1.155 |0.880 |2544 |186.3 |
|3 |0.632 |0-.860 |2468 |160.9 |
|4 |0.348 |0.849 |2390 |138.7 |
|5 |0.142 |- |2852 |189.3 |
|6 |0.066 |- |2724 |122 |
|7 |0.026 |0.990 |2596 |65.9 |
Давление в конденсаторе: рк=0.004 МПа (hк=2416 кДж/кг).
Таблица 0.4.-2: Основные исходные данные.
|Характеристика |Численное |Размерность |
| |значение | |
|[pic] - расход пара на турбоустановку |793.1 |кг/с |
|[pic] - давление пара перед турбоустановкой |6.59 |МПа |
|[pic] - степень сухости пара перед |0.995 |- |
|турбоустановкой | | |
|[pic] - температура промперегрева |265.4 |оС |
|[pic] - давление в деаэраторе |0.69 |МПа |
|[pic] - давление в конденсаторе |0.04 |МПа |
|[pic] - тепловая мощность, отдаваемая в |22.2 |МВт |
|теплосеть | | |
Рис. 1: Тепловая схема ПТУ К-500-65/3000.
Рис. 2: Процесс расширения пара в турбине.
Таблица параметров и расходов рабочего тела.
При заполнении таблицы используем материал изложенный в [2]. Значения
параметров рабочего тела, необходимые для расчета уравнений теплового
баланса элементов схемы и заданные расходы, так же как и основные
результаты расчета, удобно сводить в таблицу. Данные в строках 1, 2, 3 –
номера отборов, давления и энтальпии в них вносятся из табл. 0.4.-1.
Давления в подогревателях (строка 4) рассчитываются по давлению в отборах с
учетом гидравлических потерь по формуле:
- необходимое давление в точке турбины, из которой отбирается пар на
подогреватель r:
[pic]
- относительная величина потери давления в паропроводе от турбины до
подогревателя:
[pic]
r – номер подогревателя по ходу воды, включая деаэратор.
В стоку 5 внесены температуры насыщения при этих давлениях. Строка 6
заполняется при наличии у подогревателя охладителя дренажа (указывается
выбранный недогрев в нем). Температура дренажа (строка 7) при отсутствии
охладителя дренажа равна температуре насыщения в подогревателе (строка 5),
в противном случае температура дренажа рассчитывается по формуле:
[pic]
[pic] - температура среды на выходе из предыдущего подогревателя
(строка 11);
[pic] - значение min температурного напора в охладителе дренажа (строка
6).
Энтальпии дренажей подогревателей (строка 8) определяются по [4] на линии
насыщения при давлении в соответствующем подогревателе. Давление воды за
подогревателями (строка 9) находят по напору питательного и конденсатного
насосов с учетом гидравлических потерь по водяной стороне подогревателя.
Температура обогреваемой среды после подогревателя (строка 11) определяется
по формуле:
[pic]
[pic] - температура насыщения в подогревателе (строка 5);
[pic] - принятое значение минимального температурного напора (строка
10).
Энтальпия нагреваемой воды (строка 12) определяется по соответствующим
давлениям и температурам (строки 9 и 11). В строку 6 и 10 вносятся
выбранные значения [pic] с учетом используемых в схеме подогревателей. В
строку 13 вносятся рассчитанные значения расходов пара через элементы
схемы.
Таблица 0.4.-3: Параметры рабочего тела в элементах расчетной схемы.
|[pic] - расход пара после ЦВД |615.36 |кг/с |
|[pic] - расход пара через С |96.59 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПП1 |36.58 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПП2 |42.57 |кг/с |
|[pic] - расход конденсата после ПНД5 |717.47 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара от 2-го отбора |6.19 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПНД5 |36.53 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПНД4 |44.63 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПНД3 |16.14 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПНД2 |19.27 |кг/с |
|[pic] - расход греющего пара через ПНД1 |25.89 |кг/с |
|[pic] - энтальпия питательной воды |698.93 |кДж/кг |
Баланс всех полученных расходов проверяем на основе уравнения материального
баланса конденсатора. Расход рабочего тела после конденсатора запишем в
следующем виде:
[pic] кг/с
[pic] кг/с;
[pic] кг/с – конденсат после ХВО, сбрасываемый в конденсатор;
[pic] кг/с – дренаж после ЭУ;
[pic] кг/с – дренаж после ОЭ;
[pic] кг/с – протечки уплотняющей воды через ПН;
[pic] кг/с – протечки уплотняющей воды через ГЦН;
[pic] кг/с – расход пара за ЦНД;
[pic] кг/с – расход пара уплотнения ЦНД;
[pic] кг/с – протечки пара через уплотнения ЦНД.
Зная [pic], определим расход основного конденсата через ПНД:
[pic] кг/с
[pic] кг/с – расход связанный с подсосом уплотняющей воды ПН;
[pic] кг/с – расход связанный с подсосом уплотняющей воды ГЦН.
Данный результат совпадает с величиной, полученной в ходе решения системы
уравнений [pic] кг/с.
Температура питательной воды [pic] oC определяем по энтальпии питательной
воды [pic] кДж/кг и по давлению за деаэратором, которое складывается из
[pic] МПа.
Внутренняя мощность турбины [4].
Внутреннюю мощность турбины определяют как сумму мощностей отсеков турбины
(количество отсеков турбины К-500-65/3000 равно 8) табл. 0.9.-1.
Таблица 0.9.-1: Внутренняя мощность турбины.
|Расход пара через отсек турбины Di, |Теплоперепад Hi, кДж/кг|Di(Hi, |
|кг/с | |кВт |
|[pic] |[pic] |121391 |
|[pic] |[pic] |45616 |
|[pic] |[pic] |53025 |
|[pic] |[pic] |51373 |
|[pic] |[pic] |62123 |
|[pic] |[pic] |63476 |
|[pic] |[pic] |61010 |
|[pic] |[pic] |81441 |
|[pic] кВт |
Расчет мощности на клеммах генератора:
[pic] кВт
[pic] кВт – расход мощности на вращение самого турбогенератора;
[pic] – к.п.д. генератора (принимаем).
Гарантированная эл. мощность (по методике завода-изготовителя):
[pic] кВт
Расход электроэнергии на привод насосов конденсатно-питательного тракта.
К.п.д. электроприводов всех насосов принимаем следующим [pic].
Расход электроэнергии на привод конденсатного насоса 1-го подъема:
[pic] кВт
Расход электроэнергии на привод конденсатного насоса 2-го подъема:
[pic] кВт
Расход электроэнергии на привод питательного насоса:
[pic] кВт
Суммарный расход электроэнергии на собственные нужды турбоустановки:
[pic] кВт
Показатели тепловой экономичности.
Расход теплоты на производство электроэнергии турбоустановки:
[pic] кВт
Суммарный расход теплоты на внешнее потребление:
[pic] кВт
[pic] кВт – количество теплоты, отдаваемое в теплосеть;
[pic] кВт – расход теплоты на подогрев доб. воды;
[pic] кг/с – расход добавочной воды;
[pic] кДж/кг – энтальпия добавочной воды (tнач(28 0С).
Удельный расход теплоты брутто по турбоустановке:
[pic]
Электрический к.п.д. брутто турбоустановки:
[pic]
Электрический к.п.д. нетто турбоустановки:
[pic]
Заключение.
В ходе проведенного расчета были определены: электрическая мощность и КПД
турбоустановки при заданном расходе пара на турбину и заданной мощности
теплофикационной установки.
-----------------------
X, h4
DС, hСдр
X-DС, hС0
DПП1, h1
X-DС, hС0
hПП1др
hПП10
DПП2, h0
X-DС, hПП0
hПП1др
hПП20
DД6, h2
DДк, hДк
DОЭ, hОЭ
DП5к, hП5к
DПП1, hПП1др
DПП2, hПП2др
DИ, hИдр
DП5, h3
DП5к, hП5к
DП5+DИ, hП5др
hП4к
DП5+DИ, hП5др
DП4, h4
DП5к, hП4к
DП5+DИ+DП4, hП4др
hП3к
DП5+DИ+ DП4, hП4др
DП3, h5
DП5к, hП3к
DП5+DИ+DП4+DП3+DC, hП3др
hП2к
DБ1+DБ2+ DБ3+ DБ4, hБ1др
DП5+DИ+ DП4+ DП3+ DС, hП3др
DП2, h6
DП5к, hП2к
DП5+DИ+DП4+DП3+DC+ DП2, hП2др
hП1к
DП5+DИ+ DП4+DП3+DC+DП2+( DБi, hП2др
DП1, h7
DП5к, hП1к
DП5+DИ+DП4+DП3+DC+DП2+ DП1+( DБi, hП1др
hвх П1к
[pic] |
