10151

20

Рис. 5. Расчетная схема двухконтурной утилизированной ПГУ с двумя ГТУ.

Необходимыми температурными напорами будем задаваться в процессе

расчета.

При проведении дальнейших расчетов будем пренебрегать зависимостью

энтальпии воды от давления.

3.2. Определение теплофизических характеристик уходящих газов

Теплоту сгорания природного газа определяем из соотношения (П.3.1):

Qрн 358,2CH4 637,46С2H6 860,05С3H8

358,2 98 673,46 15, 860,05 0,5 36490 кДж/(нм3т.г).

Расход топливного газа в камеру сгорания ГТУ определяем по соотноше-

нию (П.3.2):

21

Расход уходящих газов ГТУ

Gг Gв ρт.гBт.г 360 0,678 7,83 365,31 (кг п.с)/с.

Стехиометрический расход воздуха определяем из (П.3.3):

V0 0,0476 (2CH4 3,5С2H6 5С3H8) 0,0476 (2 98 3,5 1,5 5 0,5)

= 9,7 (нм3 воздуха)/(нм3 т.г.).

Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах ГТУ находим из (П.3.4):

Теоретические объемы чистых продуктов сгорания определяем из соот-

ношений (П.3.5) – (П.3.7):

азота

VN02 0,79 V0 0,79 9,7 7,662 (нм3п.с)/(нм3т.г);

трехатомных газов

VRO0 2 0,01 (CH4 2C2H6 3C3H8)

0,01 (98 2 1,5 3 0,5) 1,025 (нм3п.с)/(нм3т.г);

воды

VH02O 0,01 (2CH4 3C2H6 4C3H8 161, V0)

0,01 (2 98 3 1,5 4 0,5 161, 9,7) 2,181 (нм3п.с)/(нм3т.г).

Действительный объем водяных паров находим из (П.3.8):

2,181 0,0161 (3,67 1) 9,7 2,598 (нм3п.с)/(нм3т.г).

Полный объем продуктов сгорания находим из (П.3.9):

1,025 7,662 2,598 (3,67 1) 9,7 37,183 (нм3п.с)/(нм3т.г).

Теплоемкости составляющих уходящих газов РТУ при температуре θ оп-

ределяем из соотношений (П.3.10).

Для температуры θd 530 °C получаем:

22

cCO2 4,1868 (4,5784 10 11 5303 1,51719 10 7 5302 0,000250113 530

0,382325) 2,006 кДж/(кг К);

cN2 4,1868 ( 2,24553 10 11 5303 4,85082 10 8 5302 2,90598 10 6 530

0,309241) 1,331 кДж/(кг К);

cH2O 4,1868 ( 2,10956 10 11 5303 4,9732 10 8 5302 2,60629 10 5 530

0,356691) 1,597 кДж/(кг К);

cвозд 4,1868 ( 2,1717 10 11 5303 4,19344 10 8 5302 8,00891 10 6 5300,315027) 1,373 кДж/(кг К).

Энтальпию чистых продуктов сгорания в уходящих газах ГТУ определя-

ем с помощью (П.3.11)

(1,025 2,006 7,662 1,331 2,598 1,597) 530 8693,74 кДж/(нм3т.г).

Энтальпию воздуха в уходящих газах ГТУ находим из (П.3.12):

Hвозд0 V0 cвозд θd 9,7 1,373 530 7058,59 кДж/(нм3т.г)

Энтальпию уходящих газов, отнесенную к 1 нм3 сожженного топлив-

ного газа, определяем из (П.3.13):

Hг Нг0 (α 1)Нвозд0 8693,74 (3,67 1) 7058,59 27540,2 кДж/(нм3т.г).

Удельная весовая энтальпия уходящих газов ГТУ для температуры θ:

Iг Bт,гНг 7,83 27540,2 590,29 кДж/кг.

Gг 365,31

Аналогичным образом можно получить значения энтальпий для других

температур:

23

Получив эти значения, строим графики Iг (θ) и θ(Iг ) (рис. 6 и 7) и аппрок-

симируем их с помощью электронных таблиц Excel степенными функциями:

Iг 0,953 θ1,0244; θ 1,0486 Iг0,9761.

3.3Расчет котла-утилизатора

1.Выбрав температурный напор на выходе из ППВД (см. рис. 3)

δt0ВД 25 °С, из (2.1) определяем температуру пара перед СРК ВД:

t0ВД θd δt0ВД 530 25 505 °С.

Энтальпия пара перед СРК h0ВД = 3428,5 кДж/кг. 2. Давление пара в барабане ВД следует из (2.5):

pбВД (1 0,05) 6,5 6,83 МПа,

температура насыщения в нем tsВД 284,2 °С, энтальпия насыщенного пара hs(pбВД) 2773,4 кДж/кг.

3. Выбираем значение недогрева питательной воды, поступающей в бара-

бан ВД, tБВД = 7 °С. Тогда согласно (2.8) энтальпия недогретой воды

h1 4,19 (284,2 7) 1161,6 кДж/кг.

4. Температуру газов за ИВД (см. рис. 3) определяем по (2.2):

θВДs tsВД δtsВД 284,2 8 292,2 °С,

где δtsВД 8 °С – принятый температурный напор в пинч-точке ВД.

5. По θd 530 °Си θВДs находим энтальпии газов соответственно на входе в КУ и выходе из ИВД (см. рис. 2)

Id 0,953 5301,0244 588,63 кДж/кг, IsВД 319,84 кДж/кг.

6. Из уравнения (2.9) определяем расход пара ВД, генерируемого одной котельной установкой КУ:

D0ВД 363,31 (588,63 319,84) 43,32 кг/с. (3428,5 1161,6)

24

Рис. 6. Зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры.

Рис. 7. Зависимость температуры продуктов сгорания от энтальпии.

7.Параметры питательной воды в деаэраторе, из которого она поступает

вконтур ВД, соответствуют давлению рд = 0,55 МПа:

-температура насыщения ts(pд) 155,5 °С;

-энтальпия насыщенной воды hд hs(pд) 655,7 кДж/кг.

25

По соотношению (2.11) найдем энтальпию газов за контуром ВД КУ

IухВД 319,84 43,32 (1161,6 655,7) 259,85 кДж/кг, 365,31

которой соответствует температура θВДух = 238,57 °С.

8. Энтальпия газов за ППВД по соотношению (2.12):

IППВД 588,63 43,32 (3428,5 2773,4) 510,95 кДж/кг, 365,31

а температура θВДПП = 461,61 °С.

9. Определяем тепловые мощности поверхностей нагрева контура ВД.

Тепловые мощности ППВД, ИВД и ЭВД (см. рис. 2):

QППВД Gг(Id IППВД) 365,31 (588,63 510,95) 28377 кВт;

QИВД Gг(IППВД IsВД) 365,31 (510,95 319,84) 69184 кВт;

QЭВД Gг (IsВД IухВД ) 365,31 (319,84 259,85) 21915 кВт.

Переходим к расчету контура НД КУ.

10. Выбрав температурный напор на выходе из ППВД (см. рис. 3)

δt0НД 23,57 °С, находим температуру пара перед СРК НД

t0НД θВДух δt0НД 238,57 23,57 215 °С.

Так как давление пара перед СРК НД p0НД 0,6МПа, то энтальпия

h0НД 2883,1кДж/кг.

11. Давление в барабане НД находим из соотношения (2.6):

pбНД (1 0,05) 0,6 0,63 МПа.

hs (pбНД ) 2758,6 кДж/кг.

12. Энтальпия недогретой воды, поступающей в барабан НД из де-

аэратора, hд hs(pд) 655,7 кДж/кг.

26

13. Приняв температурный напор в пинч-точке НД δtsНД 9,2 °С находим в ней температуру газов (см. рис. 3):

θНДs 160,8 9,2 170 °С,

которой соответствует энтальпия IухНД 183,64кДж/кг. 14. Паропроизводительность контура НД

18. По заданному давлению в конденсаторе рк = 5 кПа определяем темпе-

ратуру конденсата tк = 32,9 °С, энтальпию конденсата, поступающего к точке смешения с рециркуляцией (см. рис. 1) hк 137,8кДж/кг, энтальпию конденси-

рующегося пара hк = 2560,8 кДж/кг и удельный объем пара νк 28,19 м3 /кг.

19. По аналогии с (2.14), используя рис. 5, определяем расход рециркуля-

ции (для одного КУ):

27

20. Расход конденсата через ГПК

аих температура θКУух = 104,1 °С.

22.При температуре наружного воздуха tн.в. = 15 °С энтальпия уходящих газов Iнв = 15,27 кДж/кг, и тогда КПД КУ по соотношению (2.16):

атемпература газов за ППНД (см. рис. 3) θНДПП = 234,75 °С.

24.Тепловые мощности ППНД, ИНД и ГПК (см. рис. 3):

QППНД Gг(IухВД IППНД ) 365,31 (259,85 255,59) 1556 кВт;

QИНД Gг(IППНД IухНД ) 365,31 (255,59 183,64) 26284 кВт;

QГПК Gг(IухНД IухКУ) 365,31 (183,64 111,1) 26500 кВт.

25. Тепловая мощность, отданная газами ГТУ в паротурбинный цикл,

Qгаз 2Gг (Id IухКУ) 2 365,31 (588,63 111,1) 348893 кВт;

2 43,32 3428,5 (2 12,5 1,76) 2883,1 2 43,32 12,5) 1,76 137,8

348907 кВт.

Разница полученных величин ничтожна, что свидетельствует о пра-

вильности расчетов. В дальнейшем будем считать, что тепловая мощность каж-

дого КУ равна среднему значению QКУ = 348900/2 = 174450 кВт.

Построенная тепловая диаграмма КУ показана на рис. 8.

28

3.4.Приближенный расчет паровой турбины

26.Суммарный объемный расход, проходящий через последние ступени паровой турбины

(Dv) 2 D0ВД D0НД Dд vк 2 43,32 12,5 1,76 28,19 3098 м3,

где vк = 28,19 м3/кг – удельный объем пара за последней ступенью.

Пользуясь рисунком из прил. 4, выбираем двухпоточный ЦНД с рабочей лопаткой последней ступени длиной lz = 1 м и корневым диаметром dк = 1800 мм.

При объемном расходе пара через один поток 1549 м3 «сухой» КПД последней ступени составляет 0,84, а потеря с выходной скоростью Hв.с. = 16 кДж/кг.

Таким образом, паровая турбина для рассматриваемой ПГУ должна быть двухцилиндровой с ЦВД и двухпоточным ЦНД. Продольный разрез прототипа такой турбины показан на рис. 9. Поступив во внутренний корпус ЦВД, пар проходит 1-й отсек и поступает в поворотную камеру с давлением рпк. В ней он разворачивается на 180°, проходит между внутренним и внешним корпусом ЦВД и поступает во 2-й отсек, за которым расположена камера смещения и поддерживается давление рсм. После камеры смешения пар расширяется в 3-м (последнем в ЦВД) отсеке и поступает на вход двухпоточного ЦНД с давлени-

ем p0ЦНД .

27. Исходя из количества ступеней в 1-ом и 2-ом отсеках и давлений пе-

ред СРК ЦВД (и ЧСД), принимаем давление рпк = 1,8 МПа. Давление перед ЦНД оценим в p0ЦНД = 0,16 МПа.

28. Принимаем потерю давления в СРК НД ξНДСРК 0,03 и по соотношению

(2.20) находим давление в камере смешения:

pсм (1 ξНДСРК ) р0НД (1 0,03) 0,6 0,58 МПа.

29

Рис. 8. Тепловая диаграмма θ, t Q для котла утилизатора ПГУ (к примеру расчета).

29. Аналогично давление пара перед проточной частью ЦВД

p0ВД (1 ξСРКВД ) р0ВД (1 0,03) 6,5 6,3 МПа,

где, как и в предыдущем случае потеря давления в СРК ВД ξСРКВД = 0,03.

По этому давлению и энтальпии перед СРК ВД h0ВД = 3428,5 кДж/кг опре-

делим все параметры перед проточной частью ЦВД: температура t0 = 504 °С,

удельный объем v0 = 0,05412 м3/кг, энтропия s0 = 6,868 кДж/(кг·К).