Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65/3000.
Постановказадачи.
Расчет тепловой схемы АЭС сводится к расчетустандартной турбоустановки. Расчет приведен для турбоустановки К-500-65/3000,паровой турбины с мощностью500 МВт дляодноконтурной АЭС с реактором РБМК-1000.
Конечнойцелью расчета является определение электрической мощности и КПД турбоустановкипри заданном расходе пара на турбину и заданной мощности теплофикационнойустановки.
Описание расчетной тепловой схемы.
Особенноститепловой схемы одноконтурной АЭС связаны с радиоактивностью паров. В любойсхеме таких АЭС обязательно: во-первых, включение в тепловую схему испарителядля получения нерадиактивного пара, подаваемого на уплотнения турбины;во-вторых, использование промежуточного водяного контура между греющим паром иводой теплосети. Выполнение этих решений обязательно. Оба этих условий былиреализованы в рассчитываемой тепловой схеме.
Производитсярасчет паротурбинной установки, в которой образование пара происходит в корпусереактора блока АЭС с РБМК-1000. В барабан-сепараторе происходит разделениеострого пара и воды. Острый пар подается на ЦВД турбины и двухступенчатыйпароперегреватель (ПП2).
ТурбинаК-500-65/3000 состоит из одного двухпоточного ЦВД и четырех двухпоточных ЦНД.Отборы из ЦВД и ЦНД идут на регенеративные подогреватели, а также наподогреватели сетевой воды, деаэратор и испаритель. Для уменьшения поступленияпродуктов коррозии в реакторную воду, ПВД не устанавливаются. Охладителидренажей установлены после каждого ПНД (в данной схеме пять ПНД). Используемкаскадного слива дренажей ПНД, которые сливаются в конденсатор. Конденсатныйнасос установлен по двухподъемной схеме: КН1 – после конденсатора, а КН2– перед ПНД1.
Подогревосновного конденсата, проходящего последовательно через все ПНД, происходит вследующей последовательности: ПНД1– 7 отбор,ПНД2– 6 отбор, ПНДЗ– 5 отбор, ПНД4– 4 отбор, ПНД5– 3 отбор. Такжепроисходит подогрев сетевой воды: Б1– 5 отбор,Б2 – 4 отбор, БЗ– 3 отбор, Б4– 2 отбор. Засчет2 отбора происходит деаэрация, атакже парообразование нерадиактивного пара в испарителе.
Между ЦВД иЦНД установлен сепаратор и двухступенчатый пароперегреватель. Дренаж послесепаратора сбрасывается в ПНДЗ, после ПП1 и ПП2 в деаэратор.
Отестественных примесей воды реактор одноконтурной АЭС надежно защищает100 % — ная конденсатоочистка. БОУ установленперед КН2, после КН1 установлены основной эжектор и эжектор уплотнений.
Расчетная схема ПТУ и h, s–диаграмма процесса в турбине.
Расчетнаясхема составлена на основе принципиальной схемы, разработаннойзаводом-изготовителем (ХТГЗ). Исходные данные по параметрам отборов турбиныК-500-65/3000 были взяты из[1] и сведены в табл0.4.-1. Некоторые числовыеданные были взяты из [4],проекта турбоустановки К-750-65/3000 (близкой по своим характеристикам крассчитываемой). В табл.0.4.-1представленыданные 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
i
Давление
pi, МПа
Ст. сухости
X
Энтальпия
hi, кДж/кг
Температура
Тi,°С
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 вконденсаторе: рк=0.004 МПа (hк=2416 кДж/кг).
Таблица 0.4.-2:Основные исходные данные.
Характеристика
Численное значение
Размерность
— расход пара на турбоустановку
793.1
кг/с
— давление пара перед турбоустановкой
6.59
МПа
— степень сухости пара перед турбоустановкой
0.995
-
— температура промперегрева
265.4
оС
— давление в деаэраторе
0.69
МПа
— давление в конденсаторе
0.04
МПа
— тепловая мощность, отдаваемая в теплосеть
22.2
МВт
Рис.1: Тепловая схема ПТУ К-500-65/3000.
Рис.2: Процесс расширения пара втурбине.
Таблица параметров и расходов рабочего тела.
Призаполнении таблицы используем материал изложенный в [2]. Значения параметров рабочего тела,необходимые для расчета уравнений теплового баланса элементов схемы и заданныерасходы, так же как и основные результаты расчета, удобно сводить в таблицу.Данные в строках1, 2, 3 – номераотборов, давления и энтальпии в них вносятся из табл. 0.4.-1.Давления в подогревателях (строка4)рассчитываются по давлению в отборах с учетом гидравлических потерь по формуле:
- необходимое давление в точке турбины, из которойотбирается пар на подогреватель r:
- относительная величина потери давления в паропроводеот турбины до подогревателя:
r– номер подогревателя по ходу воды, включаядеаэратор.
В стоку 5внесены температуры насыщения при этих давлениях. Строка 6 заполняется приналичии у подогревателя охладителя дренажа (указывается выбранный недогрев внем). Температура дренажа (строка 7) при отсутствии охладителя дренажа равнатемпературе насыщения в подогревателе (строка 5), в противном случаетемпература дренажа рассчитывается по формуле:
— температура среды навыходе из предыдущего подогревателя (строка 11);
— значение min температурного напора в охладителе дренажа (строка 6).
Энтальпиидренажей подогревателей (строка8)определяются по[4] на линии насыщения при давлении всоответствующем подогревателе. Давление воды за подогревателями (строка9) находят по напору питательного иконденсатного насосов с учетом гидравлических потерь по водяной сторонеподогревателя. Температура обогреваемой среды после подогревателя (строка 11) определяется по формуле:
— температура насыщения в подогревателе(строка 5);
— принятое значениеминимального температурного напора (строка 10).
Энтальпиянагреваемой воды (строка12) определяетсяпо соответствующим давлениям и температурам (строки9 и11). В строку6 и10вносятся выбранные значения с учетомиспользуемых в схеме подогревателей. В строку13вносятся рассчитанные значения расходов пара через элементы схемы.
Таблица0.4.-3: Параметры рабочего тела в элементахрасчетной схемы.
№ стр.
Параметры среды
Пр*
ПП2
ПП1
Д
И
Б4
П5+ОД
БЗ
Б2
П4+ОД
Пр**
С
Б1
ПЗ+ОД
П2+ОД
П1+ОД
К
1
2
3
4
6
6
7
8
9
10
11
12
13
14
16
16
17
1
2
3
4
5
Греющий пар
Номер отбора
Давление в отборе, МПа
Энтальпия, кДж/кг
Давление в
подогревателе, Мпа
Температура насыщения
в подогревателе, град С
6.59
2770
---
---
6.59
2770
6.29
278.4
1
2.055
2608
1.952
211.2
2
1.155
2608
0.69
164.2
2
1.155
2608
0.64
161.4
2
1.155
2608
1.09
183.7
3
0.632
2544
0.6
158.9
3
0.632
2544
0.59
158.2
4
0.348
2468
0.32
135.8
4
0.348
2468
0.33
136.8
4
0.348
2468
---
---
4
0.348
2468
0.328
136.6
5
0.142
2852
0.129
106.9
5
0.142
2852
0.135
108.2
6
0.066
2724
0.063
87.2
7
0.026
2596
0.025
65.0
К
2416
0.004
29.0
6
7
8
Дренаж греющего пара
Недогрев, град С
Температура, град С
Энтальпия, кДж/кг
---
---
---
---
278.4
1219
---
211.2
903.2
---
---
---
---
161.4
681.6
---
183.7
779.6
10
141.8
596.8
---
158.2
667.7
---
135.8
571.1
10
112.2
470.6
---
---
---
---
136.6
574.6
---
106.9
448.2
10
90.2
377.7
10
68.0
284.6
10
50
209.3
---
29.0
121.4
9
10
11
12
Обогреваемая среда на вых.
Давление, Мпа
Недогрев, град С
Температура, град С
Энтальпия, кДж/кг
---
---
---
---
0.33
13.4
265
2973
0.34
13.4
197.8
2847
0.69
---
164.2
694
0.6
---
---
2757
---
18.7
165
698
1.20
5
153.9
649.1
---
10
148.2
625.3
---
8
127.8
538.1
1.30
5
131.8
554
---
---
---
---
0.32
---
---
2728
---
6
100.9
424.2
1.40
6
102.2
428.3
1.50
7
80.2
335.7
1.60
7
58
242.7
---
---
---
---
13
Расходы пара, кг/с
1.2
42.57
36.58
6.19
6.59
2.28
36.53
2.53
3.17
44.63
0.8
96.59
2.57
16.14
19.27
25.89
769.53
Пр* — протечки острого пара через уплотнения штоковклапанов.
Пр**- протечкипара через уплотнения ЦВД.
Расчет теплоты для внешних потребителей.
Такойрасчет проводят по группам потребителей с последующим суммированием расходовтеплоты. В рассчитываемой схеме для внешнего потребления предусмотрена толькотеплофикационная установка ТУ для отпуска теплоты в тепловую сеть. Основноеколичество теплоты требует бойлерная установка с теплообменниками Б1, Б2, БЗ,Б4. Температурный график сетевой воды принят70-165 °С (70°С -температура воды, возвращаемой в ТУ; 165 °С — температура воды, направляемой втеплосеть). Значение подогрева воды в каждом сетевом подогревателе определенопараметрами соответствующего отбора турбины и минимальным температурным напором(подогревом) в подогревателе (табл.0.4.-3). Количество теплоты, отдаваемое в теплосеть, определяется поформуле:
МВт
кДж/кг– энтальпия сетевой воды на выходе из последнего (Б4)сетевого подогревателя (определяется при МПа, оС);
кДж/кг– энтальпия сетевой воды на входе в первый (Б1)сетевого подогревателя (определяется при МПа, оС).
Призаданной мощности и параметрах сетевой воды можно определить расход сетевойводы по формуле:
кг/с
В даннойсхеме 2 шт. основных подогревателей сетевой воды и2 шт. пиковых подогревателей сетевой воды типа ПН-950-42-8А [З]. Гидравлическоесопротивление при номинальном расходе воды для таких подогревателей составляет0.0147 МПа. Сетевой насос создает давление навходе в теплофикационную установку в размере2.0МПа.
Вдальнейшем расчете в обозначениях параметров, используемых в расчетныхуравнениях, будут нижние индексы-условное обозначение элементов схемы, а верхние индексы- обозначение среды.
Длялюбого(i-го) сетевого подогревателяуравнение теплового баланса имеет следующий вид:
— энтальпия сетевойводы на выходе из (i-го) сетевого подогревателя;
— энтальпия дренажа (i-го) сетевого подогревателя;
— энтальпия греющегопара;
— расход дренажагреющего пара;
— расход греющегопара;
— к.п.д., учитывающийтепловые потери.
Как видноиз расчетной схемы (рис.1),теплофикационная установка (ТУ) питается паром из отборов2, 3, 4, 5. Необходимые данные для расчетаэнтальпии берем из столбцов6, 8, 9, 13 (табл. 0.4.-3). Получаем системууравнений:
Расходыгреющих паров (строка13) рассчитываемпоследовательно по подогревателям, начиная с Б4, учитывая каскадный сливдренажей. Расчет данной системы дает следующий результат:
кг/с; кг/с; кг/с; кг/с.
Суммарныйрасход теплоты из отборов турбины на теплофикационную установку определяется поформуле:
МВт
Расходы пара на уплотнения вала турбины, штоковрегулирующего и стопорного клапанов и на эжекторы.
Т.к. впроекте отсутствуют необходимые численные значения, то эти данные возьмем изпроекта однотипной турбоустановки, близкой по мощности и параметрам крассчитываемой.
Основнойэжектор (ОЭ) питается паром из деаэратора с расходом1.9 кг/с. Кроме того, для выработки относительно чистого пара дляподачи его на уплотнения и в качестве рабочего тела на эжектор уплотнений (ЭУ)в схеме предусмотрен испаритель (И), питательной водой для которого служитконденсат после деаэратора с энтальпией кДж/кг. Расходпервичного пара из отбора2 турбины наиспаритель определяют изуравнения теплового баланса этого элемента:
кг/с — паропроизводительность И;
— относительнаявеличина продувки;
кДж/кг — энтальпия2-го отбора идущего на И;
кДж/кг — энтальпиявторичного пара, опред. по давлению в И;
кДж/кг — энтальпияпродувочной воды, опред. по давлению в И;
кДж/кг — энтальпиядренажа И;
— к.п.д. испарителя,связанный с потерями тепла в ОС.
Из расчетаполучаем расход первичного пара из отбора2турбины на испаритель:
кг/с
Определитьвеличины подогрева основного конденсата в конденсаторах пара эжекторов можно наоснове соответствующих балансных уравнений, если известен теплоперепад,срабатываемый в эжектирующих устройствах. Обычно эти величины не рассчитывают.В нашем случае принимаем кДж/кг.
Параметры рабочего тела в системе регенерации.
Напорынасосов тракта питательной воды и конденсата рассчитывают по методике главы 1 [2], причем к.п.д. насосов принимают по проектутурбоустановки или оценивают. Повышение энтальпии воды в насосах определяетсяпо следующей формуле:
кДж/кг
— необходимый напорнасоса;
— удельный объемперекачиваемой воды;
— к.п.д. насоса.
Дляпитательного насоса (ПН) при
Расчетнеобходимого напора питательного насоса:
МПа
МПа – давление рабочеготела перед турбиной;
МПа – гидравлическоесопротивление трубопроводов;
МПа – сопротивлениепитательного трубопровода;
МПа – сопротивлениерегулирующего клапана питания;
МПа – давление вдеаэраторе.
Расчетповышения энтальпии воды в ПН:
кДж/кг
м3/кг — удельный объем перекачиваемой воды ПН.
Дляконденсационного насоса 1-го подъема (КН1) при
Расчетнеобходимого напора конденсатного насоса 1-го подъема:
МПа
МПа – сопротивление охладителей эжекторов;
МПа – сопротивлениеконденсатоочистки;
МПа – сопротивление трубопроводов;
МПа – сопротивлениерегулирующего клапана уровня.
Расчетповышения энтальпии воды в КН1:
кДж/кг
м3/кг — удельный объем перекачиваемой воды КН1.
Дляконденсационного насоса 2-го подъема (КН2) при
Расчетнеобходимого напора конденсатного насоса 2-го подъема:
МПа
Сопротивлениярегенеративных подогревателей и вынесенных охладителей дренажа принимаем с учетомоборудования, используемого в паротурбинной установки типа (К-500-65/3000) [1]:
МПа – давление вдеаэраторе;
МПа – сопротивлениетрубопроводов;
МПа – геодезическийподпор;
МПа – сопротивлениеподогревателя ПНД1;
МПа – сопротивлениеподогревателя ПНД2;
МПа – сопротивлениеподогревателя ПНД3;
МПа – сопротивлениеподогревателя ПНД4;
МПа – сопротивлениеподогревателя ПНД5;
МПа – сопротивлениеохладителя дренажа ОД1;
МПа – сопротивлениеохладителя дренажа ОД2;
МПа – сопротивлениеохладителя дренажа ОД3;
МПа – сопротивлениеохладителя дренажа ОД4;
МПа – сопротивлениеохладителя дренажа ОД5.
Расчетповышения энтальпии воды в КН1:
кДж/кг
м3/кг — удельный объем перекачиваемой воды КН2.
Энтальпияконденсата на входе в первый регенеративный подогреватель (П1):
кДж/кг
Определение расходов рабочего тела по элементам схемы.
Определениерасходов рабочего тела производим на основе уравнений тепловых и материальныхбалансов. Определим порядок решения этих уравнений. В данном примере определитьрасходы греющего пара на П3, Д6 сразу не удается, т.к. эти потоки связаны свеличинами дренажей из СПП. Поэтому поступим следующим образом: обозначимрасход пара после ЦВД турбины через Х и будем решать балансные уравнения дляэлементов схемы в следующем порядке:
а)Сепаратор (С):
X-DС,