Включение турбинного привода в тепловую схему турбины

Для привода питательных насосов применяют турбины конденсационного типа или с противодавлением. Конденсационные приводные турбины имеют обычно свой конденсатор, эжекторную установку, конденсатные насосы и т.д.Отработавший пар конденсационной паровой турбины в некоторых случаях отводят непосредственно в конденсатор главной турбины.

Питание приводной турбины свежим паром не выгодно, т.к. из-за высоких параметров её КПД низок. Отработавший пар турбопривода питательного насоса с противодавлением смешивается в главной турбине с основным потоком пара, и в последующих ступенях работает объединённый поток пара.

Подпор перед питательным насосом

1)Для питательных насосов с электрическим приводом (частота вращения ротора <3000об/мин)

На всас питательного насоса вода поступает при температуре насыщения t_нас, при этом давление снижается и во всасывающем патрубке питательного насоса возможно закипание воды, в результате которого образуются паровые пузыри, которые должны исчезать за первой ступенью. В результате закипания происходит явление кавитации, которое приводит к разрушению рабочих дисков.

Высота подпора:

Рд=1,2 атм h=6м

Рд=2,5 атм h=9м

Рд=6 атм h=12м

2)Для питательных насосов с турбинным приводом (частота вращения ротора 15000об/мин)

В связи с увеличением частота вращения ротора уменьшается кавитационный запас насоса. Необходимым условием отсутствия кавитации является превышение с некоторым запасом давления воды на входе в насос над давлением насыщенного пара при данной температуре. Решение задачи привело к разделению давлении, создаваемого питательным насосом в одноподъёмной схеме, между бустерным и главным питательными насосами.

Бустерный насос рассчитывают на давление воды за ним примерно 2 МПа и на пониженную частоту вращения, что обеспечивает его бескавитационную работу. Повышение воды за счёт работы бустерного насоса надёжно защищает питательную установку от процессов кавитации.

Установка деаэраторов питательной воды на определённую отметку (выше питательных насосов на 12-15 м ) также увеличивает кавитационный запас насосов.

Определение напора, создаваемого питательными насосами

1) Для барабанных котельных агрегатов

Рб - рабочее давление в паровом котле;

Рд- давление в деаэраторе;

- высота подъёма воды из деаэратора в барабан парового котла;

- средняя плотность питательной воды;

- суммарное гидравлическое сопротивление оборудования (ПВД и экономайзера парового котла)

2) Для прямоточных котельных агрегатов

Давление, создаваемое конденсационными насосами

Лекция 13

Струйные аппараты

Эжектором (инжектором) называется струйный аппарат для всасывания (нагнетания) эжектируемой среды с помощью эжектирующей (рабочей) среды, находящейся при относительно большем давлении.

В зависимости от рода участвующих в процессе сред различают жид- костно - жидкостные (например, применяемые для регулирования температуры воды в тепловых сетях элеваторы-смесители, устанавливаемые в теплопунктах, рис. 2.14); жидкостно - газовые, используемые в энергетике в качестве воздухоотсасывающих устройств конденсаторов, в схемах вакуумной деаэрации воды, для создания вакуума в различных емкостях; газо - газовые, газожидкостные, а также парожидкостные и парогазовые эжекторы. Подсасываемой средой могут быть неоднородные смеси (эмульсии и суспензии).

Рис. 1: Водоструйный элеватор в схеме тепловой сети: 1- водоструйный элеватор; 2 - отопительный прибор (радиатор); 3 - воздухосборник; 4 - грязевик; 5 - регулятор расхода; 6 - регулятор давления „до себя"

Независимо от назначения эжектора в нем всегда имеются следующие конструктивные элементы ( рис.2.15): сопло высоконапорной (эжектирую- щей) среды 1; сопло низконапорной (эжектируемой) среды 2; смесительная камера 3, которая заканчивается диффузором 4 (реже конфузором, цилиндром или соплом). Рис. 2: Принципиальная схема эжектора Физические процессы, происходящие в газоструйных аппаратах, можно пояснить простейшей схемой. Эжектирующий поток вещества с параметрами торможения p01,Р01, T01 вытекает из сопла в камеру смешения со скоростью vi имея на срезе сопла параметры p1, р1, T1, - происходит преобразование потенциальной энергии и теплоты в кинетическую энергию потока рабочей среды, движущейся с большой скоростью. Струя этого вещества в камере смешения увлекает эжектируемую среду с исходными параметрами po2, Р02, Т)2- Назначение сопел — с минимальными потерями подвести газы к входу в смесительную камеру. Взаимное расположение, число и форма сопел не оказывают, однако, существенного влияния на конечные параметры смеси газов. Важным является лишь соотношение между величинами поперечных сечений потоков эжектирующего и эжектируемого газов на входе в камеру, т.е. отношение суммарных площадей потоков. Если падение давления в сопле эжектирующего газа значительно превышает критическую величину, то в ряде случаев оказывается выгодным применение сверхзвукового сопла. Однако и при больших сверхкритических отношениях давлений можно использовать эжектор с нерасширяющимся соплом, в котором скорость истечения эжектирующего газа не превышает скорость звука. Это наиболее распространенный тип эжектора, эффективно работающий в широком диапазоне изменения параметров газов. В результате интенсивного турбулентного обмена смесь потоков становится однородной и характеризуется параметрами p3, T3[19]. Форма камеры смешения оказывает заметное влияние на процесс смешения сред. Длина камеры выбирается такой, чтобы в ней успел завершиться процесс смешения потоков, однако по возможности короткой с тем, чтобы не увеличивать гидравлические потери и сократить общие габариты эжектора. Если смесительная камера не цилиндрическая, как предполагалось, а имеет переменную по длине площадь сечения, то можно получить произвольное изменение статического давления по длине. Затем происходит обратное преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию (в диффузоре) или теплоту. Диффузор устанавливается на выходе из смесительной камеры в тех случаях, когда желательно повысить статическое давление смеси газов на выходе из эжектора или когда при заданном давлении на выходе желательно получить низкое статическое давление в камере смешения и во входном сечении эжектора. Следует отметить, что эжектор может работать и без диффузора. В этом случае конечное сечение камеры смешения одновременно является выходным сечением эжектора. При этом статическое давление смеси по длине камеры возрастает за счет выравнивания поля скоростей, так что во входном сечении камеры существует пониженное давление по сравнению с давлением на выходе из нее. Расчет эжектора заключается в определении параметров смеси газов на выходе из смесительной камеры по их значениям до смешения и геометрических размеров проточной части аппарата. В основе расчета термодинамических параметров — модель одномерного адиабатно изолированного потока идеального газа и соответствующие уравнения баланса (аналитические формы законов сохранения) массы, импульса (количества движения) и энергии. При отсутствии теплообмена закон сохранения энергии выражается в виде равенства изменения суммы кинетической и внутренней энергии потоков работе сил давления (потенциальной энергией положения и работой сил трения пренебрегаем). Аналитические выражения указанных законов сохранения в одномерном приближении приобретают вид G1 + G2 = G3; G1 V1 + G2 V2 = G3 V3; Cp1 T1 + V11 + G2 CP3 T3 + V3   (2.98) G1 Cp2 T2 + V2 I + Q = G3 При одинаковой для исходных сред и их смеси теплоемкости cp последнее соотношение можно записать в параметрах заторможенного потока (2.99) G1T01 + G2 T02 + Q = G3 T03, Q ной камере путем теплопередачи через стенки камеры или выделяющееся вследствие химических превращений (фазовых переходов) в потоке. Замечательным является тот факт, что для определения параметров потока на выходе из камеры при решении системы уравнений (2.98) анализировать сам процесс смешения необязательно. Нет необходимости также предварительно вычислять потери, возникающие в процессе смешения, и анализировать механизм процесса передачи энергии. Отношение масс эжектируемого и эжектирующего газов называется коэффициентом эжекции

Выполняя роль вентиляторов, компрессоров, насосов, эжекторы не имеют механического привода и движущихся частей. Благодаря этому качеству использование струйных аппаратов во многих отраслях техники позволяет получать более простые и надежные технические решения по сравнению с применением механических нагнетателей. Обычно давление смешанного потока на выходе из струйного аппарата выше давления инжектируемого потока перед аппаратом, но ниже исходного давления рабочего потока. Исключение оставляют пароводяные инжекторы, в которых давление смешанного потока может превышать давление рабочего потока.

Лекция 14

Аккумуляторы и баки

Рисунок 1 – Принципиальная схема включения бака-аккумулятора и когенерационной установки

Использование БА направлено на увеличение производства электроэнергии в пиковый и полупиковый периоды суточного графика электрических нагрузок и снижения в период ночного минимума. Поэтому зарядка БА осуществляется в часы максимальных нагрузок энергосистемы в различных режимах работы ТЭЦ.

Существует четыре основных режима работы ТЭЦ с КГУ и БА в различных зонах суточного графика:

1. Режим одновременной выдачи тепловой энергии в сеть и зарядки бака-аккумулятора в часы пиковых и полупиковых нагрузок энергосистемы.

Задвижки 3 и 9 закрыты, остальные – открыты, а задвижка 6 осуществляет регулирование температуры подачи воды в соответствии с температурным графиком.

2. Режим удовлетворения нагрузки отопления только от бака-аккумулятора в часы ночного минимума нагрузок энергосистемы.

Задвижки 2, 5, 7, 8 – закрыты, остальные – открыты.

3. Режим, когда КГУ осуществляет пиковый догрев сетевой воды после бака-аккумулятора в часы ночного минимума и полупиковых нагрузок.

Задвижки 2, 5, 9 – закрыты, остальные – открыты. Преимуществом данного режима является возможность разрядки бака до температуры обратной сетевой воды τ_о2, что повышает его тепловую емкость.

4. Режим удовлетворения нагрузки отопления только от когенерационной установки в часы пиковых-полупиковых нагрузок энергосистемы.

В зависимости от температурного графика мини-ТЭЦ (95/70 или 84/60) бак-аккумулятор может быть спроектирован на самостоятельное выполнение нагрузки отопления в ночное время (с 23.00 до 7.00), либо на покрытие ним части ночной нагрузки отопления, а части – когенерационной установкой ТЭЦ.

Если бак-аккумулятор самостоятельно выполняет нагрузку отопления, то предельная температура охлаждения бака равна температуре сетевой воды в подающей линии. В таком случае тепловая емкость бака-аккумулятора будет определяться выражением:

В системах горячего водоснабжения (ГВС) баки-аккумуляторы получили широкое распространение. Это связано с тем, что бак-аккумулятор берет на себя пиковые нагрузки ГВС, при этом источник тепловой энергии продолжает работать в некотором среднем, постоянном режиме. В таком режиме использования бака-аккумулятора необходимая мощность источника определяется не пиковыми нагрузками потребителей горячей воды, а средними, что позволяет снизить капитальные затраты и повысить коэффициент использования установленной мощности. Производство электроэнергии на базе выполнения нагрузки горячего водоснабжения для такой схемы будет происходить в постоянном режиме. Таким образом, мини-ТЭЦ будет конкурировать с мощностями, также производящими электроэнергию в базовом режиме.

Выдача электрической нагрузки в энергосистему должна регулироваться в соответствии с требованиями энергосистемы. А применение бака-аккумулятора целесообразно для покрытия минимальных ночных нагрузок горячего водоснабжения.

Потребление горячей воды характеризуется коэффициентами часовой, суточной, недельной и сезонной неравномерности.

Коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды зависит от характеристики и количества потребителей, и в большинстве случаев колеблется от 2,35 до 4,45.

Поскольку в часы утреннего пика энергосистемы потребление горячей воды ниже, чем в часы вечернего пика, то избытка тепловой мощности когенерационных установок достаточно для необходимой зарядки бака-аккумулятора.

Коэффициент суточной неравномерности может быть снижен за счет увеличения объема бака-аккумулятора. Тогда тепловая энергия, накопленная во время утреннего «пика» и дневного «полупика» будет также использована для покрытия дефицита горячей воды, вызванного суточной неравномерностью. Увеличение объема бака-аккумулятора также расширяет диапазон выдачи электрической мощности в энергосистему в часы пиковых и полупиковых нагрузок суточного графика.

Коэффициент недельной неравномерности расхода горячей воды находится в пределах 1,7-2,0. Однако этот коэффициент характеризует среднесуточное увеличение потребления горячей воды в выходные и праздничные дни и достигается, главным образом, за счет значительного увеличения потребления в дневные часы. Таким образом, 20-30% запаса объема бака-аккумулятора позволит обеспечить возможный дефицит мощности КГУ для производства горячей воды в часы вечернего пика водопотребления. Коэффициент сезонной неравномерности, принимаемый обычно 0,8, учитывает снижение потребления горячей воды в летнее время.

Таким образом, расчетная тепловая мощность когенерационных установок будет определяться пиковым суточным потреблением горячей воды в зимний период.

От значений установленной тепловой мощности когенерационных установок, объема бака-аккумулятора, а также возможности потребителя получать горячую воду от альтернативного источника, зависит эффективность внедрения когенерации при покрытии нагрузки горячего водоснабжения.

Лекции 15-18

Трубопроводы и арматура

Назначение трубопроводов: обеспечение транспортировки воды, пара, масла, газа, воздуха, топлива.

Трубопроводы подразделяются на главные и вспомогательные.

Главные – паропроводы острого пара, линия питательной воды, линия основного конденсата.

Назначение – обеспечение технологического процесса.

Вспомогательные – аварийные, резервные линии, дренажные, пусковые схемы.

Назначение – обеспечение работоспособности схемы.

Трубопроводы обеспечивают связи в тепловой схеме, а режим работы обеспечивается арматурой.

По массе трубопроводы составляют 8 % от всего технологического оборудования - на КЭС и на ТЭС – 12 %.

По стоимости трубопроводы составляют 15 % от стоимости всего тепломеханического оборудования, по трудозатратам на монтаж так же около 15 %.