4. Парогазовые установки с полузависимой схемой

4.1. Расчет тепловой схемы пгу и газоводяного теплообменника в парогазовой установке с полузависимой схемой

На рисунке 4.1. приведена принципиальная тепловая схема одного из вариантов установки.

Рис. 4.1. Принципиальная тепловая схема ПГУ с полузависимой схемой:

ТО-ВД, ТО-НД – теплообменники соответственно высокого и низкого давления; ПК – энергетический паровой котел; П1 – П8 – регенеративные подогреватели; БОУ – блочная обессоливающая установка

В данной установке использованы ГТУ типа ГТЭ-115-1170 и паровая турбинная установка типа К-340/400-23,5-6 производства АО «Турбоатом» (г. Харьков). Последняя рассчитана на работу с отключенными ПВД и с обводом части основного конденсата мимо ПНД.

Конденсат и питательная вода подогреваются в КУ (газоводяном теплообменнике, установленном за ГТУ). Энергоблок представляет собой одну ГТУ и одну ПГУ. При этом каждая из этих установок может работать в автономном режиме, что является дополнительным преимуществом этого ПГУ.

Конструкторский расчет ГВТО для определения и компоновки его поверхностей нагрева и расчет тепловой схемы ПГУ осуществляются совместно.

В конкретном примере использованы следующие исходные данные:

1. Энергетическая характеристика ГТЭ-115-1170 при температуре наружного воздуха t_нв = + 15 °С (см. рис. 2.1 и п. 2.1):

G_кт = 400,6 кг/с, υ = 521,6 °С, h_кт = 549,3 кДж, α_кт = 3,21, = 115473 кВт, β_гт = 7,37 кг/с.

2. Топливо: природный газ ( = 43 496 кДж/кг), показатель состава газов β = 7,37 кг/с, молекулярная масса газов μ = 29,49.

3. Конструктивные характеристики принятой секции поверхностей нагрева ГВТО (см. п. 2.2). Газоводяной теплообменник (рис. 4.1), состоит из поверхности высокого давления (ТО-ВД) и поверхности низкого давления (ТО-НД).

4. Параметры рабочего тела и характеристики базового режима паросиловой установки с турбиной К-340/400-23,5-6.

При выполнении конструкторского расчета используют параметры конденсата и питательной воды, определяемые из расчета тепловой схемы паротурбинной установки.

Для конкретного примера при номинальной нагрузке ПТУ имеем (см. рис. 4.1):

t_в1 = 67 °С, Р_в1 = 2 МПа, h_в1 = 289 кДж,

t_в2 = 150 °С, Р_в2 = 1,85 МПа, h_в2 = 640 кДж,

t_в3 = 170 °С, Р_в3 = 32 МПа, h_в3 = 720 кДж,

Р_в4 = 31,5 МПа, = 277,78 кг/с (1000 т/ч).

Температуру воды t_в4 определяем по ходу расчета, а температурный напор на «холодном» конце поверхности ТО-ВД принимаем равным

Θ_пр = υ_в3 - t_в3 = 20 - 40 °С (см. рис. 4.1).

Решаем уравнение теплового баланса для поверхности ТО-ВД (см. п. 2.2 и рис. 4.1).

В рассматриваемом примере принято, что ПВД паротурбинной установки отключены:

При решении этого уравнения принято, что

υ_в = t_в3 + Θ_пр= 170 + 30 = 200 °С, h_пр = 203,4 кДж, [6].

В итоге определены h_в4 = 1216,3 кДж, = 277 °С < (300 ÷ 305) °C – по условиям работы парового котла.

Переходим к решению уравнения теплового баланса для поверхности (ТО-НД):

На этом этапе решения балансового уравнения задаемся величиной температуры уходящих газов за ГВТО υ = 90 - 100 °C, определяем h_ух и . После этого выполняем расчет тепловой схемы паротурбинной установки по известной методике [11] для нового режима работы с учетом увеличенного пропуска пара через проточную часть турбины.

Определяем параметры пара и воды и ее электрическую мощность, при этом осуществляем

- контроль максимально допустимого пропуска пара в конденсатор паровой турбины:

- контроль предельного значения электрической мощности электрогенератора ПТУ:

Заводы-изготовители паровых турбин могут потребовать соблюдения и других ограничений, которые должны быть ими оговорены в инструкциях по эксплуатации. Если указанные условия соблюдены, принимаем новые значения параметров пара и воды из расчета тепловой схемы ПТУ и методом последовательного приближения пересчитываем уравнения тепловых балансов ТО-ВД и ТО-НД ГВТО.

Если указанные условия не соблюдены, необходимо изменить расходы воды , и снова провести необходимые расчеты, определяя и контролируя также температуру газов за ГВТО υ_ух.

На следующем этапе конструкторского расчета, после сведения балансов теплоты с расчетом тепловой схемы ПТУ, определяем согласно [9] коэффициенты теплопередачи k_вд и k_нд и среднелогарифмические температурные напоры, что позволяет определить площади поверхностей нагрева ТО-ВД и ТО-НД. Задаемся числом стандартных секций по ширине ГВТО (см. п. 2.2) «в» и определяем количество секций Z_вд и Z_нд по ходу газом.

Имеет место соотношение:

В рассмотренном примере расчета

в = 4, F_сек = 835 м², F_гвто = 13350 м²,

Принято Z = 4, Z_вд = 2, Z_нд = 2.

На заключительном этапе выполняется аэродинамический расчет газоводяного теплообменника [10]. В конкретном примере определено сопротивление одного ряда секций в ГВТО ΔР_сек = 14,6 Па. Аэродинамическое сопротивление ГВТО ΔР_гвто = Z · ΔР_сек = 4 · 14,6 = 59 Па.