Диплом (Проектирование электрической станции)

6

АННОТАЦИЯ

Записка 176 стр., 57 рис., 36 табл.

Вданном проекте, в соответствии с заданием, спроектирована конденсационная электростанция мощностью 4000 МВт.

Вразделе №1 проведен расчет принципиальной тепловой схемы и выбрано вспомогательное оборудование тепловой схемы. В разделе №2 проведено сравнение возможных вариантов структурной схемы станции и выбран вариант структурной схемы станции. В разделе №3проведено сравнение и выбор вариантов схем распределительных устройств на напряжение 500 кВ и 220 кВ. В разделе №4 был проведен расчет токов короткого замыкания и выбор электрооборудования. В разделе №5 проведен выбор схемы собственных нужд. В разделе №6 осуществлен выбор релейной защиты основных элементов блока. В разделе №7 осуществлен расчет технико-экономических показателей КЭС. Раздел №8 посвящён вопросам безопасности персонала. Раздел №9 посвящён исследовательскому вопросу, а именно, анализу эффективности использования батарей конденсаторов большой ёмкости.

7

ВВЕДЕНИЕ

Электроэнергетика является базовой отраслью экономики России, её потенциал полностью покрывает потребности народного хозяйства и населения страны электрической энергией, а также экспорт электроэнергии.

Рост потребления электроэнергии – одна из основных тенденций развития мировой экономики. В соответствии с прогнозом Международного энергетического агентства, к 2025 году потребление электроэнергии в мире вырастет до 26 трлн. кВтч по сравнению с 14,8 трлн. кВт∙ч в 2003 году. При этом установленная мощность электростанций вырастет с 3400 ГВт в 2003 году до

5500 ГВт в 2025 году.

Электростанции являются одним из важных элементов электроэнергетической энергосистемы и единственно возможным источником большой генерирующей мощности. Таким образом, их проектирование является неотъемлемой частью развития ЭЭС в целом. В период с 1991 г. только 19 субъектов РФ имели избыточную электроэнергию, 13 регионов были самобалансирующими, а в остальных 57 регионах электроэнергия в дефиците.

В связи с выявленным дефицитом в энергоснабжении потребителей в европейском регионе и согласно долгосрочному планированию в энергетике, намечено строительство конденсационной электростанции (КЭС). На новой КЭС намечается к установке восемь энергоблоков мощностью 500 МВт каждый. Суммарная установленная мощность КЭС при полном развитии составит 4000 МВт. В качестве основного топлива планируется использоваться природный газ, в качестве резервного – мазут. Электростанция предназначена для электроснабжения крупного промышленного района, который получает по линиям электропередач 220 кВ. На напряжении 500 кВ станция связана с энергосистемой.

Все финансово-экономические расчеты, связанные с реализацией энергетической продукции потребителям, подтверждают необходимость и выгодность строительства станции.

8

1. ВЫБОР ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ И ОСНОВНОГО ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1. Расчёт принципиальной тепловой схемы КЭС

1.1.1. Общие сведения

Принципиальная тепловая схема (ПТС) электростанции определяет основное содержание технологического процесса преобразования и использования тепловой энергии на электростанции. Она включает основное и вспомогательное теплоэнергетическое оборудование, участвующее в этом процессе: котельный и турбинный агрегаты с электрическим генератором и конденсатором; теплообменники - для отпуска тепла внешним потребителям (сетевые подогреватели, паропреобразователи), для использования пара, отработавшего в турбине, внутри электростанции (регенеративные подогреватели), для очистки питательной и добавочной воды от агрессивных газов (деаэраторы). Помимо перечисленного выше оборудования ПТС включает также насосы для перекачки рабочего тела: питательные насосы котлов и паропреобразователей; конденсатные насосы турбин, сетевых и регенеративных подогревателей.

Теплоэнергетическое оборудование на принципиальной тепловой схеме показывают вместе с линиями (трубопроводами) пара, воды, конденсата и других теплоносителей, связывающих это оборудование в единую установку. Принципиальная тепловая схема изображается как одноагрегатная и однолинейная схема; резервное оборудование в эту схему не включается. ПТС показывает лишь принципиальные связи между оборудованием, необходимые для осуществления основного технологического процесса. Принципиальная тепловая схема КЭС, ввиду блочной структуры электростанции, является ПТС энергоблока.

Принципиальная тепловая схема энергоблока с турбиной К-500-23,5-4 представлена на рис.1.1. Нижний ПВД подсоединён по схеме Никольного-Рикара. В схеме имеются восемь регенеративных отборов. Теплофикационная нагрузка равна 16,7 МВт. Подогреватель ПНД-6 имеет встроенный охладитель дренажа (на схеме не показан). Давление в деаэраторе 0,68 МПа. Паровая турбина состоит из следующих цилиндров: ЦВД, ЦСД и двух ЦНД. Четыре выхлопных патрубка ЦНД соединены с конденсатором. Конденсатор турбины состоит из двух корпусов. Охлаждающая вода проходит внутри трубок последовательно через каждый корпус конденсатора. Пар поступает в две секции конденсатора.

10

1.1.2. Построение процесса расширения пара в турбине

Процесс расширения пара в турбине представлен на рис.1.2.

Рис. 1.2. Процесс расширения пара в турбине К-500-23,5-4

11

1) По h,s-диаграмме, в соответствии с параметрами свежего пара ( P0 23,5МПа , t0 540 C ) определяем энтальпию “т.0”:

h0 3325 кДжкг .

Потери давления в стопорных регулирующих клапанах составляют 5%. Давление пара с учетом этих потерь (“т.0’ ”):

P0' 0,95 P0 0,95 23,5 22,325 МПа 223,25 бар ; h0' h0 3325 кДжкг .

2) Строим процесс в ЦВД:

"0'-2т" - идеальный (адиабатический) процесс срабатывания пара в ЦВД турбины.

Из h, s -диаграммы:

hТЦВД h2т 2892 кДжкг .

3) Строим процесс "0'-2д" - действительный (политропный) процесс срабатывания пара в ЦВД турбины (с потерями).

Из определения внутреннего относительного КПД ЦВД

находим h2д :

h2д hдЦВД h0' h0' hтЦВД η0iЦВД 3325 3325 2892 0,875

2946 кДжкг.

12

4) Определяем энтальпию пара после промежуточного пароперегревателя по PПП'' и tПП'' из диаграммы:

PПП'' 3,75МПа ;

tПП'' 540 С ;

hПП'' h3 3540 кДжкг.

5) Расчёт параметров пара в цилиндре среднего давления (ЦСД) турбины.

Давление пара на выходе из ЦСД турбины (т. 4т) обычно составляет 0,25 МПа. На пересечении кривой 0,25 МПа с прямой s3 const находим “т. 4т” и строим

процесс "3-4т" - идеальный (адиабатический) процесс срабатывания пара в ЦСД турбины:

Из h,s-диаграммы:

hтЦСД h4т 2795 кДжкг .

6) Процесс "3-4д" - действительный (политропный) процесс срабатывания пара в ЦСД турбины (с потерями).

Из определения внутреннего относительного КПД ЦСД

находим h4д :

h4д hдЦСД hПП" hПП" hтЦСД η0iЦСД 3540 3540 2795 0,914 2859 кДжкг .

7) Расчёт параметров пара в цилиндре низкого давления (ЦНД) турбины.

Давление пара на выходе из ЦНД турбины (т. 5) равно давлению в конденсаторе

( PК ). В нашем случае: PК 3,3 кПа . На пересечении кривой PК 3,3 кПа с прямой s4' const находим “т. 5т” и строим процесс "4-5т" - идеальный (адиабатический) процесс срабатывания пара в ЦНД турбины.

Из h, s -диаграммы:

hтЦНД h5т 2158 кДжкг .

Строим процесс "4-5д" - действительный (политропный) процесс срабатывания пара в ЦНД турбины (с потерями).

13

Из определения внутреннего относительного КПД ЦНД

2242 кДжкг;

hк h5д 2242 кДжкг.

1.1.3. Распределение регенеративного подогрева по ступеням

П1 - подогреватель высокого давления (ПВД) поверхностного типа:

Отбор пара из т. 1 ( α1 ) ЦВД турбины:

Температура питательной воды за регенеративным подогревателем П1:

tПВ 276 С.

Для подогревателей высокого давления поверхностного типа недогрев ( θ ) обычно составляет 1-5 градусов. В наших расчётах для всех ПВД поверхностного типа примем: θПВД 2 С . Тогда температура конденсата греющего пара в

регенеративном подогревателе П1 с учётом недогрева воды ( θп1 θПВД ) составляет:

tSП1 tПВ θПВД 276 + 2 = 278 C .

Давление воды, создаваемое питательным насосом (ПН), составляет:

PвПН 1,3 P0 1,323,5 30,55 МПа .

Потерю давления питательной воды в каждом ПВД поверхностного типа примем равной: РПВД 0,5 МПа .

Тогда давление питательной воды за регенеративным подогревателем П1:

PвП3 PвПН PПВД 30,55 0,5 30,05 МПа;

14

PвП2 PвП3 PПВД 30,05 0,5 29,55 МПа;

PвП1 PвП2 PПВД 29,55 0,5 29,05 МПа .

Зная PвП1 29,05 МПа и tПВ 276 С, определяется энтальпия питательной воды за П1:

hвП1= 1211 кДжкг .

Зная tSП1 278 C , определяется давление и энтальпия пара в П1:

PSП1 6,23 МПа ;

hSП1 1226,5 кДжкг .

Давление пара в отборе турбины с учётом потерь давления в паропроводе, соединяющем турбину и подогреватель ( Р 5%).

определяем:

h1 2998 кДжкг ; t1 339,5 C .

П2 - подогреватель высокого давления (ПВД) поверхностного типа:

Отбор пара из т.2 ( α2 ) ЦВД турбины (пар на выходе из ЦВД).

Пар отбора имеет те же параметры, что и пар на выходе из ЦВД:

P2 PПП' 4,167 МПа; h2 h2д 2946 кДжкг;

Зная PSП2 определяется температура и энтальпия пара в П2:

15

tSП2 249,85 C ;

hSП2 1085 кДжкг .

Давление питательной воды за регенеративным подогревателем П2:

PвП2 PвПН 2 PПВД 30,55- 2 0,5 29,55 МПа .

Температура питательной воды за регенеративным подогревателем П2 с учётом недогрева составляет:

tвП2 tSП2 θПВД 249,85- 2 247,85 С .

Зная PвП2 29,55 МПа и tвП2 = 242,8С, определяется энтальпия питательной воды за П2:

hвП2 = 1078 кДжкг .

Процесс сжатия воды в питательном насосе (ПН):

Давление в деаэраторе:

PД 0,68 МПа. tвД 163,8 C;

hвД 692 кДжкг.

Повышение энтальпии воды за счёт сжатия:

где υср - средний удельный объем воды,

ηн - КПД насоса.

Энтальпия питательной воды за ПН:

hвПН hвД + h 692 39,59 731,56 кДжкг.

tвПН =163,79 C .