МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ЭАЭС

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

промышленных конденсаторов и учитывающая влияние различных факторов.

æ1,1× w

öХ

é

b ×

2 ù

а

×(35 - tов1 )

K = 4,07 × a ×ç

ов1

÷

× ê1

-

ú

×Фz

×Фd ,

(20)

0,25

1000

è

dвн

ø

ë

û

здесь, a - коэффициент чистоты трубок. a = 0,6¸0,85, для чистых труб a = 0,85. В нашем случае ТУ проработала некоторое время, поэтому трубки нельзя считать чистыми. Рекомендуется в расчетах принимать а=0,8;

dвн – внутренний диаметр трубок конденсатора, м;

x = 0,12×a×(1+0,15×tов1) – эмпирический коэффициент, зависящий от tов1 и а;

dk =Dk/Fk – паровая нагрузка конденсатора, кг/(с×м2)

b = 0,52 – 7,2× dk

wов1 – скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора на одном ходе определяется по формуле

(21)

Оптимальное значение скорости воды в конденсаторе находится в диапазоне значений wов1 = 1,5 ¸ 2,5 м/с.

Здесь, vов – удельный объем охлаждающей воды, м3/кг;

nтр1 – число трубок одного хода конденсатора, шт;

Фz – множитель, учитывающий влияние числа ходов водыZ в конденсаторе.

		z - 2	æ		t	ов1	ö
Фz	=1 +		×ç1	-			÷
		10			35
			è				ø	(22)

здесь Z – число ходов охлаждающей воды в конденсаторе;

Из (22) видно, что при Z=2, Фz=1

21

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

Фd – множитель, учитывающий паровую нагрузку в конденсаторе. При

паровой нагрузке от номинальной до граничной – Фd = 1.
dkгр = (0,9 – 0,012×tов1)×dкном	(23)
Если dк < dkгр , то Фd = (dк/ dkгр)×(2 – (dк/ dkгр))

При расчете в Excel Кср в конденсаторе можно воспользоваться макросом

(24)

kkond(a, dвн, Dk, dk, m, tов1,N/Nном, Fk, n, z)

(24)

kkond – средний коэффициент теплопередачи в конденсаторе, кВт/м2×К;

а – коэффициент чистоты трубок, а=0,8;

Dк – расход пара в конденсатор, кг/с;

dк – паровая нагрузка конденсатора, кг/(с×м2);

m – кратность охлаждения, кг/кг;

tов1 – температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, °С;

N/Nном – величина частичной нагрузки;

Fк –площадь поверхности охлаждения конденсатора, м2;

n – число охлаждающих трубок в конденсаторе, шт;

Z – число ходов охлаждающей воды в конденсаторе.

Температуру пара (конденсата) в конденсаторе можно определить с помощью макроса (25)

tk(tов1, m, Кср, dk)

(25)

tk – температура пара и конденсата в конденсаторе, °С;

tов1 – температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, °С; m – кратность охлаждения в конденсаторе;

Кср – средний коэффициент теплопередачи в конденсаторе, кВт/м2×К; dк – паровая нагрузка конденсатора, кг/(с×м2).

22

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

Определив температуру пара (конденсата) в конденсаторе при заданной температуре охлаждающей воды на входе, по tк определяем Рк (при условии,

что Ргаз ® 0) и другие недостающие параметры на выходе из ЦНД прино-

минальной и частичной нагрузках (vz, hz, xz ).

Внутренний относительный КПД проточной части ЦНД определяем для режимов номинальной и частичной нагрузок по формуле (26)

h oЦi Н Д

		æ			H 0Ц Н Д - 4 0 0 ö		× k n	× k в л × k l
	=	0 , 8 7 0 × ç	1	+		÷			-
					1 0 0 0 0
		è				ø

	-	D	H в с	×	D z
		H	0Ц Н Д		D 0Ц Н Д
					(26)

Для номинальной нагрузки H0цнд в (26) определяем как H00 = h00 – hz0

Для частичной нагрузки – H0цнд =H0 = h0 – hz.

Здесь: kn – коэффициент, учитывающий число оборотов Т. При n=50 c-1– kn=1; при n=25 c-1 – kn=1,005

kl – коэффициент, учитывающий оптимальность профиля лопатки по высоте. Для Т с n=25 c-1, kl = 1, а для Т с n=50 c-1, kl зависит от длины лопатки последней ступени, и определяется по таблице:

l2z, мм ...............	£ 800	900	1000	1200
kl…………….1,000		0,997	0,993	0,988

kвл – коэффициент, учитывающий влияние влажности, определяется

по формуле (13);

Dz – расход пара на выхлопе из ЦНД(одного потока, если ЦНД двухпоточный), при НН – Dz0, кг/с;

D0цнд – расход пара на входе в ЦНД (одного потока, если ЦНД двухпоточный), при НН – D00цнд кг/с;

DHвсном, DHвсчаст – потери с выходной скоростью на номинальном и на режиме частичной нагрузки, соответственно, определяются по формуле

23

etaoicnd_t(P0, t0, Pk, Kn, Kl, gamma_vu, Dz, D0, deltaHvs)

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

DHвс

= 5 ×10-4

æ D

z

× v

z

ö2

æ

0,1 ö

×ç

÷

×ç1

+

÷

(27)

Wz

q -1

è

ø

è

ø

где Wz – кольцевая площадь одного потока последней ступени турбины),

м2;

qz = d2z / l2z; d2z – средний диаметр последней ступени ЦНД, l2z – высота рабочей лопатки последней ступени ЦНД;

Wz, qz определяются по заводским данным [2, табл. 3.7, с.208, 4, табл. П3, c. 179].

Для расчета потерь с выходной скоростью в режимах НН и ЧН с помощью Excel записан макрос deltaHvs.

deltaHvs(Dk, vk, Ωz, θz)

(28)

deltaHvs – потери в ЦНД с выходной скоростью на режимах НН и ,ЧН кДж/кг;

Dк= Dz – расход пара в конденсатор при НН и ЧН, кг/с;

vk= vz – удельный объем пара на выходе из ЦНД при НН и ЧН, м3/кг;

Ωz – кольцевая площадь одного потока последней ступени турбины, м2;

θz – веерность.

Для расчета внутреннего относительного КПД проточной части ЦНД в режимах НН и ЧН записан макрос etaoicnd_t.

(29)

etaoicnd_t – внутренний относительный КПД проточной части ЦНД при заданной температуре охлаждающей воды в режимах НН и ЧН;

P0 – давление на входе в ЦНД при ЧН (при НН – P00), МПа t0 – температура перегретого пара на входе в ЦНД;

Pk – давление пара на выхлопе ЦНД (при НН – Рz0, при ЧН – Рz);

24

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

Kn, Kl – поправочные коэффициенты, учитывающие число оборотов турбины и оптимальность профиля лопатки по высоте, соответственно;

gamma_vu – коэффициент, учитывающий влагоудаление в проточной части ЦНД;

Dz – расход пара в конденсатор при НН и ЧН, кг/с;

D0 – расход пара на входе в ЦНД(одного потока, если ЦНД двухпоточный), при НН – D00цнд кг/с;

deltaHvs – потери в ЦНД с выходной скоростью на режимах НН и ,ЧН кДж/кг.

3.4.3. Расчет параметров пара в камерах отборов ЦНД при частичной нагрузке и заданной tов1

Давления в камерах отборов ЦНД для режимов НН и ЧН определяются аналогично тому, как это делалось для ЦВД по формуле Стодолы-Флюгеля, начиная с последнего отбора, по формулам (7, 8, 9), причем, исходными значениями давлений отборов при расчете режима ЧНслужат вновь опреде-

ленные значения отборов в режиме НН.

После определения давлений в камерах отборов определяют значения энтальпий с учетом пересчитанного внутреннего относительного КПД ЦНД (по аналогии с ЦВД), и строят процесс расширения пара в ЦНД.

Таким образом, после всех проведенных пересчетов на частичную нагрузку, есть все параметры пара в отборах и на выходе из ЦВД, ЦСД и ЦНД.

3.4.4. Расчет параметров греющего пара на входе в ПНД и ПВД

Параметры пара перед регенеративными подогревателями, Д и СПП в номинальном режиме можно определить по справочным данным и все значения свести в таблицу.

Давление греющего пара на входе в регенеративный подогреватель, Д, СПП) определяется по формуле

25

Здесь:

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

			æ		11 - n ö
	Pi,грп	= Pi,отб	ç1	-			÷	hпот,i = 1 - 0,001× i
					100
			è				ø	,
	hi,грп	= hi,отб × hпот,i

(30)

РI,отб,Рi,грп – давление в i-м отборе и давление греющего параi-го отбора пред подогревателем, МПа;

n – номер подогревателя по ходу воды(основного конденсата, питательной воды);

коэффициент потерь теплоты на тракте i-го отбора.

Энтальпия греющего пара ПП2 (СПП) определяется по энтальпии пара на выходе из ПГ с учетом потерь теплоты в ОС. Для этого случая hпот, ПП2 » 0,9.

По Рi,грп и hi,грп определяют недостающие параметры по Таблицам [ 5 ] либо с помощью калькулятора WSP.

Следует заметить, что на входе в некоторые ПВД и ПНД поступает перегретый пар, но при расчете температурного напора между греющим паром и питательной водой или основным конденсатом считают, что греющий пар в теплообменнике(ПНД или ПВД) имеет температуру насыщения при давлении на входе в теплообменник.

При этом надо помнить, что при частичной нагрузке так же, как и при номинальной нагрузке, давление пара перед СРК(а это означает, что и во второй ступени СПП, и в первой ступени при одноступенчатом ПП) давления греющего пара неизменны (регулирование блока осуществляется по закону PII=const). Давление в Д во всех режимах также остается неизменным и равным для турбоустановок работающих АЭС 0,686 МПа.

3.4.5. Расчет параметров ОК и ПВ в узловых точках системы регенерации

На тракте от К до ПНД-1 установлены два КН (КН-1 и КН-2) и между ними – охладители ЭУ, ОЭ, РКУ (регулирующий клапан уровня воды в К) и БОУ.

26

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

Гидравлические сопротивления конденсатора – (0,1¸0,2) МПа; охладите-

ли ЭУ и ОЭ – (0,05¸0,07) МПа;

РКУ – (0,2¸0,4) МПа;

БОУ – (0,3¸0,5) МПа.

Общее сопротивление тракта от КН-1 до КН-2 (напор КН-1) можно оценить (в зависимости от числа ЭУ и ОЭ и других особенностей тракта) величиной 1 МПа.

Тогда, приращение энтальпии ОК при проходе через КН-1 можно определить по формуле

Dhкн1 =	К	р	× DР	кн1	× v ×103
						,	(31)
			hкн1

Здесь Кр – коэффициент запаса по напору насоса, (Кр=1,2);

DРкн1 – напор, создаваемый КН-1, МПа;

v – удельный объем ОК перед КН-1, м3/кг;

hкн1 – адиабатический КПД КН-1 (hкн1 = 0,78).

Необходимое давление за КН-2 можно оценить по формуле

Ркн2 = Рд + DРтр + n × DРПНД + DРгеод ,

(32)

Здесь Рд – давление в Д;

DРтр – гидравлические сопротивления трубопроводов тракта ОК, оцениваем их величиной 0,2 МПа;

DРПНД – гидравлические сопротивления ПНД по тракту ОК, включая трубопроводы обвязки. Принимаем для одного ПНД DРПНД = 0,15 МПа. Если их число в тракте от КН-2 до Д – n, то суммарное сопротивление всех ПНД–

n×DРПНД;

DРгеод – сопротивление поднятию столба жидкости на высоту, равную разности геодезических отметок установки Д и КН-2.

27

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

DРгеод =	g × h	геод	v	(33)

g = 9,81 м/с2; hгеод = 10÷25 м (в зависимости от типа ТУ); v – удельный объем ОК перед КН-2, м3/кг.

Dhкн2 определяют по формуле (32), подставляя данные для КН-2.

Энтальпия ОК за КН-2 определяют по формуле

hкн2 = h'к + Dhоэ + Dhкн1 + Dhкн 2

(34)

Подогрев ОК при прохождении через устройства до 1Пможно оценить следующими показателями [ 2 ]:

–для охладителей эжекторов уплотнений и охладителей газа электрогенераторов (на единицу) – 1,0¸1,5 °С;

–для охладителей основных эжекторов – 0,5¸0,7 °С;

–для смесителей конденсата греющего пара с ОК предварительно можно оценить (с последующим уточнением на основе УТБ) – 0,3¸1,0 °С;

По Ркн2 и hкн2 определяем температуру ОК после КН-2. Это температура ОК на входе в П1.

Система регенерации для каждой турбоустановки задана. Заводом изготовителем ТУ задано число и типы ПНД и ПВД, тип Д и К, организация слива конденсата греющего пара в системе регенерации, число дренажных насосов и схемы их включения, наличие охладителей дренажа в системе регенерации НД и т.п.

Вотдельных случаях заводская конфигурация тепловой схемы и -си стемы регенерации, в частности, может быть изменена руководителем КП.

Вэтих условиях, когда заданы все элементы системы регенерации и схема их включения, то для режима частичной нагрузки определению подлежат температуры ОК и ПВ на выходе из подогревателей при ранее определенных параметрах греющего пара и расходы греющего пара и ОК (ПВ).

При расчете системы РП ОК(ПВ) и определении расходов рабочего тела в элементах тепловой схемы при частичных нагрузках, следует учесть измене-

28

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

ние температурного напора на выходе из подогревателей(разность температуры конденсации греющего пара и температуры ОК(ПВ) на выходе из подогревателя). Этот температурный напор при частичной нагрузке (при заданных F) определяют по формуле:

Dt		= (t		- t	вх	æ	К F ö
	мин		s		в	) × expç-	п п	÷,	(35)
						ç	С G ÷
						è	р в ø

где ts – температура насыщения греющего пара в подогревателе, °С;

tввх – температура обогреваемой воды (ОК или ПВ) на входе в подогреватель, °С;

Кп – коэффициент теплопередачи в подогревателе, кВт/м2 К;

Fп – площадь поверхности теплообмена в подогревателе, м2;

Gв – расход воды (ОК или ПВ), Gв= Gв0(N/N0), кг/с;

Ср – изобарная теплоемкость воды, кДж/кг× К.

Неизвестными в формуле (35) являются Dtмин и Кп.

При частичной нагрузке, в связи с уменьшением расхода нагреваемой среды, греющего пара, при заданной конструкции подогревателя (Fп, nтр), Кп

с уменьшением нагрузки будет уменьшаться, но не пропорционально изменению нагрузки. На этапе определения параметров ОК и ПВ, и расходов греющих и нагреваемых сред, предварительно учесть этот фактор сложно. Поэтому, в первом приближении, можно принять, что Кп не изменяется при

изменении нагрузки. При таком подходе К можно определить из уравнения

п

теплового баланса, записанного для режима номинальной нагрузки в форме:

Qп	= Кп × Fп × D	t	= Gв0 ×(hв2	- hв1 ),
				(36)

D

=

Dtб - Dtм

Dt

= t

- t

Dt

= t

- t

(37)

t

s

м

s

в2

б

в1

ln

Dtб

Dtм

29

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

При определении Dtмин в ПВД следует иметь в виду, что в них есть 2 зоны охлаждения греющего теплоносителя (зона конденсации греющего пара и зона охлаждения конденсата греющего пара). Мы определяем Dtмин в зоне конденсации греющего пара. Поэтому в формулы (36 и 37) надо вводить Fзк и вместо hв1 – hсм (энтальпию смеси части ПВ, которая проходит через зону ОК, с ПВ на входе в ПВД. Эту сложность можно обойти, если задаться температурой смеси двух выше указанных потоков. Температура смеси обычно превосходит температуру ПВ на входе в ПВД на 1,0¸1,5 °С.

Все остальные данные можно получить из заводских характеристик регенеративных подогревателей, которые приведены в [1, 2, 3, 4]. Их удобно свести в таблицу, которая потом будет использована для дальнейших расчетов.

Если в литературных данных отсутствуют значения параметров нагреваемой среды (ОК, ПВ), то их можно определить из следующих соображений:

В ПНД без вынесенных охладителей конденсата греющего пара(дренажа), температура конденсата греющего пара на выходе из ПНД равна температуре насыщения при давлении в ПНД. При наличии вынесенного охладителя дренажа, температура конденсата греющего пара на выходе из охладителя больше температуры нагреваемой среды на выходе из предыдущего ПНД на величину dtдр = 2¸3 °С.

Все ПВД имеют встроенные охладители дренажа. Температура греющего пара на выходе из ПВД на величинуdtдр = 5¸7 °С выше температуры ПВ на входе рассматриваемый ПВД. Возможны случаи при частичных нагрузках, когда эту рекомендацию нельзя будет выполнить, т.к. температура конденсации греющего пара отличается от температуры питательной воды на входе меньше, чем на 6 °С. В этом случае dtдр выбирают, исходя из конкретных условий.

Тепловую мощность подогревателя предпочтительно определять с помощью заводских данных и формулы(36), используя исходные данные для режима номинальной нагрузки.

Кроме греющего пара в ПВД, Д и ПНД подается конденсат греющего пара и сепарат СПП, дренажи подогревателей и конденсат греющего пара сетевых подогревателей системы отопления.

Параметры этих потоков следует определить до того момента, когда будут решаться уравнения теплового и материального балансов для регенеративных подогревателей с целью определения расходов рабочих сред.

30