Содержание к диссертации
Введение
1 Парогазовые установки 9
1.1 Теоретические основы парогазовых установок 10
1.2 Классификация парогазовых установок 16
1.3 Котлы-утилизаторы в схеме ПГУ 18
1.4 Особенности теплового расчёта котла-утилизатора в составе энергоблока ПГУ 23
1.5 Влияние затрат электроэнергии на собственные нужды котла-утилизатора на экономичность энергоблока 25
1.6 Постановка задачи 26
Выводы к разделу 1 28
2 Разработка теплогидравличекой схемы котла утилизатора с исключением системы рециркуляции конденсата 29
2.1 Разработка котла-утилизатора 29
2.2 Разработка технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата 36
Выводы к разделу 2 42
3 Методы исследования 43
3.1 Методика теплового и конструктивного расчёта поверхностей нагрева газового подогревателя конденсата 43
3.2 Основные принципы оценки эффективности применения технологической схемы включения поверхностей нагрева без рециркуляции конденсата 55
3.3 Критерии проверки вариативности технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата для энергоблоков различной мощности 62
Выводы к разделу 3 64
4 Результаты исследования 65
4.1 Исходные данные для исследования режимов работы поверхностей нагрева
газового подогревателя конденсата, включённых по технологической схеме с
исключением системы рециркуляции конденсата 65
4.2 Определение зависимости относительной нагрузки ГПК2 от относительной нагрузки ВВТО и температуры конденсата на входе в котёл-утилизатор 69
4.3 Определение зависимости относительной нагрузки первой ступени газового подогревателя конденсата от относительной нагрузки ВВТО и температуры конденсата на входе в котёл-утилизатор 75
4.4 Проверка сходимости результатов расчётов, полученных с применением универсальных уравнений зависимостей, с исходными данными, принятыми для исследования 81
4.5 Разработка рекомендаций по конструктивно-компоновочным решениям 83
4.6 Тепловой баланс газового подогревателя конденсата 88
4.7 Технико-экономическое обоснование применения технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата для энергоблока ПГУ-230 97
Выводы к разделу 4 102
5 Обсуждение результатов исследований 103
5.1 Разработка газового подогревателя конденсата для котла-утилизатора, предназначенного для работы в составе ПГУ-110 Казанской ТЭЦ-2 103
5.2 Разработка газового подогревателя конденсата для котла-утилизатора,
предназначенного для работы в составе ПГУ-410 Краснодарской ТЭЦ 115
Выводы к разделу 5 121
Заключение 123
Список использованных сокращений 125
Термины и определения 126
Список литературы 127
- Классификация парогазовых установок
- Разработка технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата
- Критерии проверки вариативности технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата для энергоблоков различной мощности
- Определение зависимости относительной нагрузки первой ступени газового подогревателя конденсата от относительной нагрузки ВВТО и температуры конденсата на входе в котёл-утилизатор
Введение к работе
Актуальность проблемы. Энергетика России представляет собой основополагающую отрасль страны. На сегодняшний день одним из перспективных путей повышения энергостабильности и энергоэффективности России является строительство новых газовых энергоблоков по комбинированному циклу или замещение ими выбывающих из эксплуатации паросиловых газовых энергоблоков. Согласно энергетической стратегии России одним из целевых показателей программы модернизации электроэнергетики России на период до 2020 года является увеличение установленной мощности газовых ТЭС с применением передовых технологий на основе ПГУ. При проектировании основного оборудования для энергоблоков ПГУ особое внимание уделяется повышению эффективности энергоблока. Одним из возможных путей повышения эффективности блока является снижение затрат электроэнергии на собственные нужды. Изучение роли затрат электроэнергии на собственные нужды имеет большое значение, поскольку этот вид потерь напрямую влияет на технико-экономические показатели электростанции. В то же время вопрос снижения затрат электроэнергии на собственные нужды, не получил до настоящего времени подробного освещения ни в российских, ни и зарубежных работах. При этом потенциал энергосбережения по электростанциям России оценивается на уровне 5-6 млрд. кВтч.
Объект исследования В данной работе исследованы теплофикационные энергоблоки ТЭЦ, работающие по бинарному циклу (ПГУ) с газовыми подогревателями конденсата (ГПК).
Предмет исследования: схемные и конструктивные решения для газового подогревателя конденсата (ГПК) котла-утилизатора (КУ) и теоретическое подтверждение возможности применения выдвигаемых решений на практике.
Целью диссертации является разработка методических подходов, математических моделей, методов расчета и исследования технико-экономических показателей, конструктивно-компоновочных параметров тех-3
нологически новой схемы газового подогревателя конденсата для энергоблоков ПГУ.
Задачи исследования:
-
Разработка методики численного исследования технологической схемы газового подогревателя конденсата с применением ступенчатого подогрева конденсата.
-
Разработка математической модели газового подогревателя конденсата с учётом особенностей технологии ступенчатого подогрева.
-
Разработка методики теплового расчёта тракта ГПК с применением технологии ступенчатого подогрева конденсата.
-
Разработка рекомендаций по выбору конструктивно-компоновочных параметров ступеней ГПК.
-
Оценка технико-экономических показателей рассматриваемой в исследовании теплогидравлической схемы ГПК.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:
-
Разработанный методический подход к исследованию технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата, который учитывает влияние относительного тепловосприятия водо-водяного теплообменника (ВВТО) и температуры конденсата на входе в котёл-утилизатор на величины относительного тепловосприятия поверхностей нагрева ГПК.
-
Разработанная методика теплового расчёта газового подогревателя конденсата с применением ступенчатого подогрева рабочего тела.
-
Разработанная математическая модель газового подогревателя конденсата, которая учитывает зависимости величин относительного тепловосприятия поверхностей нагрева ГПК от относительного тепловосприятия водо-водяного теплообменника и температуры конденсата на входе в КУ.
-
Разработанная технологическая схема газового подогревателя конденсата, позволяющая повысить эффективность производства электрической энергии путём снижения затрат электроэнергии на собственные нужды К У.
5. Разработанные рекомендации по выбору конструктивных решений относительно ступеней ГПК.
Методы исследования: расчетно-аналитические, экспериментальные методы, математическое моделирование тепловых процессов.
Практическая значимость работы. Разработанная методика теплового расчёта ступеней ГПК в совокупности с рекомендациями по конструктивно-компоновочным решениям позволяют получить экономию металла при изготовлении поверхностей нагрева.
Личный вклад автора. Все положения диссертационного исследования, изложенные в основном тексте диссертации без ссылок на других авторов, получены лично автором. Анализ и обсуждение полученных результатов выполнен автором совместно с научным руководителем.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием разработанных методик (основанных на экспериментальных данных и нормативных методах), фундаментальных закономерностей технической термодинамики, гидрогазодинамики, теплопередачи. Математическое моделирование выполнено с применением лицензионного, сертифицированного программного продукта Boiler Designer, хорошо себя зарекомендовавшем при решении ряда задач подобного рода.
Апробация работы. Результаты работы обсуждались на научно-практической конференции “Минеральная часть топлива, шлакование, очистка котлов, улавливание и использование золы” (г. Челябинск, 2011), на 72-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета (г. Барнаул, 2014), на всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2013, 2014), на всероссийской научно-технической конференции «Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы» (г. Рубцовск, 2015), на всероссийской научной конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2015, 2016), на всероссийской научно-технической конферен-5
ции с международным участием «Энергетика: эффективность, надёжность, безопасность» (г. Томск, 2015), на восьмой всероссийской конференции «Реконструкция энергетики-2016» (г. Москва, 2016), на седьмой конференции молодых специалистов инженерно-технических подразделений ПАО «Силовые машины» (г. Санкт-Петербург, 2016).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 8 печатных изданиях: из них 4 – статьи в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналах, в которых должны быть опубликованы научные результаты на соискание ученой степени кандидата наук, 4 – в отраслевых изданиях и сборниках трудов конференций.
Структура и объём работы. Диссертация включает в себя введение, пять разделов, заключение, список использованных сокращений, термины и определения, список литературы из 59 наименований, 10 приложений, 56 рисунков, 25 таблиц. Основной текст диссертации изложен на 133 страницах, общий объем диссертации составляет 143 страницы.
Классификация парогазовых установок
Котлы-утилизаторы для энергетических ПГУ различаются по компоновке, тепловым схемам и параметрам. По конструктивному исполнению котлы-утилизаторы подразделяются на горизонтальные или вертикальные, преимущественно барабанного типа с естественной или принудительной циркуляцией. [46] Классификация котлов-утилизаторов по другим техническим особенностям, не рассматриваемым в данном исследовании, подробно представлена в [59]. Поверхности теплообмена изготавливаются из труб с наружным спиральным оребрением, что позволяет выполнить конструкцию котла-утилизатора более компактной. Эти поверхности компонуются в зависимости от конструктивной схемы котла в виде секций, собранных в общие блоки и подвешенных к потолку поперек движения газов в КУ горизонтальной компоновки, и в виде отдельных блоков, устанавливаемых в шахте вертикального КУ. На рисунке 1.10 представлена тепловая схема (а) и Q диаграмма ПГУ с одноконтурным котлом-утилизатором (б). Одной из реперных точек при выполнении теплового расчёта котла-утилизатора является минимальный недогрев в испарителе (см. рисунок 1.10б) и принимается в диапазоне 8-15 C [54].
В горизонтальных котлах-утилизаторах поверхность нагрева состоит из отдельных секций, объединяемых в пакеты. Каждая секция обычно включает в себя верхний и нижний коллекторы, соединенные оребрёнными трубами [54].
Конструкция вертикальных котлов-утилизаторов имеет свои особенности. Их поверхности нагрева выполняют в виде отдельных модулей, укрепляемых один над другим с помощью каркаса, в котором предусмотрены боковые боксы для размещения коллекторов и колен труб, не омываемых дымовыми газами. Основная часть модуля в зависимости от его длины имеет несколько несущих перегородок [54].
По данным [54] в ПГУ с одноконтурным КУ дымовые газы удаётся охладить до 160C, и получить невысокое значение КПД производства электроэнергии. При этом тепловая схема такой ПГУ более проста в эксплуатации и имеет более низкие капитальные затраты. Для повышения эффективности производства электроэнергии приходится усложнять тепловую схему ПГУ, применяя при этом двух- и трехконтурные котлы-утилизаторы. На рисунках 1.11 и 1.12 представлена принципиальная тепловая схема ПГУ с двухконтурным котлом-утилизатором и Q диаграмма теплообмена в двухконтурном котле-утилизаторе. По результатам анализа тепловых схем ПГУ представленных на рисунках 1.9 и 1.10 при использовании одинаковых ГТУ (V64.2 производства Siemens) эффективность производства электроэнергии в первом случае будет 49,95%, а во втором 52,2% [54]. При использовании современных ГТУ температура выходных газов превышает 600 C. Данное обстоятельство позволяет применять котлы-утилизаторы с тремя контурами генерации пара и его промежуточным перегревом. Промежуточный перегрев пара может применяться и в КУ с двумя давлениями пара. В обоих случаях это решение позволяет снизить влажность пара в последних ступенях паровой турбины и отказаться от использования сепаратора влаги [54].
На рисунке 1.13 приведена тепловая схема ПГУ с КУ трех давлений пара и промежуточным перегревом. Установка состоит из двух ГТУ типа V94.3A (Siemens) с КУ и одной паровой турбины. Эффективность производства электроэнергии такой установки составляет 56,6 % [54]. ППВД, ППНД – пароперегреватели высокого и низкого давления; ИВД, ИНД – испарители высокого и низкого давления; ЭВД – экономайзер высокого давления; ГПК – газовый подогреватель конденсата; ДПВ – деаэратор питательной воды; ЦВД, ЦНД – цилиндры высокого и низкого давления паровой турбины; К-р – конденсатор; КЭН – конденсатный насос; ПНВД, ПННД – питательные насосы высокого и низкого давления; РЭН – насос рециркуляции; РК – регулирующий клапан.
Тепловая схема ПГУ с КУ трёх давлений (Siemens) Одной из основных отличительных особенностей котлов-утилизаторов от традиционных камерно-факельных котлов паросиловых установок является отсутствие воздухоподогревателей. Воздухоподогреватели применяются для более глубокого охлаждения дымовых газов для увеличения КПД котлов. При проектировании ПГУ с КУ для охлаждения дымовых газов до температуры 100120C применяются газовые подогреватели конденсата (ГПК). Поскольку температура конденсата после конденсатора паротурбинной установки находится в пределах 2540C, то существует опасность снижения температуры дымовых газов ниже допустимой температуры (температура точки росы), что приведёт к низкотемпературной коррозии хвостовой поверхности нагрева и выходных газоходов КУ. Для обеспечения надёжной эксплуатации КУ во всём периоде жизненного цикла по рекомендациям отечественных и зарубежных специалистов температуру конденсата на входе в ГПК рекомендуется поддерживать на уровне 5560C [54, 58]. Для этого в схемах ГПК традиционно применяют рециркуляцию подогретого конденсата. Подогретый конденсат на выходе из ГПК или из промежуточной части в необходимом количестве для поддержания температуры конденсата на входе в ГПК с помощью насосов рециркуляции подают на вход ГПК (см. рисунок 1.11). В случае проектирования КУ для работы в составе теплофикационной ПГУ на линии рециркуляции конденсата устанавливают дополнительный водо-водяной теплообменник для подогрева сетевой воды. Установка такого теплообменника позволяет дополнительно получать до 23 МВт (19,78 Гкал/ч) тепловой энергии (данные для КУ при работе с ГТУ мощностью 160МВт).
Котёл-утилизатор представляет собой систему газоводяных и газопаровых рекуперативных теплообменников включенных последовательно по газовому и пароводяному трактам. Гидравлический расчёт и расчёт теплообмена осуществляется согласно общепринятой методике приведённой в [11, 22, 42]. Несмотря на это расчет КУ отличается от аналогичного теплового расчета энергетического парового котла, что объясняется спецификой тепловой схемы ПГУ [54]. При проектировании котлов-утилизаторов для ПГУ следует учитывать тот факт, что минимальный температурный напор находится на холодном конце испарителя (см. рисунок 1.10). По рекомендациям отечественных и зарубежных специалистов эта величина принимается равной 8-15 C [54]. На рисунке 1.14 показана взаимосвязь электрической нагрузки типовой ПГУ, удельных капиталовложений на КУ и минимального температурного напора. Из рисунка 1.14 видно, что при снижении минимального температурного напора повышается производительность ПГУ, но при этом капиталовложения значительно возрастают.
Разработка технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата
Одним из возможных путей повышения эффективности выработки электроэнергии на ТЭС является снижения затрат электроэнергии на собственные нужды. Выявление основных групп факторов, которые влияют на повышение эффективности ПГУ посредством снижения затрат электроэнергии на собственные нужды КУ приведено в [52]. Поскольку данная работа посвящена исследованиям в области котлов-утилизаторов, то поиск путей снижения затрат на собственные нужды тесно связан с разработкой тепловой схемы котла-утилизатора с исключением системы рециркуляции конденсата как это показано в [49, 51]. Анализ приведённой в п. 2.1 теплогидравлической схемы котла-утилизатора показывает, что основным потребителем электроэнергии в схеме котла-утилизатора является насос рециркуляции конденсата. Основной задачей насоса рециркуляции является подача горячего конденсата на вход в поверхность ГПК для поддержания температуры конденсата на входе в ГПК на рекомендуемом уровне 55-60 C [7, 54, 58]. Для определения количества электроэнергии затрачиваемой на привод насоса рециркуляции конденсата (РЭН) и конденсатного электронасоса (КЭН) выполнен ряд поверочных расчётов для определения зависимости нагрузки от температуры конденсата за конденсатором паровой турбины. Для исследования зависимости выбран диапазон температуры конденсата от 25 до 55 C с шагом 10 C. Остальные условия работы котла-утилизатора остаются такими же, как в номинальном режиме (см. раздел разработка КУ). Основные результаты расчётов сведены в таблицу 2.1. Таблица 2.1 - Основные результаты расчётов котла-утилизатора
Далее приведены графические зависимости мощности РЭН, мощности КЭН от температуры конденсата за конденсатором паровой турбины (рисунок 2.7). Графики построены на основании данных приведенных в таблице 2.1. Зависимость изменения нагрузки КЭН и РЭН от температуры конденсата Из графика видно, что максимальные энергозатраты на привод РЭН и КЭН достигаются при наименьшем значении температуры конденсата (25 C).
Это объясняется тем, что требуется большее количество тепловой энергии на подогрев конденсата перед подачей его в поверхность нагрева, что приводит к увеличению суммарного расхода конденсата через поверхность нагрева ГПК, который равен сумме расходов конденсата на КУ и на рециркуляцию. Как сказано ранее, одним из путей решения задачи по снижению затрат энергии на собственные нужды является разработка технологической схемы низкотемпературной поверхности нагрева КУ с исключением системы рециркуляции конденсата. В ходе выполнения работы был проработан ряд технологических схемных решений и выбран вариант технологической схемы газового подогревателя конденсата отвечающий поставленным ранее целям для исследования. Альтернативность предлагаемой автором технологической схемы ГПК заключается в том, что из тракта ГПК исключается система рециркуляции конденсата. Гидравлическая схема и схема газового тракта ГПК представлены на
Движение рабочей среды (конденсата) в тракте ГПК происходит следующим образом. Холодный конденсат поступает во входную ступень (ГПК1), параллельно входному трубопроводу включена промежуточная ступень (ПромСт) в которой осуществляется подогрев конденсата. Тепловая нагрузка промступени при этом равна количеству энергии, необходимой для подогрева всего количества конденсата перед подачей в ГПК1 до температуры не ниже 60 C. Регулирование расхода конденсата через промежуточную ступень, соответственно и тепловой нагрузки этой ступени, осуществляется посредством установки трехходового клапана на входе (Кл1). Далее подогретый конденсат с температурой 60 C поступает в ГПК1. Конденсат после подогрева в ГПК1 направляется в водо-водяной теплообменник (ВВТО), где происходит нагрев сетевой воды. Для окончательного нагрева перед подачей в деаэратор конденсат направляется в ГПК2. Традиционно в схемах ГПК предусматривают байпасную линию для поддержания недогрева до кипения. В общепринятых схемах ГПК осуществляется байпассирование холодного конденсата. В предлагаемой технологической схеме байпассирование осуществляется не холодного, а частично подогретого в промступени конденсата. Такое технологическое решение обусловлено тем, что в режимах, когда температура конденсата за конденсатором паровой турбины приближается к 60 C и выше, т.е. не требуется дополнительного подогрева, тепловая нагрузка, а соответственно и расход конденсата через промступень будет приближаться к нулю. Работа промступени в безрасходном режиме может привести к нарушению гидродинамического режима, а в худшем случае и к повреждению поверхности нагрева промступени.
Регулирование расхода конденсата для поддержания недогрева конденсата до кипения перед деаэратором осуществляется с помощью трёхходового клапана устанавливаемого за промступенью (Кл2). Байпассирование подогретого конденсата потребовало дополнительной проработки схемы включения промступени. Традиционно в котлах-утилизаторах одним из унифицированных конструктивных решений является включение поверхностей нагрева по противоточной схеме [54]. Включение по противоточной схеме промступени повлечёт за собой увеличенный расход конденсата на поддержание недогрева до кипения на входе в деаэратор. Увеличенный расход конденсата через промступень приведёт к увеличению тепловой нагрузки промступени, за которой по ходу газов установлена входная ступень – ГПК1. Тогда ГПК1 будет принимать меньшее количество тепла, вследствие чего не будет возможности обеспечить достаточную тепловую нагрузку ВВТО. Таким образом, принято решение проработать дополнительно ещё одно конструктивное решение касательно промступени. Промступень была разделена на две части (входная и выходная). Обе части находятся в одном сечении, т.е. в целом промступень представляет собой один ряд труб по ходу газов. Принципиальная схема промступени представлена на рисунке 2.10. Для выполнения анализа режимов работы ГПК с применением рассматриваемой в данном исследовании технологической схемы на начальных этапах диаметр труб промступени принят равным диаметру труб основных ступеней (ГПК1 и ГПК2). Более детальные проработки конструктивных характеристик промступени приведены в пункте 4.5.
Критерии проверки вариативности технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата для энергоблоков различной мощности
При проведении оценки эффективности внедрения предлагаемой схемы включения поверхностей нагрева необходимо учитывать группу факторов, включающих в себя:
1. Затраты электроэнергии на собственные нужды. Сокращение затрат электроэнергии на собственные нужды в данном случае будет определяться из условия исключения одного из основных потребителей – РЭН, а также изменением расчётной мощности КЭН за счёт изменения сопротивления такта ГПК.
2. Состав оборудования тракта ГПК. Изменение состава основного оборудования определяется исключением системы рециркуляции конденсата.
3. Металлоемкость поверхности нагрева. Поскольку в ходе разработки технологической схемы ГПК выполняется разделение всей поверхности ГПК и увеличение температурных напоров, то будет изменяться металлоёмкость поверхности нагрева.
4. Эксплуатационные затраты на обслуживание насосов рециркуляции конденсата, включающие в себя затраты на ежедневное обслуживание оперативным персоналом и затраты на сервисное обслуживание.
5. Сокращение времени при пуске энергоблока, затрачиваемое на пуск насоса рециркуляции конденсата и проверку работы системы рециркуляции. Данный фактор является немаловажным, поскольку к энергоблокам ПГУ предъявляются повышенные требования по манёвренности [32]. Расчётная мощность привода насоса в общем виде определяется по формуле: Nн D-(pн-pв)-uср rjн где D - массовый расход среды, кг/с; pн pв - давление среды на стороне нагнетания и всасывания насоса, МПа; ср - среднее значение удельного объема воды, м3/кг; г)н - КПД насоса. Расход среды (конденсата) в лини рециркуляции определяется из решения тепловых и материальных балансов. Для наглядности на рисунке 3.3 приведена схема ГПК с рециркуляцией.
Qк.вх – количество тепловой энергии, подводимой с холодным конденсатом; Qк.вых – количество тепловой энергии, отводимой с горячим конденсатом; QГПК.вх – количество тепловой энергии, поступающей с конденсатом в поверхность нагрева; QГПК.вых – количество тепловой энергии, поступающей с конденсатом из поверхности нагрева; QРЦ.отб – количество тепловой энергии, отводимой в с конденсатом в систему рециркуляции; QРЦ.подв – количество тепловой энергии, подводимой в с конденсатом из системы рециркуляции; QВВТО – тепловая нагрузка ВВТО
Для определения необходимого количества конденсата для рециркуляции необходимо решить систему уравнений: энтальпия конденсата на входе/выходе из ГПК, кДж/кг; количество тепловой энергии, необходимой для подогрева конденсата от начальной до конечной температуры, кВт.
После на выходе из поверхности нагрева ГПК с исключением величины сопротивления трубопроводов подвода конденсата к насосу рециркуляции:
Где Ргпк преобразования системы уравнений получено следующее: [КГ-К V Ошк -1 + ЯВВЮ heblx _hsx + D6 "гпк "гпк Л = ЯШІ D+DR = D РЧ т вых Ь,вх V пгпк пгпк пгпк пгпк где hK - энтальпия конденсата на выходе из тракта ГПК, кДж/кг; he - энтальпия конденсата на входе в тракт ГПК, кДж/кг; Ь-Тпк - энтальпия конденсата на выходе из поверхности нагрева ГПК, кДж/кг; herxnK - энтальпия конденсата на входе в поверхность нагрева ГПК, кДж/кг. Давление среды (конденсата) на стороне всасывания равна величине давления среды (конденсата) - давление конденсата на выходе из поверхности нагрева ГПК, МПа; Рподв - сопротивление трубопроводов подвода к насосу рециркуляции, МПа;
Давление среды (конденсата) на стороне нагнетания равна сумме величины давления среды (конденсата) на входе в поверхность нагрева ГПК и величин сопротивления трубопроводов отвода от насоса рециркуляции и сопротивления ВВТО: Р,=Ртк+ Ро„+ і ввто где Ргпк - давление конденсата на входе в поверхность нагрева ГПК, МПа; APome - сопротивление трубопроводов отвода от насоса рециркуляции, МПа; Ьрввго - сопротивление водо-водяного теплообменника, МПа. В итоге получена зависимость расчётной мощности насоса рециркуляции конденсата: Изменение расчётной мощности конденсатного электронасоса является разностью между эквивалентной мощностью насоса необходимой для подачи всего количества конденсата и преодоления сопротивления ГПК с рециркуляцией, и эквивалентной мощностью насоса необходимой для подачи всего количества конденсата и преодоления сопротивления ГПК с технологии ступенчатого подогрева конденсата: ш Аэ Аэ к -АРГПК .рц-ср D к-bp ГПК.нов-ср п (ЬрГПК.рц-ЬрГПК.нов )-Уср КЭН = ГПК рц ГПК нов = = Мк , где NГПКрц /NГПК. нов - эквивалентная мощность насоса необходимая для подачи всего количества конденсата и преодоления сопротивления ГПК с рециркуляцией и эквивалентная мощность насоса необходимая для подачи всего количества конденсата и преодоления сопротивления ГПК с применением ступенчатого подогрева конденсата, кВт; ГПК.рц/ ГПК.нов - сопротивление ГПК с рециркуляцией и сопротивление ГПК с применением ступенчатого подогрева конденсата, МПа.
При этом изменение мощности на привод КЭН может принимать как положительно, так и отрицательное значение. Положительное значение данной величины означает, что при применении технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата будет иметь место снижение расчётной мощности КЭН, при отрицательном значении наоборот - увеличение расчётной мощности КЭН.
При оценке снижения металлоёмкости ГПК с применением технологии ступенчатого подогрева конденсата относительно схемы ГПК с рециркуляцией необходимо обязательное выполнение условия соотношения: нагрева ГПК с применением схемы с рециркуляцией, м2. Учитывая особенности теплообмена в поверхностях нагрева ГПК с применением технологии ступенчатого подогрева конденсата, необходимо определить какое из значений относительного тепловосприятия ступеней должно быть определяющим при оценке металлоёмкости. Для этого необходимо обратиться к типовой совмещённой q диаграмме трактов ГПК с применением различных технологических схем (см. рисунок 3.4). На рисунке 3.4 поверхность нагрева условно разделена на три зоны соответствующих по тепловосприятию ступеням ГПК с применением ступенчатого подогрева конденсата.
Определение зависимости относительной нагрузки первой ступени газового подогревателя конденсата от относительной нагрузки ВВТО и температуры конденсата на входе в котёл-утилизатор
Приведенные выше исследования были выполнены для определённых условий, а именно: мощность энергоблока, температура конденсата на выходе из КУ. При этом необходимо учесть, что при постановке задачи для исследования в данной работе одним из условий было то, что исследуемая схема включения поверхностей нагрева по технологическим параметрам должна соответствовать традиционной схеме ГПК. Учитывая сказанное выше, принято решение проверить вариативность применения технологии ступенчатого подогрева конденсата при проектировании подогревателей для энергоблоков различной мощности.
Парогазовая установка мощностью 110 МВт Казанской ТЭЦ-2 введена в промышленную эксплуатацию в декабре 2014 г. [23] Парогазовая установка представляет собой двухвальный моноблок. В состав ПГУ-110 входит следующее основное оборудование: - газотурбинная установка PG 6111 FA; - котёл-утилизатор двух давлений без дожигания топлива; - паротурбинная установка Т-23/36-7,5/0,12.
Основная поверхность нагрева, привлекающая интерес исследования в данной работе - низкотемпературная хвостовая поверхность (ГПК). Гидравлическая схема тракта ГПК представлена на рисунке 5.1. Для предотвращения опасности возникновения низкотемпературной коррозии выходной части ГПК применена система рециркуляции конденсата. На линии рециркуляции дополнительно установлен ВВТО для подогрева сетевой воды.
Для проведения сравнительного анализа традиционной тепловой схемы тракта ГПК (с рециркуляцией) и технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата выполнена серия расчётов, а именно: - тепловые и конструктивные расчёты ГПК со ступенчатым подогревом конденсата; - поверочные расчёты для работы при частичных нагрузках. В качестве исходных данных приняты результаты испытаний котла-утилизатора в реальных условиях.
Принципиальная тепловая схема тракта ГПК Как было сказано ранее при выполнении теплового расчёта поверхностей нагрева ГПК со ступенчатым подогревом конденсата, необходимо определить относительные тепловосприятия каждой поверхности по соотношениям, приведённым ранее.
На данном этапе следует обратить внимание на то, что температура конденсата на выходе из ГПК в данном случае выше 155 C. Это говорит о том, что потребуется затратить большее количество тепловой энергии на подогрев конденсата относительно количества тепла, воспринятого в ГПК в целом (возрастает относительное тепловосприятие ГПК2). Таким образом, возникает необходимость пересмотра зависимостей, определённых ранее. Либо, чтобы оставить возможность использования зависимостей относительного тепловосприятия ступеней ГПК от относительной нагрузки ВВТО и начальной температуры конденсата, необходимо условно разделить ГПК на две части. В первой части осуществляется нагрев конденсата до температуры 155 C и нагрев сетевой воды посредством ВВТО, а во второй части будет осуществляться нагрев конденсата до конечной температуры (в данном случае до температуры 159 C). Таким образом, получаем: Q ГПК = Q ГПК + Q ГПК , Где 2Г ПК - тепло воспринято питательной водой для нагрева до температуры 155 C и сетевой воды. QГ П К - тепло воспринятое питательной конденсатом для нагрева до конечной температуры (начальная температура для расчёта данной ступени - 155 C).
С учётом того, что вся поверхность ГПК разделена на две части следует отметить, что в данном случае при упоминании относительного тепловосприятия ступеней ГПК речь идёт о следующем соотношении:
Далее приводятся основные шаги теплового расчёта ГПК. Тепло воспринятое конденсатом для нагрева до температуры 155 C и сетевой воды QГ П К = Qк 155 + QВВТО = 36,6 (655 - 225) + 4419,4 = 20157 (кВт) Относительное тепловосприятие ВВТО QBBTO 4419,4 Qnnrn — 155 — — 0,22 QmK 20157 Относительное тепловосприятие входной части ГПК2. Чтк2 = (2,3 10"5 2 0,0028 К + 1,1992) Яввю + (-0,002 tK + 0,25) = = (2,3 10"5 542 - 0,0028 54 +1,1992) 0,22 + (-0,002 54 + 0,25) = 0,39
После определения тепловосприятия по ступеням ГПК необходимо выполнить конструктивный и теплогидравлический расчёт. Теплогидравлической расчёт выполнен с помощью программного комплекса Boiler Designer. Теплогидравлическая схема и схема газового тракта ГПК представлены на
Для определения соответствия технологической схемы ступенчатого подогрева конденсата традиционной схеме, выполнены расчёты ГПК по двум вариантам. В качестве исходных данных для расчётов в обоих случаях одинаковыми приняты: расход, температура, давление питательной воды и температура дымовых газов, а так же состав дымовых газов. Результаты расчётов сведены в таблицу 5.2.