Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65 (3000 (Часть пояснительной к диплому)

Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65 (3000 (Часть пояснительной к диплому)

Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65/3000.

Постановка задачи.

Расчет тепловой схемы АЭС сводится к расчету стандартной турбоустановки.

Расчет приведен для турбоустановки К-500-65/3000, паровой турбины с

мощностью 500 МВт для одноконтурной АЭС с реактором РБМК-1000.

Конечной целью расчета является определение электрической мощности и КПД

турбоустановки при заданном расходе пара на турбину и заданной мощности

теплофикационной установки.

Описание расчетной тепловой схемы.

Особенности тепловой схемы одноконтурной АЭС связаны с радиоактивностью

паров. В любой схеме таких АЭС обязательно: во-первых, включение в тепловую

схему испарителя для получения нерадиактивного пара, подаваемого на

уплотнения турбины; во-вторых, использование промежуточного водяного

контура между греющим паром и водой теплосети. Выполнение этих решений

обязательно. Оба этих условий были реализованы в рассчитываемой тепловой

схеме.

Производится расчет паротурбинной установки, в которой образование пара

происходит в корпусе реактора блока АЭС с РБМК-1000. В барабан-сепараторе

происходит разделение острого пара и воды. Острый пар подается на ЦВД

турбины и двухступенчатый пароперегреватель (ПП2).

Турбина К-500-65/3000 состоит из одного двухпоточного ЦВД и четырех

двухпоточных ЦНД. Отборы из ЦВД и ЦНД идут на регенеративные подогреватели,

а также на подогреватели сетевой воды, деаэратор и испаритель. Для

уменьшения поступления продуктов коррозии в реакторную воду, ПВД не

устанавливаются. Охладители дренажей установлены после каждого ПНД (в

данной схеме пять ПНД). Используем каскадного слива дренажей ПНД, которые

сливаются в конденсатор. Конденсатный насос установлен по двухподъемной

схеме: КН1 – после конденсатора, а КН2 – перед ПНД1.

Подогрев основного конденсата, проходящего последовательно через все ПНД,

происходит в следующей последовательности: ПНД1 – 7 отбор, ПНД2 – 6 отбор,

ПНДЗ – 5 отбор, ПНД4 – 4 отбор, ПНД5 – 3 отбор. Также происходит подогрев

сетевой воды: Б1 – 5 отбор, Б2 – 4 отбор, БЗ – 3 отбор, Б4 – 2 отбор. За

счет 2 отбора происходит деаэрация, а также парообразование нерадиактивного

пара в испарителе.

Между ЦВД и ЦНД установлен сепаратор и двухступенчатый пароперегреватель.

Дренаж после сепаратора сбрасывается в ПНДЗ, после ПП1 и ПП2 в деаэратор.

От естественных примесей воды реактор одноконтурной АЭС надежно защищает

100 % - ная конденсатоочистка. БОУ установлен перед КН2, после КН1

установлены основной эжектор и эжектор уплотнений.

Расчетная схема ПТУ и h, s – диаграмма процесса в турбине.

Расчетная схема составлена на основе принципиальной схемы, разработанной

заводом-изготовителем (ХТГЗ). Исходные данные по параметрам отборов турбины

К-500-65/3000 были взяты из [1] и сведены в табл 0.4.-1. Некоторые числовые

данные были взяты из [4], проекта турбоустановки К-750-65/3000 (близкой по

своим характеристикам к рассчитываемой). В табл. 0.4.-1 представлены данные

о параметрах пара в отборах турбины. По таблице построена h, s – диаграмма

процесса расширения пара в турбине (рис.2). В табл. 0.4.-2 представлены

основные исходные данные.

Таблица 0.4.-1: Параметры пара в отборах турбины К-500-65/3000.

|Отбор |Давление |Ст. сухости |Энтальпия |Температура |

|i |pi, МПа |X |hi, кДж/кг |Тi,°С |

|0 |6.59 |0.995 |2770 |281.8 |

|1 |2.055 |0.900 |2608 |213.8 |

|2 |1.155 |0.880 |2544 |186.3 |

|3 |0.632 |0-.860 |2468 |160.9 |

|4 |0.348 |0.849 |2390 |138.7 |

|5 |0.142 |- |2852 |189.3 |

|6 |0.066 |- |2724 |122 |

|7 |0.026 |0.990 |2596 |65.9 |

Давление в конденсаторе: рк=0.004 МПа (hк=2416 кДж/кг).

Таблица 0.4.-2: Основные исходные данные.

|Характеристика |Численное |Размерность |

| |значение | |

|[pic] - расход пара на турбоустановку |793.1 |кг/с |

|[pic] - давление пара перед турбоустановкой |6.59 |МПа |

|[pic] - степень сухости пара перед |0.995 |- |

|турбоустановкой | | |

|[pic] - температура промперегрева |265.4 |оС |

|[pic] - давление в деаэраторе |0.69 |МПа |

|[pic] - давление в конденсаторе |0.04 |МПа |

|[pic] - тепловая мощность, отдаваемая в |22.2 |МВт |

|теплосеть | | |

Рис. 1: Тепловая схема ПТУ К-500-65/3000.

Рис. 2: Процесс расширения пара в турбине.

Таблица параметров и расходов рабочего тела.

При заполнении таблицы используем материал изложенный в [2]. Значения

параметров рабочего тела, необходимые для расчета уравнений теплового

баланса элементов схемы и заданные расходы, так же как и основные

результаты расчета, удобно сводить в таблицу. Данные в строках 1, 2, 3 –

номера отборов, давления и энтальпии в них вносятся из табл. 0.4.-1.

Давления в подогревателях (строка 4) рассчитываются по давлению в отборах с

учетом гидравлических потерь по формуле:

- необходимое давление в точке турбины, из которой отбирается пар на

подогреватель r:

[pic]

- относительная величина потери давления в паропроводе от турбины до

подогревателя:

[pic]

r – номер подогревателя по ходу воды, включая деаэратор.

В стоку 5 внесены температуры насыщения при этих давлениях. Строка 6

заполняется при наличии у подогревателя охладителя дренажа (указывается

выбранный недогрев в нем). Температура дренажа (строка 7) при отсутствии

охладителя дренажа равна температуре насыщения в подогревателе (строка 5),

в противном случае температура дренажа рассчитывается по формуле:

[pic]

[pic] - температура среды на выходе из предыдущего подогревателя

(строка 11);

[pic] - значение min температурного напора в охладителе дренажа (строка

6).

Энтальпии дренажей подогревателей (строка 8) определяются по [4] на линии

насыщения при давлении в соответствующем подогревателе. Давление воды за

подогревателями (строка 9) находят по напору питательного и конденсатного

насосов с учетом гидравлических потерь по водяной стороне подогревателя.

Температура обогреваемой среды после подогревателя (строка 11) определяется

по формуле:

[pic]

[pic] - температура насыщения в подогревателе (строка 5);

[pic] - принятое значение минимального температурного напора (строка

10).

Энтальпия нагреваемой воды (строка 12) определяется по соответствующим

давлениям и температурам (строки 9 и 11). В строку 6 и 10 вносятся

выбранные значения [pic] с учетом используемых в схеме подогревателей. В

строку 13 вносятся рассчитанные значения расходов пара через элементы

схемы.

Таблица 0.4.-3: Параметры рабочего тела в элементах расчетной схемы.

|[pic] - расход пара после ЦВД |615.36 |кг/с |

|[pic] - расход пара через С |96.59 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПП1 |36.58 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПП2 |42.57 |кг/с |

|[pic] - расход конденсата после ПНД5 |717.47 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара от 2-го отбора |6.19 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПНД5 |36.53 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПНД4 |44.63 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПНД3 |16.14 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПНД2 |19.27 |кг/с |

|[pic] - расход греющего пара через ПНД1 |25.89 |кг/с |

|[pic] - энтальпия питательной воды |698.93 |кДж/кг |

Баланс всех полученных расходов проверяем на основе уравнения материального

баланса конденсатора. Расход рабочего тела после конденсатора запишем в

следующем виде:

[pic] кг/с

[pic] кг/с;

[pic] кг/с – конденсат после ХВО, сбрасываемый в конденсатор;

[pic] кг/с – дренаж после ЭУ;

[pic] кг/с – дренаж после ОЭ;

[pic] кг/с – протечки уплотняющей воды через ПН;

[pic] кг/с – протечки уплотняющей воды через ГЦН;

[pic] кг/с – расход пара за ЦНД;

[pic] кг/с – расход пара уплотнения ЦНД;

[pic] кг/с – протечки пара через уплотнения ЦНД.

Зная [pic], определим расход основного конденсата через ПНД:

[pic] кг/с

[pic] кг/с – расход связанный с подсосом уплотняющей воды ПН;

[pic] кг/с – расход связанный с подсосом уплотняющей воды ГЦН.

Данный результат совпадает с величиной, полученной в ходе решения системы

уравнений [pic] кг/с.

Температура питательной воды [pic] oC определяем по энтальпии питательной

воды [pic] кДж/кг и по давлению за деаэратором, которое складывается из

[pic] МПа.

Внутренняя мощность турбины [4].

Внутреннюю мощность турбины определяют как сумму мощностей отсеков турбины

(количество отсеков турбины К-500-65/3000 равно 8) табл. 0.9.-1.

Таблица 0.9.-1: Внутренняя мощность турбины.

|Расход пара через отсек турбины Di, |Теплоперепад Hi, кДж/кг|Di(Hi, |

|кг/с | |кВт |

|[pic] |[pic] |121391 |

|[pic] |[pic] |45616 |

|[pic] |[pic] |53025 |

|[pic] |[pic] |51373 |

|[pic] |[pic] |62123 |

|[pic] |[pic] |63476 |

|[pic] |[pic] |61010 |

|[pic] |[pic] |81441 |

|[pic] кВт |

Расчет мощности на клеммах генератора:

[pic] кВт

[pic] кВт – расход мощности на вращение самого турбогенератора;

[pic] – к.п.д. генератора (принимаем).

Гарантированная эл. мощность (по методике завода-изготовителя):

[pic] кВт

Расход электроэнергии на привод насосов конденсатно-питательного тракта.

К.п.д. электроприводов всех насосов принимаем следующим [pic].

Расход электроэнергии на привод конденсатного насоса 1-го подъема:

[pic] кВт

Расход электроэнергии на привод конденсатного насоса 2-го подъема:

[pic] кВт

Расход электроэнергии на привод питательного насоса:

[pic] кВт

Суммарный расход электроэнергии на собственные нужды турбоустановки:

[pic] кВт

Показатели тепловой экономичности.

Расход теплоты на производство электроэнергии турбоустановки:

[pic] кВт

Суммарный расход теплоты на внешнее потребление:

[pic] кВт

[pic] кВт – количество теплоты, отдаваемое в теплосеть;

[pic] кВт – расход теплоты на подогрев доб. воды;

[pic] кг/с – расход добавочной воды;

[pic] кДж/кг – энтальпия добавочной воды (tнач(28 0С).

Удельный расход теплоты брутто по турбоустановке:

[pic]

Электрический к.п.д. брутто турбоустановки:

[pic]

Электрический к.п.д. нетто турбоустановки:

[pic]

Заключение.

В ходе проведенного расчета были определены: электрическая мощность и КПД

турбоустановки при заданном расходе пара на турбину и заданной мощности

теплофикационной установки.

-----------------------

X, h4

DС, hСдр

X-DС, hС0

DПП1, h1

X-DС, hС0

hПП1др

hПП10

DПП2, h0

X-DС, hПП0

hПП1др

hПП20

DД6, h2

DДк, hДк

DОЭ, hОЭ

DП5к, hП5к

DПП1, hПП1др

DПП2, hПП2др

DИ, hИдр

DП5, h3

DП5к, hП5к

DП5+DИ, hП5др

hП4к

DП5+DИ, hП5др

DП4, h4

DП5к, hП4к

DП5+DИ+DП4, hП4др

hП3к

DП5+DИ+ DП4, hП4др

DП3, h5

DП5к, hП3к

DП5+DИ+DП4+DП3+DC, hП3др

hП2к

DБ1+DБ2+ DБ3+ DБ4, hБ1др

DП5+DИ+ DП4+ DП3+ DС, hП3др

DП2, h6

DП5к, hП2к

DП5+DИ+DП4+DП3+DC+ DП2, hП2др

hП1к

DП5+DИ+ DП4+DП3+DC+DП2+( DБi, hП2др

DП1, h7

DП5к, hП1к

DП5+DИ+DП4+DП3+DC+DП2+ DП1+( DБi, hП1др

hвх П1к

[pic]