Расчет и выбор деаэраторов, конденсатных и питательных насосов, оборудования теплофикационной установки

В соответствии с нормами технологического проектирования тип и количество регенеративных подогревателей для основного конденсата выбираются в соответствии с количеством отборов.

Таблица 3.1

Тип подогревателя	Площадь поверхности теплообмена, м	Номинальный массовый расход воды, кг/с	Расчетный тепловой поток, мВт	Максимальная температура,	Гидравлические сопротивления при номинальном расходе воды, мм. в.ст.
Группа ПНД ПН-100–16–4-III ПН-350–16–7-III ПН-350–16–7-II ПН-350–16–7-I	100 350 351 352	102,8 136,1 159.7 159.7	1,6 24,3 17.1 24.0	240 400 400 400	3,0 4,95 5.4 5.8
Группа ПВД ПВ-775–265–13 ПВ-775–265–25 ПВ-775–265–45	775 775 775	194.4 194.4 194.4	19.5 32.2 20.7	449 341 392	25,0 24,0 24,0

В соответствии с НТП конденсатные насосы выбираются по условиям максимального расхода пара в конденсатор и необходимому напору. Конденсатный насос должен иметь резерв.

Общая подача рабочих конденсатных насосов:

; т/ч (3.1)

где 1,1 и 1,2 – коэффициенты, учитывающие отвод в конденсатор

дренажной системой регенерации дренажей трубопроводов, ввод обессоленной воды.

- максимальный расход пара в конденсатор.

; т/ч (3.2)

Где – максимальный расход пара на турбину

- суммарный расход пара на регенеративные отборы

т/ч

Dкн =1,1·484=532,4 т/ч

Напор конденсатного насоса определяется, исходя из давления в деаэраторе и преодоления сопротивления всей регенеративной системы и всего тракта от конденсатора до деаэратора, а также преодоления высоты гидравлического столба в связи с установкой деаэратора на значительной высоте по условиям подпора питательного насоса.

Полный напор конденсатного насоса

; м (3.3)

где К – коэффициент запаса на непредвиденные эксплуатационные сопротивления.

- геометрическая высота подъема конденсата, равна разности уровней деаэратора и конденсатора; м

- давления в деаэраторе и конденсаторе; МПа

- сумма потерь напора в трубопроводах и ПНД.

; м (3.4)

где – гидравлическое сопротивление ПНД

– гидравлическое сопротивление охладителя уплотнений

– гидравлическое сопротивление трубопроводов

- гидравлическое сопротивление клапана деаэратора

м (3.5)

В соответствии с расчетами подача составляет Dкн =532,4 т/ч, напор =198,2 м. Выбираем по литературе [1] насос КсВ 320–210 в количестве трех штук: два рабочих и один в резерве.

Характеристика насоса КсВ 200–220

– Подача 320 м /ч

– Напор 210 м

– Допустимый кавитационный запас 1,6

– Мощность 255 кВт

– КПД насоса 75%

– Частота вращения n=1500 об/мин

В соответствии с нормами технологического проектирования количество и производительность питательных насосов должны соответствовать следующим условиям:

Для электростанций с блочными схемами на докритические параметры: подача питательных насосов определяется максимальным расходом питательной воды на питание котла с запасом не менее 5%.

На каждый блок устанавливается один питательный насос со 100% подачей, на складе предусмотрен один резервный.

Как правило, питательные насосы принимаются с гидромуфтами и электроприводами.

Подача питательного насоса равна

= (1+ , /ч (3.3)

где - продувка,

- собственные нужды, = 0,02

- номинальный расход пара на турбину, т/ч

– удельный объем

= (1+0,01+0,01)·670· 1,1=751,7 /ч

Давление питательного насоса

= – , МПа (3.4)

где - давление на стороне нагнетательного патрубка, МПа

- давление на стороне всасывающего патрубка, МПа

Давление на выходе из насоса

= + + + ρ . МПа (3.5)

где – давление в барабане котла, МПа

= + МПа (3.6)

где = 13,8 МПа – номинальное давление пара в котле

=1,4 МПа – гидравлическое сопротивление пароперегревателя барабанного котла = 13,8 + 1,4 = 15,2 МПа.

– запас давления на открытие предохранительного клапана (принимается для котлов с номинальным давлением пара от 0,4 МПа до 13,8 МПа)

= 0,05. МПа (3.7)

= 0,05. 13,8 = 0,69 МПа

Гидравлическое сопротивление нагнетательного тракта МПа

= + + + МПа (3.8)

где = 0,1 МПа – сопротивление клапана питания котла

= 0,15–0,35 МПа – гидравлическое сопротивление трубопровода

= 0,35–0,75 МПа – гидравлическое сопротивление экономайзера котла

– гидравлическое сопротивление подогревателей высокого давления МПа.

= 0,1 + 0,2 + 0,97 + 0,43 = 1,7 МПа

- геодезический напор, м

где ρ – плотность воды на стороне нагнетания, кг/

– высота столба воды на нагнетательной стороне насоса, м

102 – эквивалент

Давление на стороне нагнетательного патрубка в первом приближении

= + + МПа (3.9)

= 15,2 + 0,69 + 1,7 = 17,6 МПа

= (15,2 + 17,6) / 2 = 16,4 МПа

t_ср = (t_б + t_пн) /2 ^оС (3.10)

где t_б – температура в барабане ^оС

t_пн – температура в питательном насосе ^оС

t_пн = t_д + Δt_пн ^оС (3.11)

где t_д – температура в деаэраторе ^оС

Δt_пн – коэффициент повышения температуры в питательном насосе ^оС

Δt_пн = [υ· (Р_н – Р_в) ·10³] / (с · η_пн) ^оС (3.12)

где Р_н – давление на стороне нагнетания, МПа

Р_в – давление на стороне всасывания, МПа

с – удельная теплоемкость, кДж/кг· ^оС

η_пн – кпд питательного насоса%, η_пн = 0,85%

Δt_пн = [0,0011· (18 – 0,8) ·10³] / (4,19 · 0,85) = 5,3 ^оС

t_пн = 165 + 5,3 = 190,3 ^оС

t_ср = (343,18 + 170,3) / 2 = 256,74 ^оС

υ = 0,0016680 м³/кг

= 1/0,0016680 = 599,5 кг/м³

( · Н_н) / 102 = (0,5995 ·48) / 102 = 0,28 МПа

= 15,2+0,69+1,7+0,28 = 17,87 МПа

= – + ρ . МПа (3.13)

где = 0,69 МПа – давление в деаэраторе

= 0,01 МПа – сопротивление водяного тракта до входа в питательный и предвключенный насос

ρ = 0,909 т/м – плотность воды

= 21 МПа – высота столба воды на всасывающей стороне насоса, принимается по условию кавитационного запаса на всосе насоса.

= 0,69 – 0,01 + 0,902. = 0,865 МПа

=17,87 – 0,865 = 17,005 МПа

В соответствии с расчетами подача составляет Dпн =766,48 м³/ч, напор Hпн=17.005 м. Выбираем по литературе [1] насос ПЭ-780–200 в количестве двух штук: два рабочих и один в резерве (хранится на складе).

Характеристика насоса ПЭ-780–200

– Напор 2030 м

– Допустимый кавитационный запас 15

– Мощность 4500 кВт

– КПД насоса 80%

– Частота вращения n=2985 об/мин

В соответствии с нормами технологического проектирования суммарная производительность деаэраторов питательной воды выбирается по ее максимальному расходу.

Суммарный запас питательной воды в баках основных деаэраторов должен обеспечивать работу в течение 3,5 минут.

К основному деаэратору предусматривается подвод резервного пара для удержания в них давления при сбросах нагрузки и деаэрация воды при пусках. Тепло выпара деаэратора питательной воды используется в тепловой схеме станции. Расход питательной воды:

= (1 + α +β). , т/ч (3.14)

где α = 0,02 т/ч, β = 0,02 т/ч – расходы питательной воды на продувку и собственные нужды в долях от паропроизводительности

- максимальный расход пара на турбину.

= (1 + 0,01 + 0,01). 670= 683,4 т/ч

Минимальная полезная вместительность деаэраторного бака (БДП)

. , м (3.15)

где =3,5 мин – время в течение, которого обеспечивается суммарный запас питательной воды в баках основного деаэратора

= 1,1 м /т – удельный объем воды

- расход питательной воды, т/ч;

= 3,5. 1,1. = 43,9 м

В соответствии с полученными расчетами =683,4; выбираем деаэратор типа ДП-1000.

Рабочее давление 0,69 МПа с деаэраторным баком 120 м .

В соответствии с НТП расширителей непрерывной продувки служат для использования теплоты непрерывной продувки и частичного возврата рабочего тепла в тепловую схему ТЭС.

Для котлов с давлением более 10 МПа применяется двухступенчатая сепарация продувочной воды при норме напряженности объема 1000 м³/м³ (1000 м³ образующегося пара в час на 1 м³ полезного объема расширителя).

Количество продувочной воды регламентируется ПТЭ. Продувка равна 1,5% от Dк.

Расчет расширителей непрерывной продувки первой ступени:

D_пр = β_пр · D_к^ном, т/ч (3.16)

β_пр = 1,5% от паропроизводительности котла

D_пр = 0,01 · 670 = 6,7 т/ч

Давление в барабане котла:

Р_б = Р_о^к + ∆Р_пп, МПа (3.17)

Р_о^к– номинальное давление пара в котле, МПа

Р_о^к = 13,75 МПа

∆Р_пп – гидравлическое сопротивление пароперегревателя, МПа

∆Р_пп = 1,4 Мпа

Р_б = 13,75 + 1,4 = 14,15

В данном случае целесообразно завести пар из первой ступени сепаратора в деаэратор, поэтому давление в РНП – Ι, и потеря продувочной воды определяется из уравнения теплового и материального баланса расширителя продувки:

Q_пр = Q_с1 + Q_0,7(3.18)

D_пр ·i_б · η = D_c₁ · i^''_Ι + D_0,7 · i^'_Ι

D_пр ·i_б · η = D_c₁ · i^''_Ι + D_пр · i^'_Ι – D_с1 · i^'_Ι

D_пр · (i_б · η – i^'_Ι) = D_c₁ · (i^''_Ι – i^'_Ι)

D_c₁ = D_пр · (i_б · η – i^'_Ι) / i^''_Ι – i^'_Ι

D_c₁ = 6,7 · (1620 · 0,98 – 697) / (2762,9 – 697,1)= 2,89 т/ч = 0,8 кг/с

V1 =D_c₁ V» (3.19)

i_б, i^''_Ι, i^'_Ι – энтальпии продувочной воды, отсеппарированного пара и отсеппарированной воды соответственно, кДж/кг.

η – коэффициент, учитывающий охлаждение сепаратора, принимается равным 0,98.

V1 – объём пара, образующегося в первой ступени, м³/ч.

V» – удельный объем сухого насыщенного пара при давлении 0,7 МПа.

V1 = 2,88·0,272 = 0,7853 = 785,3 м³/ч

υ1 = nk · V1 / 1000 (3.20)

υ1 – необходимый объём расширителя первой ступени.

nk – количество котлов на 1 расширитель.

υ1 = 4 · 785,3 / 1000 = 3,15 м³

В соответствии с полученными расчетами υ1 = 3,15 м³ выбираем расширитель типа СП – 5,5 в количестве 2 штук.

Расчет расширителей непрерывной продувки второй ступени. Количество продувочной воды после сепаратора первой ступени:

D_пр^' = D_пр – D_c₁, т/ч (3.21)

D_пр^' = 6,7–2,89 = 3,81 т/ч

(D_пр – D_c₁) · i^'_Ι = D_c₂ · i^''_ΙΙ + D_0,15 · i^'_ΙΙ(3.22)

D_пр · i^'_Ι – D_с1 · i^'_Ι = D_c₂ · i^''_ΙΙ + (D_пр – D_c₁ – D_с2) · i^'_ΙΙ

D_пр · i^'_Ι – D_с1 · i^'_Ι = D_c₂ · i^''_ΙΙ + D_пр· i^'_ΙΙ – D_c₁· i^'_ΙΙ – D_с2· i^'_ΙΙ

D_пр · (i^'_Ι – i^'_ΙΙ) + D_c₁ · (i^'_Ι – i^'_ΙΙ) = D_c₂ · (i^''_ΙΙ – i^'_ΙΙ)

D_c₂ = D_пр · (i^'_Ι – i^'_ΙΙ) + D_c₁ · (i^'_Ι – i^'_ΙΙ) / i^''_ΙΙ – i^'_ΙΙ

D_c₂ = 3,81· (697 – 467,13) + 2,89 · (697 – 467,13) /(2693,9 – 467,13) = 0,37 т/ч

i^'_ΙΙ, i^''_ΙΙ – энтальпии сухого насыщенного пара и отсеппарированной воды, кДж/кг.

Количество продувочной воды, сбрасываемой в канализацию:

D_пр^'' = D_пр^' – D_c₂, т/ч (3.23)

D_пр^'' = 3,81–0,37 = 3,44 т/ч

V2 =D_c₂ V» (3.24)

V2 – объём пара, образующегося в первой ступени, м³/ч.

V» – удельный объем сухого насыщенного пара при давлении 0,15 МПа.

V1 = 0,37·0,1159 = 0,3977 = 397,7 м³/ч

υ2 = nk · V2 / 1000 (3.25)

υ2 – необходимый объём расширителя второй ступени.

nk – количество котлов на 1 расширитель.

υ2 = 4 · 397,7 / 1000 = 1,59 м³

В соответствии с полученными расчетами υ1 = 1,59 м³

выбираем расширитель типа СП – 7,5 в количестве 2 штук.

В соответствии с НТП теплофикационные установки при закрытых схемах включают в себя сетевые насосы, сетевые подогреватели, конденсатные сетевые насосы, пиковый водогрейный котел.

Производительность основных подогревателей сетевой воды ГРЭС выбирается по номинальной величине тепловой мощности теплофикационных отборов.

Подогрев сетевой воды в основных сетевых подогревателях выполняется преимущественно в двух ступенях.

В соответствии с НТП номинальная тепловая мощность отопительных отборов для турбины типа К-210–130 составляет 400 ГДж/ч. Р_то=0,232 МПА

Переведем ГДж/ч в удобные для расчета единицы:

т/ч

Расход пара на один сетевой подогреватель

В соответствии с полученными расчетами расход пара на один сетевой подогреватель равен 10,1 кг/с, следовательно, выбираем ПСВ-125–7–15 в количестве пяти штук. С расходом пара 11,39 кг/с; давлением воды 1,57 МПа; расходом воды 69,4 кг/с.

В соответствии с НТП, сетевые насосы устанавливаются как групповые, так и индивидуальные для каждой турбины. При групповой установке 3 и менее сетевых насосов, дополнительно устанавливается 1 резервный. При установке 4 и более резервный насос не устанавливается. Подача сетевых насосов определяется по расчетному расходу сетевой воды.

В соответствии с заданием отопительная нагрузка = 300 ГДж/ч, горячее водоснабжение = 100 ГДж/ч, температурный график 120–70, схема закрытая.

Определяем тип включения насосов

(3.26)

Расход сетевой воды на ГВС

; т/ч (3.27)

где – тепловая нагрузка на горячее водоснабжение; ГДж/ч

– удельный расход сетевой воды на ГВС; т / Гкал

т/ч

Расход сетевой воды на отопление

; т/ч (3.28)

где – тепловая нагрузка на отопление; ГДж/ч

- удельная теплоемкость воды, кДж/кг·^оС

и - температура прямой и обратной воды; °С

т/ч

Расчетный расход сетевой воды в целом по ТЭЦ

; т/ч (3.29)

где – расход сетевой воды на ГВС; т/ч

– расход сетевой воды на отопление; т/ч

т/ч

Расчетный расход сетевой воды на блок

; т/ч (3.30)

где - расчетный расход сетевой воды в целом по ТЭЦ; т/ч

- количество турбин; шт.

; т/ч

Напор насоса H= 140 м (определяется давлением в тепловых сетях Ргидр =180 м)

В соответствии с полученными расчетами подача составляет = 1863,8 т/ч, напор Н= 140 м. Выбирается сетевой насос типа: СЭ-1250–140 в количестве трех, два рабочих и один резервный. На складе имеется один резервный насос для каждого типоразмера.