Расчёт теплофикационной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО "Санкт - Петербургский государственный политехнический университет" (филиал) в г.Сосновый Бор

Институт ядерной энергетики

Кафедра "Проектирование и эксплуатация АЭС"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Энергооборудование АЭС"

Тема: "Расчёт теплофикационной установки"

Студента: Чистюхина П.В.

группа: В6297/2

Руководитель:

доцент, к.т.н.: Корнев В.К.

г.Сосновый Бор

2011 год

Задание на курсовую работу

1) Исходные данные: МКЭР-800

2) Тип паровой турбины: К-800-65/3000

3) Установленная мощность АЭС: 800 МВт

4) Максимальная тепловая нагрузка: 250 МВт

5) Регион: г.Петропавловск-Камчатск

6) Количество жителей: 10000

7) Структура тепловых нагрузок:

8) Характеристика тепловой сети:

№ участка	Длина участка, м	Пьезометрическая высота в конце участка, м
1	2800	40
2	2000	70
3	1500	30

9) Местные сопротивления:

Тип сопротивления	1 участок	2 участок	3 участок
Клапаны проходные	2	2	1
Компенсаторы	2	1	1
Колена	1	2	2
Тройники	1	1	1

Руководитель: доцент, к.т.н. Корнев В.К.

Содержание

1. Составление и описание тепловой схемы турбоустановки

2. Построение рабочего процесса ТУ, определение параметров пара и конденсата

3. Расчет и построение графиков тепловых нагрузок. Определение расхода сетевой воды

4. Составление схемы и расчет ТУ

5. Определение гидравлических сопротивлений сети, диаметров трубопроводов

6. Построение пьезометрического графика сети

7. Тепловой расчет трубопроводов

8. Выбор оборудования

Список используемой литературы

турбоустановка конденсат трубопровод пьезометрический

1. Составление и описание технологической схемы турбоустановки

В данной курсовой работе производится расчёт теплофикационной установки АЭС с РУ типа МКЭР - 800, в г. Петропавловск-Камчатск. Теплофикационная установка состоит из трёх подогревателей (верхнего, нижнего и пикового), насосов сетевой и подпиточной воды, а также вспомогательного оборудования.

Для нагрева сетевой воды в бойлерах используется пар из отборов турбины с параметрами:

в Б3 - отбор №6 с Р=0,3 МПа, t=124⁰С;

в Б2 - отбор №5 с Р=0,49 МПа, t=147⁰С;

в Б1 - отбор №4 с Р=1,5 МПа, t=196⁰С.

В отопительный сезон в работе находятся два подогревателя - нижний и верхний. Пиковый включается в работу в период особо низких температур и в период максимального потребления сетевой воды.

Рисунок 1 - Расчетная схема турбоустановки К-800-65/3000

Основные технические характеристики турбины К-800-65/3000:

Мощность номинальная, МВт 800;

Мощность максимальная, МВт 810;

Частота вращения, с^-1 50;

Параметры свежего пара:

давление, МПа абс. 6,37;

температура, ⁰С 279,5;

влажность, %............................................................................................. 0,5;

Параметры пара после промежуточного перегрева:

давление, МПа абс. 0,49;

температура, ⁰С 263;

Число отборов пара для регенерации 7;

Температура питательной воды, ⁰С 190;

Номинальная температура охлаждающей воды, ⁰С 15;

Давление в конденсаторе, кПа абс. 4,3;

Расход охлаждающей воды через конденсаторы, т/ч 170 000;

Максимальный расход свежего пара, кг/с 1222;

Конструктивная схема турбины ………………………………………….. 1ЦВД + 4ЦНД;

2. Построение рабочего процесса в турбоустановке, определение параметров пара и конденсата

По исходным данным и полученным в результате расчета параметрам пара строим процесс расширения пара в турбине в h-s-диаграмме.

Таблица№1. Сводная таблица параметров пара и воды

Элемент ПТС	Точка	Параметры пара и дренажа
		Р,МПа	Р',МПа	h,кДж/кг	h`, кДж/кг	ts, 0С
ПП-2	0	6,37	6.05	2770	1234.2	280
ЦВД	0'	6,05	5,75	2770	1216,5	276
ПВД-7	1	4.2	3,99	2720	1080,2	239
ПП-1	1	4.2	3,99	2720	1080,2	239
ПВД-6	2	2,85	2,71	2670	981,2	216
ПВД-5	3	1,5	1,43	2580	837,5	196
Деаэратор	3	1,5	0,7	2580	697,1	165
ПНД-4	4	0,49	0,44	2945	556,5	147
ПНД-3	5	0,3	0,285	2870	497,9	124
ПНД-2	6	0,1	0,095	2760	411,5	108
ПНД-1	7	0,03	0,0285	2575	282,7	82,6
Конденсатор	К	0,0043	0,0041	2325	105,51	28,1

3. Расчёт и построение графиков тепловых нагрузок. Определение расхода сетевой воды

Определение тепловой нагрузки

Таблица №2. Климатические данные по г.Петропавловск-Камчатск.

Отопительный период	Лето
Продолжи тельность, сут.	Температура воздуха, 0С	Температура воздуха, 0С
	Расчётная для проектирования	Средняя отопительного периода	Средняя самого холодного месяца	Средняя самого жаркого месяца
	tно	tнв
205	-32	-23	-10,1	-22,3	+21,1

Определение отопительной нагрузки

Х₀ - удельная тепловая нагрузка для отопления 1 м³ = 0,4 - 0,5Вт/м³*град; V₀ - объём отапливаемого помещения для одного человека = 50 м³; м - коэффициент инфильтрации = 0,1-0,3; t_ВН - внутренняя температура для жилых помещений = 18⁰С; t_н - средняя температура отопительного периода = -10,1

,МВт

МВт

t_нв - расчётная температура воздуха для проектирования отопления = -32⁰С

Горячее водоснабжение

С_р - удельная теплоемкость воды = 4,25 кДж/кг*К;

g - норма литров на одного человека горячей воды = 110 лит/чел*сут;

в - поправка на дополнительное потребление горячей воды в сутки = 20 чел*сут;

с - плотность воды = 958.4 кг/м³;

t_ГВ - температура горячей воды = 70⁰С;

t_ХВ - температура холодной воды = 9°С.

Вентиляционная нагрузка

k_в=1,1-1,2;

V_в-объем вентилируемого помещения на одного человека = 15м³;

t_вн - внутренняя температура для жилых помещений = 18⁰С;

t_нв - средняя температура отопительного периода = -10,1⁰С

Общая тепловая нагрузка

Для построения графика данного региона выбираем число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха.

Определение расхода сетевой воды

Составляем уравнение теплового баланса:

Для построения графика по "продолжительности" из справочника берутся значения длительности стояния низких температур

Таблица №3. Длительность стояние низких температур.

tНВ,0С	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	+8
фУ,час	2	53	348	1050	1880	2600	3240	3900	4920

Рисунок 2 - Графики тепловых нагрузок.

4. Составление схемы и расчёт теплофикационной установки.

Рисунок 3 - Схема теплофикационной установки турбины К - 800 - 65/3000.

Определение тепловой нагрузки каждого подогревателя

Определим распределение тепловой нагрузки между подогревателями в часы потребительского максимума

Б1 (40%):

Б2 (30%):

Б3 (30%):

Определим расход пара для нагрева сетевой воды в бойлерах

Определим количество тепла, отдаваемое паром в каждом подогревателе на подогрев сетевой воды с учётом коэффициента полезного действия подогревателя из уравнений теплового баланса:

коэффициенты полезного действия бойлеров

Определим расход пара для нагрева сетевой воды в каждом бойлере с учетом потерь в промконтуре

Расход пара в Б1:

Расход пара в Б2:

Расход пара в Б3:

Определение гидравлических сопротивлений сети, диаметров трубопроводов

коэффициенты местных сопротивлений трубопроводов:

клапаны проходные……………………………………...ом =6;

тройники………………………………………………… ом =3;

компенсаторы…………………………………………….ом =1.7;

колена…………………………………………………….. ом =0.7.

Зададимся изменениями скорости, плотности и температуры по участкам:

Таблица №4.

1	2	3

Определяем линейные потери давления для участков сети по формуле

где:

- длина участка;

- внутренний диаметр трубопровода;

- плотность воды;

- скорость воды;

- коэффициент гидравлического трения.

Расчет участков

Расчет 1 участка

Определяем внутренний диаметр трубопровода на данном участке.

Выбираем внутренний диаметр труб близкий к полученному значению: d_вн1=0,82м; d_н1=0,89м

Определяем коэффициент гидравлических сопротивлений.

Определяем линейные потери давления на данном участке.

Определяем местные потери давления на данном участке.

Определяем суммарные потери давления на данном участке.

Определяем число Рейнольдса.

Расчет 2 участка

Определяем внутренний диаметр трубопровода на данном участке.



Выбираем внутренний диаметр труб близкий к полученному значению: d_вн2=0,82м; d_н2=0,89м

Определяем коэффициент гидравлических сопротивлений.

Определяем линейные потери давления на данном участке.

Определяем местные потери давления на данном участке.

Определяем суммарные потери давления на данном участке.

Определяем число Рейнольдса.

Расчет 3 участка

Определяем внутренний диаметр трубопровода на данном участке.

Выбираем внутренний диаметр труб близкий к полученному значению: d_вн1=0,82м; d_н1=0,89м

Определяем коэффициент гидравлических сопротивлений.

Определяем линейные потери давления на данном участке.

Определяем местные потери давления на данном участке.

Определяем суммарные потери давления на данном участке.

Определяем число Рейнольдса.

6. Построение пьезометрического графика сети

За нулевой уровень принимается пьезометрическая высота АЭС. Трубопровод располагают на поверхности земли - точка 0 на пьезометрическом графике.

Строим профиль местности.

Линия 0 - K.

Наносим высоту зданий в конце каждого участка (этаж ?3м).

Линия 0 - К'.

Проводим линию статического напора S₁-S₂ на 5м выше зданий. Этот уровень соответствует заполнению всех потребителей водой.

Проводим линию безопасности работы радиаторов Z3-Z4, Z1-Z2(для чугунных 60м, для стальных 100м соответственно).

Откладываем максимальный напор прямой магистрали в начале - точка "а".

Потерю напора в распределительном коллекторе АЭС примем равной 10 м вод.ст. - отрезок а-b.

По данным гидравлического расчета строим линию b-c-d-e, соответствующую падению давления в прямой магистрали.

1Па=0.102 мм вод.ст.

Учтём напор между прямой и обратной магистралью, примем его равным 10м. Участок, соединяющий магистрали f-e.

Строим линию падения давления в обратной магистрали f-g-l-m. Падение давления в обратной магистрали на 30% меньше, чем падение давления в прямой магистрали.

Учтём падение давления в приемном коллекторе АЭС (50 м вод.ст.).

Проведём линию невскипания n-p, функцию от температуры и давления сетевой воды Условие от вскипания воды на участках магистральных трубопроводов:



Рис.4. Пьезометрический график.

7. Тепловой расчет трубопровода

Определение линейных теплопотерь

Линейные тепловые потери:

l_i - длина участка трубопровода, м;

d₁ - внутренний диаметр трубопровода на данном участке, м;

d₂ - внутренний диаметр слоя теплоизоляции из минеральной ваты, м;

d₃ - внутренний диаметр слоя теплоизоляции из асбестоцементной штукатурки, м;

d₄ - наружный диаметр трубопровода с учетом теплоизоляционных материалов, м;

- средняя температура горячей воды (греющая среда) по участкам, ⁰С;

= -10,1 - средняя температура окружающего воздуха (нагреваемая среда) или средняя температура отопительного периода, ⁰С;

- коэффициент теплопроводности теплоизоляции из минеральной ваты (первый слой);

- коэффициент теплопроводности теплоизоляции из асбестоцементной штукатурки (второй слой);

б_1j - коэффициент теплоотдачи от жидкости внутри трубы к внутренней стенки по участкам;

б_2j - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к атмосферному воздуху;

Определяем коэффициент теплоотдачи от жидкости внутри трубы к внутренней стенке по участкам:

- критерий Нуссельта,

критерий Рейнольдса.

Для первого участка:

Для второго участка:

Для третьего участка:

Определяем коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к атмосферному воздуху:

-

коэффициент теплоотдачи тепловым излучением,

где:

,

Теплоизоляционные материалы, применяемые при открытой прокладке труб. Первый слой: маты минераловатные прошивные марки ВФ - 75 на металлической сетке:

, толщина слоя д₁ = 100 мм,

2-й слой: асбоцементная штукатурка:

, толщина слоя д₂ = 20 мм.

- коэффициент теплоотдачи конвекцией к атм. воздуху, где:

- средняя скорость ветра,

= d₁ + 2· s + 2· д₁ + 2· д₂ = 0,89 + 2·0,009 + 2·0,1 + 2· 0,02 = 1,148 м

Поскольку диаметр d₄ на всех трёх рассчитываемых участках одинаковый, то коэффициент теплоотдачи б₂ будет одинаковым для всех участков.

Определяем линейные тепловые потери.

Определяем удельные тепловые потери по участкам:

Определяем общие тепловые потери по участкам с учётом местных потерь:

где:

- расчётные линейные тепловые потери рассчитываемых участков;

- местные тепловые потери с неизолированных участков трубопровода (задвижки, вентили, фланцы и другая арматура);

Определяем общие суммарные тепловые потери всех участков:

Определим уменьшение температуры теплоносителя в магистральном трубопроводе по участкам:

8. Выбор оборудования на один блок

Выбор труб для магистральных участков сети.

На основании расчета гидравлических сопротивлений сети для магистральных участков №1, 2, 3 выбираем стальные трубы диаметром d_вн=0,76м.

Таблица 8.1. Трубы стальные.

Условный проход	80
Наружный диаметр	89
Внутренний диаметр	82
Толщина стенки	4
Масса трубы,	7,3
Площадь поперечного сечения в свету	53,4
Поверхность длины трубопровода.	0,279
Экваториальный момент инерции	80,5
Экваториальный момент сопротивления	18,1

Выбор радиаторов отопления зданий.

По линиям безопасных напоров радиаторов сталь и чугун в пьезометрическом графике сети выбираем:

для участка №1 - стальные радиаторы,

для участка №2 - чугунные радиаторы,

для участка №3 - стальные радиаторы.

Выбор сетевых насосов типа СЭ.

Определяем общий объёмный расход сетевой воды:

расход сетевой воды на станцию,

плотность обратной сетевой воды при t=50⁰С.

Так как напор насоса должен быть не менее 180 м вод.ст. выбираем насос СЭ - 2500 - 180-10 с напором 180 м вод.ст.

Необходимое минимальное количество насосов - 3 штуки (2 рабочий, 1 резерв).

Таблица 8.2. Основные характеристики насоса.

Тип насоса	Подача Q, м3/час	Напор Н, м	Допустимый кавитационный запас, м	Давление на входе в насос не более, кгс/см2	Частота вращения, с-1	Температура воды, °С	Мощность потребляемая, кВт	КПД %, не менее
СЭ-2500-180-10	2500	180	28	10	3000	180	1380	84

Выбор подпиточных насосов.

Определяем общий расход подпиточной сетевой воды:

Определяем объёмный расход подпиточной сетевой воды:

Определяем объёмный расход сетевой воды одного циркуляционного насоса:



С учётом напора на входе в сетевой насос выбираем насосы типа К90/85 в количестве 6 штук: 4 рабочих и 2 резервный.

Таблица 8.3. Основные характеристики насоса.

Тип насоса	Подача Q, м3/час	Напор Н, м	Допустимый кавитационный запас, м	Частота вращения, с-1	Температура воды, °С	Мощность, кВт	КПД %, не менее	Напор Н0, м
К90/85	90	85	5,5	2900	180	33	65	109

Выбор бойлеров.

3 бойлера теплосети типа ТЛ-25, вертикальный, пароводяной, теплообменник поверхностью нагрева 529 м2 на рабочее давление по пром. контуру - 22 кгс/см и по пару -12 кгс/см2 с расходом 950 т/ч.

Выбор сетевых подогревателей.

Выбираем в качестве нижнего, верхнего и пикового сетевых подогревателей ТС/800 по 3 подогревателя на блок. ТС/800 - горизонтальный, одноходовой теплообменник с поверхностью теплообмена 775 м2, рабочим давлением - 22,5 кгс/см2, температурой входа-выхода - 170/60-90⁰С и расходом 1875 м3/ч.

Список используемой литературы

1. Ривкин С. Л., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. - М.: Энергия, 1975. - 80 с.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов -М.: МЭИ. 1999. - 260 с., ил.

3. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник. Под общ. ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1982. 624 с., ил.

4. Юренев В.Н., Грановский Р.Г., Михалин Г.И. и др. Справочник энергетика промышленных предприятий в четырёх томах. Том III.- Л.: "Энергия", 1965.- 512с., ил.

5. Малюшенко В.В., Михайлов А.К. Насосное оборудование тепловых электростанций. Изд. 2-е, перераб. и доп.-М.: "Энергия", 1975, 280 с., с ил.

Размещено на Allbest.ru