CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 125 1964
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЕЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВКАХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЭС
Е. Н. ШАДРИН (Представлена кафедрой теплоэнергетических установок)
Как известно, большинство современных турбин проектируется и изготовляется на расчетное конечное давление 0,03—0,035 ama и кратность охлаждения 55—65. Между тем, в действительности турбины могут работать в различных условиях как по топливо-, так и по водоснабжению. Поэтому в условиях реального проектирования тепловых электростанций бывает необходимым определить конечные параметры пара в паротурбинных установках, для которых уже следует проектировать систему водоснабжения. Если даже в будущем турбины и конденсаторы будут изготовляться на различные конечные параметры, то стандартный ряд этих параметров не охватит всего многообразия местных конкретных условий и каждый раз при проектировании ТЭС надо будет находить оптимальное конечнее давление. Ниже дается методика решения указанного вопроса применительно к станциям с прямоточным водоснабжением.
Оптимальное конечное давление рТт определяем из условия минимальных суммарных издержек производства на установку ESMÍIH, причем в суммарные издержки производства будем включать лишь те составляющие, которые зависят от конечного давления рк. Такими составляющими в данном случае являются затраты на топливо, пошедшие на выработку ЭГ01 годового количества электроэнергии в Мдж, затраты на перекачку охлаждающей воды для конденсации пара в конденсаторе, отчисления на амортизацию и текущий ремонт по водоводам, насосной. Кроме того, в суммарные издержки будем включать определенный процент от кап. затрат по водоводам и насосной в соответствии с принятым на этапе проектирования коэффициентом эффективности кап. затрат.
Таким образом,
SS = + S™p + 5Г + SZac + 8 (К* + К) = /(Рк). (Г)
Переходим к определению отдельных слагаемых уравнения (Г). Общий удельный расход топлива на выработку 1 Мдж электроэнергии может быть определен по формуле
Ьэ = А^ООвр^--кг/Мдж. (1)
^ку^иот'^ХОЗ^ Р
Здесь йъ = —— кг!кдж — удельный расход пара для однопоточной -"о^оэ
турбины;
/(>— начальное теплосодержание пара, кжд/кг\ ¿нит — теплосодержание питательной воды, кжд.кг; у, ^пот" коэффициенты полезного действия соответственно котельной установки и потока;
фр —низшая теплотворная способность, кжд\кг\ Ъоз~~ хозяйственный коэффициент, учитывающий потери топлива на станции; определяется типом оборудования и культурой эксплуатации; колеблется в пределах от 0,8 до' 0,95; Ъэ ™ относительный электрический к.п.д.; //0 - располагаемый теплоперепад на турбину, кжд'кг\ зр — коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара за счет регенеративных отборов.
Так как в рассматриваемом случае турбина задана, то можно считать /„, /Ш1Г, -/¡0Э) т]ку, У|П0Т) \х03 постоянными1), не зависящими от конечного давления рк. Величина <3|! зависит от сорта сжигаемого топлива и определяется местными конкретными условиями. Следовательно, Ьэ = /(Я0) =/Ча). С понижением ркИ{) будет возрастать, а Ьэ — уменьшаться.
С уменьшением расхода топлива будут уменьшаться годовые денежные расходы на топливо 5т, которые определяются, как
^ _ ЗбООе,^А^шМ^- руб)год. (2)
^»'фэ^ку^пот^хозСр
Здесь Л — коэффициент использования установленной мощности, яа-сов/год. При базовом режиме можно принимать А = 6500—7200 час/год; при пиковом А = 4000—5000 час/год;
Nэ —заданная электрическая мощность, квт\ /?т — СТОИМОСТЬ тонны угля, руб. Если установка имеет вторичный перегрев пара, то в числителе выражение в скобках будет иметь вид
¿0 ~ ¿пит ~~Ь 2 (¿п ¿п),
где ¿п — теплосодержание пара после вторичного перегрева, кжд\кг\ ¿п — теплосодержание пара до вторичного перегрева, кжд/кг. Таким образом, задаваясь различными значениями рк, определяем для этих значений 5т — / (рк).
Как видно из уравнения (2), с понижением рк расходы на топливо будут уменьшаться. Но с другой стороны можно отметить ряд составляющих годовых издержек, которые будут возрастать с понижением рк. Так, будут увеличиваться расходы на перекачку охлаждающей воды. Эти расходы можно определить следующим образом.
Количество циркуляционной воды для конденсации пара
=--^ ¿к)з__--¿¿¡сек. (3)
В этой формуле
Строго говоря, с изменением конечного давления будет изменяться к.п.д. т10Ь но так как рк изменяется сравнительно в узких пределах, то изменением в данных расчетах можно пренебречь.
аврЛ'э
—— — количество поступающего в конденсатор пара, кг/сек\
"оЧоэ
а — коэффициент, учитывающий уменьшение расхода пара в конденсатор за счет отбора его на регенерацию по сравнению с общим количеством, поступающим на турбину;
¿9 — температура отработавшего пара, °С;
и ¿2 — температура циркуляционной воды на входе в конденсатор и выходе из конденсатора, °С;
¿к ~ 4—количество тепла, передаваемого охлаждающей воде при конденсации 1 кг пара, кжд\кг.
В формуле (3) разность ¿к — tк мало зависит от давления в конденсаторе и при расчетах может быть принята неизменной. А'так как температура и располагаемый теплоперепад Н0 зависят лиЩь от рк, то. определяется конечным давлением. Решающее значение на зависимость = /(/>к) имеет член — Чем глубже вакуум, тем меньше тем больше №. При = + — ¿2) ^ = 00.
В формуле (3) разность ts~- ¿'2 представляет из себя температурный напор в конденсаторе, величина которого будет изменяться с изменением количества охлаждающей воды, так как будет изменяться скорость воды в трубках конденсатора и, следовательно, коэффициент теплопередачи. Однако изменение это невелико и им можно пренебречь, считая разность — и постоянной и равной расчетному температурному напору.
Поскольку для проектирования систем водоснабжения надо знать наивыгодное количество воды, то целесообразно построить по уравнению (3) зависимость ТС7 — /(рк)-
Расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды в Мдж в год
э в _ 3,6-10-3?1УЯцнЛ (4)
т<н
Здесь //цн — напор, преодолеваемый циркуляционными насосами, н/м2; у\и — к.п.д. насоса.
Коэффициент ср учитывает дополнительное количество воды, подаваемое на охлаждение масла и воздуха. Можно принимать ср = 1,04 — 1,08.
Суммарный напор Нт складывается из напора НКу пошедшего на преодоление сопротивления конденсатора, Нвод — подводящих циркуляционных водоводов, а также напора //г, обусловленного разностью отметок между конденсатором и уровнем воды в источнике водоснабжения.
Сопротивление конденсатора можно определить по формуле
Як = гр (о,031 + 1,4 у) = н\м*, (5)
где г — число ходов конденсатора; Ьк — длина трубок конденсатора;
— внутренний диаметр трубок конденсатора, м\ тс'к — скорость воды в трубках конденсатора, м\сек\
В формуле (5) первое слагаемое характеризует сопротивление при проходе воды внутри трубок конденсатора, а второе — местные сопротивления в конденсаторе.
Если обозначить через — расчетное значение скорости воды внутри трубок конденсатора, то
Нк =г-
Так как проходное сечение трубок конденсатора /в постоянное, то гю = XV и
= (6)
Таким образом, Мк = /( V?) = /' (рк).
С углублением вакуума, когда возрастает величина XV, будет увеличиваться //к1).
Сопротивление водовода
г 2
Г Г * Вр , , /7Ч
= —2 ;
Здесь —диаметр водовода; величина его может быть определена для двойного водовода по формуле
, 1,414 ГС0'5©0,5
¿4 - —-ох^— (8)
Для одинарного водовода
),5^0.5
^ = -55- ж (9)
Тогда при двойном водоводе сопротивление его
вод 2,82?0-5^0-5 ' ии;
То же при одинарном водоводе
*[ т 2,5
тт о , 0
В формуле (10) и (11) 1Э = $10 — эквивалентная длина водовода, м\ ¿о — фактическая длина водовода, м; Э — коэффициент местных потерь; ■юв — скорость воды в водоводах, м/сек. Величина скорости воды в водоводах зависит от местных конкретных условий и может быть определена по формуле
I
4,187 ЯтА
202
— м!сек.
31
Таким образом, сопротивление водовода также зависит от конечного давления, так как в формулы (10) и (12) входит величина №.
Суммарный напор насоса при двойном водоводе
/ И" \2 , )В/
г/цп = Ик + //вод + НГ = ) ^г + ¿ё^оз + 9807Я, н!м>. (12)
Для одинарного водовода формула будет аналогичная с той лишь разницей, что коэффициент в знаменателе второго члена будет 4.
Тогда годовой расход электроэнергии в Мдж на перекачку циркуляционной воды после подстановки в формулу (4) значения из (12)
■ 1 Жр) к + + 80 2
(13)
[) Указанное положение справедливо лишь для рассматриваемого случая, когда конденсатор задан.
Полный годовой расход в рублях на перекачку охлаждающей воды по статье расхода топлива
.пер О,ОС)13цв/?,
Здесь
= руб-годщ (14) ЪкЯр
_ , , р
т1к — *1ку * "Пп от * ^хоз' 7и ' '%1' '^мех' ^ген»
где — термический к.п.д. цикла паротурбинной установки.
Зная величины и параметры отборов пара на регенерацию, мохсно подсчитать, как для регенеративного цикла. Но с достаточной степенью точности можно принять т]? = лгр-г]^ где кр — 1 — 1,12 учитывает увеличение термического к.п.д. за счет регенеративного подогрева питательной воды. ;
Как это видно из предшествующего, с изменением конечного давления будет изменяться количество охлаждающей воды. Следовательно, будут изменяться диаметры циркуляционных водоводов и мощности циркуляционных насосов. Последнее обусловит изменение издержек производства, зависящих от капитальных затрат на водоводы и насосную. Капитальные затраты по водоводам и насосной можно определить следующим ' образом. Стоимость одного погонного метра водовода в укладке
а-вод - ас1ъ руб/пм, (15)
где коэффициент а зависит от числа ниток водовода. Если предполагается выполнить двойной водовод, то а2 = 220 руб!м, если одинарный, то ^ = 110 руб/м. Тогда сумма ежегодных отчислений на амортизацию и текущий ремонт при норме отчислений ив составит по водоводу
5"0Д - 0,0\ив10ас1в руб/год. (16)
Если вместо подставить его значение из уравнения (8) и (9), то для двойного водовода получим
Я" = руб;год. (17)
хС'в'
Для одинарного водовода отчисления на амортизацию и текущий ремонт составят
овод 2-10
! 1,5
руб'год, (18)
Здесь 10 — длина циркуляционного водовода. Если трасса водоводов охлаждающей воды неизвестна, то за ¿0 можно принимать расстояние станции от источника водоснабжения. Стоимость насосной
Л*Н = «нЛ^ш = М'цн. (19)
Здесь ЫЩ1 — мощность циркуляционных насосов, кет; агс —- стоимость строительной части, руб/квт; к0 — стоимость оборудования насосной, рубает.
Разделение стоимости насосной на строительную часть и оборудование вызвано различным процентом отчислений на амортизацию и текущий ремонт по оборудованию и0 и строительной части ис. Отчисления по насосной
= о,01 (аскс + а,к,) ^ руб;год. (20)
Таким образом, мы рассмотрели составляющие расходов по турбинной установке, зависящие от Рк.
Полный годовой расход в рублях на перекачку охлаждающей воды по статье расхода топлива
5лер = 0^001 Эцв/?т руб;годт (14)
^к<3р
Здесь
_, р
^к — '1ку ' "^пот * "^хоз ' ' ,7]мех* ^ген>
где — термический к.п.д. цикла паротурбинной установки.
Зная величины и параметры отборов пара на регенерацию, можно подсчитать, как для регенеративного цикла. Но с достаточной степенью точности можно принять тг|? = где кр = 1 -г- 1,12 учитывает увеличение термического к.п.д. за счет регенеративного подогрева питательной воды. [
Как это видно из предшествующего, с изменением конечного давления будет изменяться количество охлаждающей воды. Следовательно, будут изменяться диаметры циркуляционных водоводов и мощности циркуляционных насосов. Последнее обусловит изменение издержек производства, зависящих от капитальных затрат на водоводы и насосную. Капитальные затраты по водоводам и насосной можно определить следующим 'образом. Стоимость одного погонного метра водовода в укладке
л-впд - айъ руб/пм, (15)
где коэффициент а зависит от числа ниток водовода. Если предполагается выполнить двойной водовод, то а2 = 220 руб/м, если одинарный, то а{ = \\0 руб/м. Тогда сумма ежегодных отчислений па амортизацию и текущий ремонт при норме отчислений ив составит по водоводу
5к0Д = 0,0 \иъ1()ас1ъ руб/год. (16)
Если вместо подставить его значение из уравнения (8) и (9), то для двойного водовода получим
евод 1,414-10. я , 1
5К ---^^-руо, год. (17)
Для одинарного водовода отчисления на амортизацию и текущий ремонт составят
9-10-% I а ^51^70,5
= и/ руб;годт (18)
Здесь ¿о — длина циркуляционного водовода. Если трасса водоводов охлаждающей воды неизвестна, то за ¿0 можно принимать расстояние станции от источника водоснабжения. Стоимость насосной
К = ^нЛ'цн = + К0Ы ц„. (19)
Здесь Л/цц — мощность циркуляционных насосов, квт\ кс — стоимость строительной части, руб/квт; к0 — стоимость оборудования насосной, руб/квт. Разделение стоимости насосной на строительную часть и оборудование вызвано различным процентом отчислений на амортизацию и текущий ремонт по оборудованию и0 и строительной части ис. Отчисления по насосной
5кас - 0,01 (искс + и»к0) ^ руб/год. (20)
А
Таким образом, мы рассмотрели составляющие расходов по турбинной установке, зависящие от Рк.
Рис. 1. Зависимость изменяющихся издержек производства на установку от конечного давления для различных стоимостей топлива.
0,08 007
006 OOS 004 003 002 0.0I
K-SO* so
9 Я
т
Рис. 2. Зависимость оптимального конечного давления от стоимости топлива.
К этим расходам надо прибавить определенный % от капитальных затрат в соответствии с принятым коэффициентом эффективности капитальных затрат 8
о (квЬ0 + кнМпн).
Здесь кв и кн определяем по формулам (15) и (19).
На рис. 1, пользуясь данной методикой, построены зависимости годовых денежных расходов на установку, зависящих от Рк для частного случая, когда
мэ = 50000 кет; Я0 - 90 тпа\ и = 535° С; и = 10°С; х = 2\ Яг - 10 м; Ь(] - 500 м;
¿у — ¿2 = 5° С для различных стоимостей топлива.
Из рис. 1 можно сделать следующие выводы:
1. С понижением стоимости сжигаемого топлива должно быть принято более высокое конечное давление при проектировании систем водоснабжения.
2. Чем дешевле топливо, тем более полого протекает кривая зависимости £5 =/(/\), тем менее ощутимо отклонение Рк конечного давления от оптимального РТТ.
3. Так как левая ветвь кривых поднимается более круто, то отступление от Рк оптимального в сторону более глубокого вакуума приведет к более значительным издержкам на установку по сравнению
Я опт
_ ____________к .
На рис. 2 дана зависимость ЯкПТ = /(/?т) для тех же условий. Зависимость свидетельствует, что при стоимости топлива от 5 руб\т и выше и при благоприятных условиях водоснабжения Як"т слабо зависит от Ят и может быть принято равным расчетному. При стоимости Ят < 5 руб/т необходимо в каждом конкретном случае определять Рк111 и на это давление рассчитывать и проектировать систему циркуляционного водоснабжения.
