CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО'
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 150
1968 г.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРАТНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ В ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВКАХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЭС
Е. Н. ШАДРИН, Г. Ф. ШИЛИН
(Представлена проф. докт. И. Н. Бутаковым)
Как известно, большинство современных турбин проектируется И'изготовляется на расчетное конечное давление 0,03—0,035 ата и кратность охлаждения 55-^60. В действительности турбины могут работать в различных условиях как по топливо-, так и по водоснабжению. Однако при проектировании ТЭС система циркуляционного водоснабжения проектируется на расчетное количество охлаждающей воды. Такое решение приводит или к неоправданным капитальным затратам, или к перерасходу электроэнергии на перекачку охлаждающей воды, или, наконец, к перерасходу топлива на выработку 1 кдж электроэнергии. Действительно, для станций с дешевыми сортами топлива применение высоких кратностей охлаждения и значительных в связи с этим капитальных затрат на циркуляционную систему может не окупиться той экономией, которая получится при этом за счет сокращения расходов топлива из-за работы установки при глубоком вакууме. Наоборот, на станциях с дорогими сортами топлива заниженная кратность охлаждения может вызвать неоправданный перерасход топлива из-за невысокого вакуума при небольшом количестве охлаждающей воды, хотя капитальные затраты в циркуляционную систему будут здесь меньше, чем на станциях с высокими значениями кратностей.
Таким образом, кратность охлаждения является технико-экономической величиной, влияющей как на капитальные затраты на станции, так и на эксплуатационные расходы. Оптимальную кратность охлаждения тп опт рекомендуется определять из условия минимальных суммарных издержек производства на выработку определенного количества электроэнергии, включая в эту сумму лишь изменяющиеся в зависимости от т составляющие этих издержек. Такими составляющими надо считать затраты на топливо 5? , пошедшие на выработку 3Г0Д годового количества электроэнергии, затраты на перекачку охлаждающей воды , расчетные издержки, зависящие от капитальных затрат в водоводы 5 к и насосную 5 ".
Таким образом, сумма изменяющихся составляющих годовых издержек производства на выработку Эгод кдж электроэнергии
££ = 5? + 5к + 5"*
0) 51
Для нахождения оптимальной кратности охлаждения надо решить уравнение:
¿й ¿з: ¿я (2)
¿/я ¿/?г ¿//г йпг ¿¿те
Переходим к раскрытию дифференциальных связей уравнения (2).
Общий удельный расход топлива в кг на выработку 1 кдж электроэнергии
и _ £р (¿0 ¿пит)_ ' /о\
*>э — — •
**0 ^ОЭ ^ку "^пот "^ХОЗ Чн
Здесь ¿0 — начальное теплосодержание пара, кдж\кг\ ¿пит — теплосодержание питательной воды, кдж\кг\ Н0 — располагаемый теплоперепад на турбину, кдж/кг; (2р—низшая теплотворная способность топлива, кдж/кг, ^оэ» %у> ^пот» ^хоз—-коэффициенты полезного действия соответственно 'относительный электрический, котельной установки, потока и хозяйственный; ер—коэффициент, учитывающий увеличение расхода
, : пара на турбину за счет регенеративных отборов.
При проектировании ТЭЦ начальные параметры пара, а также тип турбин известны. Поэтому можно считать /0, гпит, у\09„ т]ку, ^пот» ^хоз постоянными, не зависящими от конечных параметров, следовательно, от кратности охлаждения т. Исключение составляет к. п. д. т}0/, величина которого будет изменяться при изменении конечного давления рк. Но так как рк в границах изменения т будет колебаться не в широких пределах, то изменением -/¡ы в данных расчетах можно пренебречь.
Величина <3р зависит от сорта сжигаемого топлива и определяется местными конкретными условиями.
Годовые расходы на топливо, пошедшие на выработку Эгод кдж электроэнергии, определяются из выражения:
СЭ _ 3,6 £р (¿п ¿пит) Яг ...
~ ~Н ^ П" » V*'
п0 У}оэ У}ку Чпот ^хоз ^ср
где /?т — стоимость угля, руб/пг;
А — число часов использования установленной мощности, час/год;
N3—мощность турбины кет.
В формуле (4) //0 =/{т). Поэтому
<55?. ЛНь = 3,6£р(/0 — ¿пит)/?тАУУЭ ^ ОН, ^
йт ~~ дН0 йт Н\ у}оэ >]Пот ^хоз ^т
Располагаемый теплоперепад в турбине приближенно можно выразить в зависимости от кратности охлаждения, как
Н0 = а-Ыл=а-Ьиг + (6)
V 4,19 т)
Здесь а и Ъ коэффициенты, зависящие от начальных параметров пара. Величина их может быть принята в соответствии с табл. 1;
■ ' 15 — температура отработанного пара, °С;
—температура циркуляционной воды на входе в конденсатор, °С;
Д£к — температурный напор в конденсаторе, °С; — ¿к—количество тепла, передаваемого в конденсаторе охлаждающей воде при конденсации 1 кг пара, кдж/кг.
Таблица 1
Начальные параметры пара а Ь
90 ama, 535сС 371,8 1,46
130 ama, 565°С/565°С 487 ,1,75
240 ama, 580°С/565°С 585,5 1,6
Если в уравнение (5) подставить значение сложных преобразований получим
сй? мгк
аир
dm
то после не-
В уравнении (7)
dm
кт2 + 1т + Л2 3,6 ер (г0 — ¿пит) AN3 R,
(7)
QH »
. Р
к = [а—ьу1 + Мк)}2, I = [0,477 Ъ2 & + Д/к) (4 - /к) - 0,477 йб (гк - ¿)], Л = 0,238 6 (гк — г'к).
Полный годовой расход в рублях на перекачку циркуляционной воды по статье расхода топлива может быть определен, как
s; =
0,001 Эув R
QH р
(8)
где Эув — годовой расход электроэнергии в кдж на перекачку
циркуляционной воды. Так как расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды зависит от кратности охлаждения, то
ds; as; dэув 0,001 RT ЛЭ
ув
dm дЭ
ув
dm
QH р
dm
(9)
Расход электроэнергии на перекачку циркуляцибнной воды кдж в год
3,6тОкНпи ^
Эув -
Здесь //цн — полный напор, преодолеваемый циркуляционными насосами, к/л2; Эк — расход пара в конденсатор, кг]сек; г}и—к. п. д. насоса; <р = 1,04-5-1,08 — коэффициент, учитывающий дополнительный расход воды на масло- и воздухоохладители.
.Суммарный напор насоса складывается из напора, пошедшего на преодоление сопротивления конденсатора //к, циркуляционных водоводов //в, а также напора Нп обусловленного разностью дардезичеоких отметок конденсатора и уровня воды в источнике.
Сопротивление конденсатора в функции кратности охлаждения может быть записано, как
нк = г^9 ( ™К2Р, (И)
где Ъ — число ходов конденсатора;
ф — геометрическая характеристика конденсатора. Величина ее может быть найдена по рис. 1 по известным длине и диаметру трубок конденсатора.
тр — расчетная кратность охлаждения; ^кр — расчетная скорость воды в трубках конденсатора, м/сек. Сопротивление водовода может быть определено по известной формуле
= 1 р^о . н!м*. (12) ов ^
Здесь ¿0 — фактическая длина водовода, м; йа — диаметр водовода, ж. Величина его в зависимости от кратности охлаждения при одинарном водоводе может быть найдена по формуле
= 0,0357 т^эТ ^в~0,5ср0'5 (13)
Дри двойном водоводе
ав = 0,0252 т°'5 0°к'5 ср0-5м. (14)
Скорость воды в циркуляционном водоводе в свою очередь является технико-экономической величиной и может быть определена по формуле [1] _
' г 48>2 У
' у]к Яр
Если в уравнение (12) вместо подставить его значение из (13) и (14), то выражение для сопротивления двойного водовода будет иметь вид:
Иъ =596 О"0*5ср-о,5 Н/Мщ (15)
Тогда суммарный напор циркуляционных насосов при двойном водоводе в зависимости от кратности охлаждения
Ицн - ¿фр V т? + 596 р ¿0 т1'5 <р~0'5 + 9807 Я2. (16)
\тР /
Рис. I. Зависимость коэффициента ф от диаметра и длины трубок конденсатора.
Если в уравнение (9) подставить вместо Нцн его значение, взять йЭ
производную —— и сделать некоторые преобразования, то по-йт
лучим после подстановки в выражение (9) при двойном водоводе
= С(Тт2 + В), (17)
йпь
где
0,0036 /?т Дер а
с — ТТн ' $
адкЧрР
т = Зг фр В = 37,25 р ¿0 ™1>5 И0/ ф-о-Б + 9807 Бк Н2.
Для одинарного водовода выражение (17) получается аналогичным, с той лишь разницей, что коэффициет В будет иметь вид:
В = 26, 6 <р ¿о П°к'5 ер"0'5 + 9807 Ок Нъ
Переходим к определению издержек производства, зависящих от капитальных затрат в циркуляционные водоводы и насосную. Стоимость одного погонного метра водовода в укладке [1]
кв = а' йв руб/пог. м. (18)
Здесь а' — коэффициент, величина которого зависит от числа ниток водовода и может быть принята для одинарного водовода 11о руб/пот". м) а для двойного— 22 ) руб/яот. м
Если вместо подставить его значение из уравнения (13) и (14), то стоимость 1 пог. м при одинарном водоводе
кй = 0,0357 ш0'5 5 ■аУв"0,5 <?0>5а[ руб/пот. м. (19) Тогда при двойном водоводе
= 0,0252 ш^5 т:0,5^ а2 руб/пог. ж. (20) Расчетные издержки по двойному водоводу
ЯП = 0,000252 (ив + 8) ¿0 т°>5 И0/ <ы)7°'Ь (21)
Тогда после дифференцирования получим при двойном водоводе
^! = 1,57.10-5(«в+ 8)10О°к'5^0'5 а2 = М\- (22)
Для одинарного водовода
^ = 2,23 . Ю-5 (а. + 8) ¿0 £>к5 да»0,5 ах ^ = МТ (23)
Стоимость насосной Кн можно принять пропорциональной ее мощности и представить как сумму стоимости строительной части и оборудования
где мощность насосной может быть выражена формулой
Р
+ 596р¿0Ок0'5 Т"0'59807Н2 | -ЛР • (23)
55
Тогда расчетные издержки по капитализационному фактору для насосной запишутся, как
= [0,01 (ис + 8) кс + 0,01 (и0 + 8)к0] N.. (26)
Здесь мощность насосной Агн = /{т). Поэтому
йт дМн йт '
Если взять производную и подставить полученное выражение в формулу (27), то после несложных преобразований получим
¿§* = Р(Тт2 + В), (28)
йт
где выражение для Р будет иметь вид:
10~8
Р =- [(ис + 8) кс 4 К + 8) к0].
Если далее в выражение (2) подставить значения входящих величин из (7), (17), (22) и (28), то после ряда преобразований получим уравнение
Аг т( + А2 т3 + Л3 т2 + А4 т + = 0. (29)
Здесь = Тк (С + Р); Ла = 77 (С + Я);
Аг=Т (С + Р) + ВК(С + Р) + М2к; А, = 1(СВ+ВР+ М2)\ Л5 = (С В + ВР + М2) Ь? — Мхк. Уравнение (29) целесообразно представить в таком виде:
-Ь-л.
ш2 =-Ш:-. (30)
Лз ^ Агш + А2
ш
Уравнение (30) можно решать или методом подбора или графически. Для этого можно записать
Ух = гп2; у2~ ш
т
Первое выражение представляет собой уравнение параболы, которую можно построить раз и навсегда. Положение кривой у2-=У(т) определяется местными конкретными условиями. В пересечении кривых у,=/(яг) и у2~/{т) найдем оптимальную скорость, как показано на рис. 2.
На рис. 3 изложенным выше способом построена зависимость тот — /(/?т) для частного случая, когда
¿о = 450 м; Н2 = 7,5 м; р = 1,15; г =2;
/ир = 50; % = 0,312; ср = 1,06 для различных стоимостей топлива и для различных мощностей. Из рис. 3 видно:
У
то то 6000 5ООО
то то 2000 ¡000 о
— ух £ -Л У=тг
т+Яр-йг
1
1
1 1
т
30
40
з? топг бо
60
Рис. 2. Определение оптимальной кратности охлаждения.
Рис. 3. Зависимость оптимальной кратности охлаждения от стоимости топлива.
Р руЬ/п
0/2345
? в дюн
Рис, 4. Зависимость оптимального конечного давления от стоимости топлива.
1) с уменьшением стоимости топлива надо брать более низкие значения кратностей охлаждения и, наоборот, если станция проектируется для работы на дорогостоящем топливе, то кратность охлаждения принимается более высокой;
2) температура охлаждающей воды слабь влияет на расчетную кратность охлаждения;
3) с увеличением мощности турбин расчетная кратность охлаждения увеличивается тем больше, чем выше стоимость топлива.
На рис. 4 для данных того же примера построим график зависимости оптимального конечного давления ркПТ в функции стоимости топлива. Давление находилось по температуре отработанного пара
4,19 топт
где топт определялось на рис. 3. Из рис. 4 видно, что при низких стоимостях топлива в 1 — 2 руб/т расчетное конечное давление в конденсаторах турбин должно быть более высоким 0,45^-0,05 ата,
ЛИТЕРАТУРА
1. Е. Н. Шадрин. Выбор оптимальной скорости воды в циркуляционных водоводах. Известия вузов СССР-Энергетика, № 5, 1963.
