Бродов - КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН. Энергетика и энергомашиностроение и специальности Турбостроение москва энергоатомиздат 1994 ббк 31. 363 Б
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
6.4. Технико-экономический анализ эффективности работы конденсационных установок Эффективность работы конденсационных установок паровых турбин в общем случае зависит от совершенства методик расчета, конструкторской проработки при проектировании, качества изготовления и условий эксплуатации всех элементов установки. Известно, что повышению эффективности работы конденсационных установок способствует, в частности, повышение их надежности. Неисправности в работе конденсаторов паровых турбин, например, а также отдельные недоработки в их конструкции являются одной из причин снижения экономичности турбоустановок в условиях эксплуатации и перерасхода металла на трубные системы) из-за недостаточно продолжительного срока службы аппаратов. Известны случаи, когда выход из строя конденсаторов приводил к останову всей турбоустановки [24]. Это предопределяет актуальность и необходимость рассмотрения любого предложения по повышению эффективности конденсационных установок паровых турбин как с позиции интенсивности теплообмена (в конденсаторах, таки с позиций надежности работы всех элементов установки в условиях эксплуатации. Примером такого комплексного подхода, разработанного УПИ и НПО ЦКТИ, может служить исследование эффективности и целесообразности применения профильных витых трубок в конденсаторах и других теплообменных аппаратах паровых турбин [19, 25]. Решение вопроса о целесообразности применения профильных витых трубок и выборе параметров профилирования этих трубок осуществлялось на основе всестороннего технико-экономического анализа. При этом конденсатор рассматривался не изолированно, а как органический элемент турбины. В основу методики анализа было положено определение экономии приведенных затрат (6.1) где — замыкающие затраты на электроэнергию — изменение мощности турбоустановки (нетто) за счет повышения эффективности работы конденсатора (углубления вакуума) с учетом увеличения мощности на прокачку теплоносителя г — число часов использования электрической мощности энергоблока (турбины) в год — увеличение стоимости конденсатора по сравнению со сравниваемым (гладкотруб- ным) вариантом (увеличение капитальных затрат — нормативный коэффициент экономической эффективности новой техники — норма амортизации турбинного оборудования. Технико-экономический анализ проводился с учетом изменения следующих основных факторов тепловая эффективность аппаратов (теплообмен со стороны обоих теплоносителей, общий коэффициент теплопередачи, гидравлическое сопротивление (трубных систем и аппаратов в целом, показатели надежности аппаратов (коррозионная стойкость, прочностные и вибрационные характеристики, конструкция и система расстановки промежуточных перегородок, промышленные исследования и обобщение опыта длительной эксплуатации аппаратов, особенности конструкции аппаратов и технологии их изготовления. Такой комплексный подход позволяет принять обоснованное решение по целесообразности использования (применения) любого мероприятия, направленного на повышение эффективности конденсационных установок паровых турбин. При этом в основу методики расчета могут быть положены и другие зависимости, отличающиеся от формулы (6.1) — см, например, [58, 59, 62]. 274 Приложения Таблица П. 1. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения р кПа 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 12 14 16 18 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 Т "С 6,982 13,034 17,511 21,094 24,098 26,692 28,981 32,90 36,18 39,02 41,53 43,79 45,83 49,45 52,58 55,34 57,83 60,09 64,99 69,12 75,89 81,35 85,95 89,96 93,51 96,71 99,63 V', мкг 0,0010001 0,0010006 0,0010012 0,0010020 0,0010027 0,0010033 0,0010040 0,0010052 0,0010064 0,0010074 0,0010084 0,0010094 0,0010102 0,0010119 0,0010133 0.0010147 0,0010160 0,0010174 0,0010199 0,0010223 0,0010265 0,0010301 0,0010333 0,0010361 0,0010387 0,0010412 0,0010434 V", мкг 129,21 87,98 67,01 54,26 45,67 39,48 34,80 28,20 23,74 20,53 18,11 16,21 14,68 12,36 10,70 9,435 8,447 7,652 6,206 5,231 3,995 3,241 2,733 2,366 2,088 1,870 1,695 h', кДж/кг 29,3 54,7 73,45 88,44 101,0 111,8 121,4 137,8 151,5 163,4 173,9 183,3 191,8 206,9 220,0 231,6 242,0 251,5 272,0 289,3 317,6 340,6 359,9 376,8 391,7 405,2 417.5 h" кДж/кг 2513,8 2525,0 2533,2 2539,7 2545,2 2549,9 2554,1 2561,2 2567,1 2572,2 2576,7 2580,8 2584,4 2590,9 2596,4 2601,3 2605,7 2609,6 2618,1 2625,3 2636,8 2646,0 2653,6 2660,2 2666,0 2671,1 2675,7 r, кДж/кг 2484,5 2470,3 2459,8 2451,3 2444,2 2438,1 2432,7 2423,4 2415,6 2408,8 2402,8 2397,5 2392,6 2384,0 2376,4 2369,7 2363,7 2358,1 2346,1 2336,0 2319,2 2305,4 2293,7 2283,4 2274,3 2265,9 2258,2 27 5 Таблица П. Коэффициент теплопроводности материала стенки трубки, Вт/(м ■ К) Таблица П. 3. Физические свойства воды на линии насыщения Таблица П. Нормальный ряд геометрических размеров (диаметров) трубок, используемых в конденсаторах паровых турбин (мм/мм) 276 Таблица П. Типовое оборудование паротурбинных установок 27 7 Основные обозначения, индексы и сокращения Обозначения А — амплитуда колебаний средняя ширина ленты компоновки трубного пучка а — коэффициент, характеризующий состояние поверхности охлаждения конденсатора В — барометрическое давление с — теплоемкость скорость D — расход пара количество воздуха d — диаметр удельная нагрузка ε — относительное содержание воздуха в паре Ε — модуль упругости нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений J — момент инерции сечения F — поверхность теплообмена (охлаждения f — частота колебаний труб G — расход воды g — ускорение свободного падения 3 — затраты H — гидравлическое сопротивление h — энтальпия местные гидравлические сопротивления к — коэффициент теплопередачи а — коэффициент теплоотдачи L — полезная длина трубок конденсатора (без учета толщины трубных досок Я — теплопроводность т — кратность охлаждения μ — коэффициент динамической вязкости N — общее число труб в конденсаторе ΔN — изменение мощности турбины п — число труб водном ходе воды конденсатора ν — коэффициент кинематической вязкости ρ — давление Ар — паровое сопротивление конденсатора Q — теплота (количество теплоты подача насоса ρ — плотность г — теплота конденсации (теплота фазового перехода радиус R — тепловое (термическое) сопротивление t — температура шаг 278 dt — недогрев воды до температуры насыщения пара (температурный напор W — скорость теплоносителя и — скорость теплоносителя в узком сечении ν — удельный объем V — вакуум производительность эжектора Ζ — число ходов конденсатора по водяной стороне h — КПД коэффициент заполнения фундаментального проема турбины. Индексы бр — брутто ввода вибр — вибрация возд — воздух вн — внутренний в.охл — воздухоохладитель; загр — загрязнение к — конденсатор конденсат кп — компоновка трубного пучкам материал н — насыщение насос нормативное нар — наружный ном — номинальный о — свежий пар (на турбину пл — пленка пс — пар—стенка; см — смесь ср — средний ст — стенка т — текущее тр — труб трубной доски тр.п — трубный пучок узк — узкое сечение чист — чистый 1 — вход 2 — выход. 279 Числа (критерии) — Галилея фазового перехода — Нуссельта; Прандтля; Рейнольдса; Струхаля. Сокращения ACT — атомная станция теплоснабжения АТЭЦ — атомная теплоэлектроцентраль АЭС — атомная электростанция БРОУ — быстродействующая редукционно- охладительная установка ВТИ — Всероссийский теплотехнический институт ИТФ СО РАН — Институт теплофизики Сибирского отделения РАН ИТО США — Институт теплообмена США ИПМ АН Украины — Институт проблем машиностроения АН Украины КТЗ — Производственное объединение "Калужский турбинный завод КПД — коэффициент полезного действия ЛКИ — Ленинградский кораблестроительный институт (в настоящее время Санкт- Петербургский Государственный морской технический университет ЛМЗ — производственное объединение турбостро¬ ения "Ленинградский металлический завод" 280 281 ЛПИ — Ленинградский политехнический институт в настоящее время Санкт-Петербургский Государственный технический университет МЭИ — Московский энергетический институт НИРС — научно-исследовательская работа студентов НПК — низкопотенциальный комплекс турбины ОКР — опытно-конструкторская работа ПНД — подогреватель низкого давления ПТО — производственно-техническая отдел ПТУ — паротурбинная установка ПТЭ — правила технической эксплуатации РОУ — редукционно-охладительная установка АО ОРГГРЭС — производственное объединение по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электрических станций и сетей ТМЗ — производственное объединение "Турбо- моторный завод" (г. Екатеринбург ТЭС — тепловая электростанция ТЭЦ — теплоэлектроцентраль УПИ — Уральский политехнический институт в настоящее время Уральский государственный технический университет ХПИ — Харьковский политехнический институт ХТЗ — производственное объединение атомного турбостроения "Харьковский турбинный завод НПО ЦКТИ — научно-производственное объединение "Центральный котлотурбинный институт ЦНД — цилиндр низкого давления турбины ЧНД — часть низкого давления. Список литературы 1. Агафонов В. П, Ермилов В. Г, Панков Е. В Судовые конденсационные установки. Л Судпромгиз, 1963. 2. Алексеев Ю. П, Селезнев В. Л, Чураев ОС Математическая модель конденсатора // Энергомашиностроение. 1986. № 11. С. 3. Андреев ПА, Гремилов Д. И, Федорович ЕД Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок. Л Судостроение Антикайн ПА, Аронович МС, Бакластов А. М Рекуперативные теплообменные аппараты. МЛ Госэнергоиздат, 1962. 5. Асланян Г. Н, Вирченко НА, Черненко В. М Серия конденсаторов мощных паровых турбин для АЭС // Теплоэнергетика. С. 23—26. 6. Бакластов А. М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. М Энергия, 1970. 7. Берсенев ГМ, Боровков В. М Эксплуатация паротурбинных установок АЭС. Л Энергоатомиздат, 1986. 8. Берман Л. Д, Фукс С. Н Улучшение работы конденсационной установки турбоагрегата // Экономия топлива на электростанциях ив энергосистемах Под ред. АС. Горшко¬ ва. М Энергия, 1967. С. 171-186. 9. Берман Л. Д, Зернова Э П Зависимость коэффициента теплопередачи конденсаторов паровых турбин от режимных условий // Изв. вузов. Энергетика. 1980. № 9. С. 48—55. 10. Берман Л. Д Теплоотдача при конденсации пара на пучке горизонтальных труб // Теплоэнергетика. 1981. № 4 . С. 2 2 - 2 9 . 11. Берман Л. ДО распределении концентраций газов в конденсате, образующемся в конденсаторах паровых турбин // Электрические станции. 1984. № 1. С. 19—22. 12. Берман Л Д. Оценка влияния скорости пара на теплоотдачу при конденсации водяного пара на поперечно обтекаемых горизонтальных трубах // Теплоэнергетика. 1988. № 8. С. 4 1 - 4 4 . 13. Берман Л Д. Теплоотдача при пленочной конденсации пара на поперечно обтекаемых горизонтальных трубах // Конвективная теплопередача в двухфазном и однофазном потоках. МЛ Энергия, 1964. С. 47—54. 14. Берман С. С. Теплообменные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок. М ГНТИ машиностроительной литературы, 1959. 15. Биргер И. А, Шорр Б. Ф, Шнейдерович Р. М Расчет на прочность деталей машин. М Машиностроение, 1966. 282 16. Блюдов В. П. Конденсационные устройства паровых турбин. МЛ Госэнергоиздат, 1951. 17. Бродов Ю. М, Савельев Р. 3. Анализ методик теплового расчета конденсаторов паровых турбин // Теплоэнергетика. 1981. № 7 . С. 5 9 - 6 1 . 18. Бродов Ю. М, Савельев Р. 3 . , Ниренштейн МАК расчету коэффициента теплопередачи в конденсаторах паровых турбин Теплоэнергетика. 1981. № 12. С. 57—59. 19. Бродов Ю. М, Пермяков В. А Эффективность применения профильных труб в подогревателях и конденсаторах паровых турбин по результатам промышленных испытаний // Повышение эффективности трубных поверхностей теплообменного энергооборудования. Л Труды НПО ЦКТИ, 1987. № 236. С. 5 5 - 6 2 . 20. Бродович К, Чаплицки А Расчеты и исследования конденсаторов паровых турбин // Теплоэнергетика. 1989. № 2. С. 7 4 - 7 6 . 21. Буглаев ВТ Андреев ММ. Теплоотдача при поперечном обтекании горизонтального трубного пучка конденсирующимся паром // Энергомашиностроение. 1973. № 1. С. 3 6 - 3 8 . 22. Вибрации в технике Справочник. Вт. Т. Колебания линейных систем Под ред. В. В. Болотина. М Машиностроение Вибрации элементов оборудования ЯЭУ / ЕД. Федорович, Б. С. Фокин, А. Ф. Аксельрод, Е. Н. Гольдберг. М Энергоатом и здат, 1989. 24. Вибронадежность теплообменных аппаратов турбоустано- вок ТЭС и АЭС / Ю. М. Бродов, В. А. Пермяков, В. К. Купцов, П. Н. Плотников // Совершенствование и унификация теплообменного оборудования для паротурбинных установок и промышленной энергетики. Л Труды НПО ЦКТИ, 1983, №207. С. 38-45. 25. Внедрение профильных витых труб в теплообменные аппараты паровых турбин / Л . П. Сафонов, В. А. Пермяков, Ф. 3. Ратнер др. // Энергомашиностроение. 1987. № 7 . С. 44— 47. 26. Гидропневматический способ очистки трубок конденсатора турбины Т / В. И. Миндрин, Р. М. Лапшин, А. В. Без- носов и др. // Электрические станции. 1986. № 12. С. 18—20. 27. Дерюгин В. Ф, Чорбаджиев Д П Детальный расчет конденсаторов паровых турбин на аналоговых вычислительных машинах с использованием номограмм. М Вычислительный центр АН СССР, 1965. 28. Елизаров Д. П Теплоэнергетические установки электростанций. М Энергоиздат, 1982. 283 28. Елизаров Д. П Теплоэнергетические установки электростанций. М Энергоиздат, 1982. 29. Ермилов В. Г Теплообменные аппараты и конденсационные установки. Л Судостроение, 1974. 30. Ефимович Г. И, Шипилев С. Г Эксплуатация систем шариковой очистки конденсаторных трубок паровых турбин // Энергохозяйство за рубежом. 1987. № 1. С. 15—21. 31. Жукаускас А. А, Улинскас Р. В, Закревский В. Ф. Метод выявления эффективных теплообменных поверхностей Труды Академии наук Литвы. Сер. Б. 1980. Т. 4 (119). С. 53-59. 32. Жукаускас А, Улинскас Р, Катинас В Гидродинамика и вибрации обтекаемых пучков труб. Вильнюс Мокслас, 1984. 33. Исаченко В. П Актуальные вопросы развития теории теплообмена при конденсации пара // Теплоэнергетика. 1977. №4. С. 2 - 5 . 34. Исаченко В. П Теплообмен при конденсации. М Энергия Исаченко В. П, Осипова В. А, Сукомел АС Теплопередача. М Энергоиздат, 1981. 36. Исследование теплообмена при конденсации неподвижного пара на пакетах горизонтальных труб разного диаметра / И. И. Гогонин, В. И. Сосунов, СИ. Лазарев, О. А. Кабов // Теплоэнергетика, 1983. № 3. 37. Йовчев М Коррозия теплоэнергетического и ядерно- энергетического оборудования Перс болг. М Энергоато- миздат, 1988. 38. Капелович Б Э. Эксплуатация паротурбинных установок. М Энергоатомиздат, 1985. 39. Капинос В. М Тепловой расчет конденсаторов с ограничениями по геометрическим параметрами расчетным затратам Энергетическое машиностроение. Харьков, 1986. №42. С. 23-27. 40. Кафаров В. В, Мешалкин В. П, Гурьева Л. В Оптимизация теплообменных процессов и систем. М Энергоатомиз¬ дат, 1988. 41. Кирсанов И. Н Конденсационные установки. МЛ Энергия, 1965. 42. Кирш А. К Методы и результаты испытаний конденсаторов паровых турбин и опыт эксплуатации конденсационных установок // Теплоэнергетика. 1978. N2. С. 89—91. 43. Коновалов ГМ, Канаев В Д. Нормативные характеристики конденсационных установок паровых турбин типа КМ СЦ НТИ, 1974. 44. Коновалов ГМ, Кирш А. К, Канаев В. Д Эффективность работы и оценка совершенствования конструкции конденсаторов паровых турбин по результатам промышленных испытаний // Теплоэнергетика. 1972. № 6. С. 4—8. 45. Контроль состояния поверхности теплообмена и определение оптимального срока чистки конденсаторов / Р. 3. Саве¬ льев, Ю. М. Бродов, МА. Ниренштейн, АТ. Лозовский // Электрические станции. 1983. № 1. С. 28—30. 46. Котельные и турбинные установки энергоблоков мощностью и 800 МВт. Создание и освоение / Под ред. В. Е. Доро- щука и В. Б. Рубина. М Энергия, 1979. 47. Котов Ю. В, Кротов В. В, Филиппов ГА Оборудование атомных электростанций. М Машиностроение, 1982. 48. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М Наука, 1970. 49. Маргулова Т. X. Атомные электрические станции. М Высшая школа, 1984. 50. Мень П. Г, Дорошенко В. А, Бродов Ю. М К расчету формы водяных камер конденсаторов паровых турбин // Изв. вузов. Энергетика. 1986. № 8. С. 104—106. 51. Методические указания. Методы оценки вибрационных характеристик трубных систем регенеративных подогревателей низкого давления и подогревателей сетевой воды. Руководящий документ по стандартизации. РД 24.271.01-88. Л НПО ЦКТИ, 1989. 52. Методические указания по испытаниям конденсационных установок паровых турбин. МУ 34-70-010-82. М СПО Союзтех- энерго, 1982. 53. Методические указания по эксплуатации конденсационных установок паровых турбин электростанций. М Союзтехэнерго, 1986. 54. Мигай В. К Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л Энергоатомиздат, 1987. 55. Михеев МА, Михеева ИМ Основы теплопередачи. М Энергия, 1973. 56. Нормативные характеристики конденсаторов турбин Т ТМЗ, ПТ-60-130/13 и ПТ-80/100-130/13 ЛМЗ. М СПО "Союзтехэнерго", 1981. 57. Паровые и газовые турбины / Под ред. А. Г. Костюка, В. В. Фролова. М Энергоатомиздат, 1985.. 58. Паротурбинные установки атомных электростанций / Под ред. Ю. Ф. Косяка. М Энергия, 1978. 59. Попырин Л. С, Май В. А, Наумов Ю. В Система оптимальной разработки и проектирования низкопотенциального комплекса ТЭС и АЭС // Теплоэнергетика. 1984. № 7. С. 36—40. 60. Порфирьев Ю. А Конденсационные установки мощных паровых турбин // Энергетическое машиностроение (НИИЭин- формэнергомаш). 1981, №5. 285 62. Руководящие технические материалы РТМ 24.021.14-74. Методика выбора выходных сечений ЦНД турбин, характеристик конденсаторов и охладительных устройств для блоков на органическом и ядерном топливе. М, 1974. 63. Руководящие указания по тепловому расчету поверхностных конденсаторов мощных турбин тепловых и атомных электростанций. М СПО "Союзтехэнерго", 1982. 64. Рыжкин В. Я Тепловые электрические станции. М Энергия Савельев Р. 3 . , Бродов Ю. М Исследование конденсации пара на вибрирующей горизонтальной трубе // Теплоэнергетика. 1978. № 9. С. 2 4 - 2 7 . 66. Самойловым ГС, Трояновский Б. М Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. М Энергоиздат, 1982. 67. Соколов Е Я, Зингер НМ Струйные аппараты. М Энергоатомиздат, 1989. 68. Справочник по теплообменникам. Вт. Т. 2: Перс англ. / Под ред. О. Г. Мартыненко и др. М Энергоатомиздат, 1987. 69. Стерман Л. С, Тевлин С. А, Шарков АТ Тепловые и атомные электростанции. М Энергоиздат, 1982. 70. Тепловые и атомные электрические станции Справочник / Под общ. ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. М Энергоатом¬ издат, 1982. 71. Теплообменное оборудование. Каталог 18-2-76. М НИИЭинформэнергомаш, 1977. 72. Теплообменное оборудование. Ч. II. Каталог 8-78. М НИИЭинформэнергомаш. 1978. 73. Трояновский Б. М, Филиппов ГА, Булкин А. Е Паровые и газовые турбины атомных электростанций. М Энергоатомиз¬ дат, 1985. 74. Трухний АД Лосев СМ Стационарные паровые турбины. М Энергоиздат, 1981. 75. Шкловер Г. Г, Мильман О. О Исследование и расчет конденсационных устройств паровых турбин. М Энергоатомиз¬ дат, 1985. 76. Фукс С. Н Гидравлическая и воздушная плотность конденсаторов паровых турбин. М Энергия, 1967. 286 СОДЕРЖАНИЕ Предисловие . 3 Глава первая.Общие сведения о конденсационной установке паровой турбины 5 1.1. Назначение и состав конденсационной установки паровой турбины 5 1.2. Конструктивное оформление и схемы включения конденсаторов 9 1.3. Общие представления о процессах, происходящих в конденсаторе 20 1.4. Основные параметры, определяющие эффективность работы конденсатора 24 1.5. Переменный режим работы конденсационной установки 30 1.6. Охлаждение конденсаторов паровых турбин 35 1.7. Влияние давления в конденсаторе на экономичность работы паровой турбины 38 Глава вторая. Тепловой и гидродинамический расчеты конденсатора 47 2.1. Тепловой расчет конденсатора 47 2.2. Основы процесса теплопередачи в поверхностном конденсаторе 51 2.3. Методики теплового расчета конденсатора 68 2.4. Методика гидродинамического расчета конденсатора 71 2.5. Применение ЭВМ для расчетов конденсаторов :. 80 2.6. Примеры конструкторского и поверочного расчетов конденсатора 81 Глава третья. Конструкция и расчеты на прочность основных узлов конденсаторов 89 3.1. Принципы проектирования конденсаторов 89 3.2. Компоновка трубного пучка конденсатора 92 3.3. Конструкции современных конденсаторов 110 3.4. Трубки конденсаторов и способы их крепления в конденсаторах 141 3.5. Трубные доски и промежуточные перегородки конденсаторов 150 3.6. Корпуса, водяные камеры и патрубки конденсаторов 152 3.7. Деаэрационные устройства и конденсатосборники 157 3.8. Опоры конденсатора 163 3.9. Методики расчета на прочность основных узлов конденсаторов 165 3.10. Системы автоматизированного проектирования конденсаторов 178 Глава четвертая. Насосы конденсационной установки 182 4.1. Воздушные насосы конденсационной установки 182 4.2. Особенности и выбор конденсатных насосов 208 4.3. Особенности и выбор циркуляционных насосов 212 Глава пятая. Эксплуатация конденсационных установок 220 5.1. Правила технической эксплуатации конденсационных установок 220 5.2. Эксплуатационный контроль работы конденсационной установки 223 5.3. Гидравлическая и воздушная плотности конденсатора 229 5.4. Загрязнение конденсаторов и способы их очистки 238 5.5. Оптимальный режим работы конденсационной установки 252 Глава шестая. Совершенствование конденсационных установок 256 6.1. Совершенствование систем охлаждения конденсаторов 256 6. 2. Применение вертикальных модульных конденсаторов 263 6.3. Интенсификация теплообмена в конденсаторах 267 6.4. Технико-экономический анализ эффективности работы конденсационных установок 273 Приложения 275 Основные обозначения, индексы и сокращения 278 Список литературы 282 287 |