191046_с-АЭС-31_2022_9. Расчет двухконтурной аэс мощностью 2500 мвт на насыщенном паре давлением 6 мпа
 Скачать 171.85 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Кафедра «Тепловая и атомная энергетика» имени А.И. Андрющенко КУРСОВАЯ РАБОТА на тему: «Расчет двухконтурной АЭС мощностью 2500 МВт на насыщенном паре давлением 6 МПа» Состав комиссии по приёму отчётных документов: Выполнил: _______________/________________/ Студент гр. с-АЭС-31 _______________/________________/ Очной формы обучения _______________/________________/ № зач. 191046 _______________/________________/ Макаров Данила Дмитриевич _______________/________________/ _______________/________________/ Проверил: Выставленная оценка/____________ / Дата сдачи:________________/ ___________________ Доцент каф. ТАЭ Осипов Валерий Николаевич Саратов – 2022 СодержаниеВведение 3 1. Задание с исходными данными 4 2. Тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР 5 3. Расчет термодинамических параметров в характерных точках схемы 6 4. Таблица термодинамических параметров 9 5. Расчет характеристик и показателей цикла и установки. 12 6. Термодинамический цикл АЭС в Ts-диаграмме 14 7. Процесс расширения в паровой турбине цикла АЭС в hs–диаграмме 15 Заключение 16 Список литературы 17 ВведениеЯдерный реактор АЭС представляет собой горячий источник теплоты, заменяющий котел обычной ТЭС. Однако реактор имеет свои особенности, оказывающие влияние как на конфигурацию, так и на параметры термодинамического цикла АЭС. Реактор типа ВВЭР (PWR) – корпусной реактор, использующий в качестве замедлителя и теплоносителя обычную воду под давлением. В современных установках АЭС с ВВЭР, как правило, вырабатывается слабоперегретый водяной пар, который имеет более низкие параметры на выходе из парогенератора, чем на ТЭС. При отсутствии промежуточного перегрева и сепарации влажность пара в ЧНД турбины достигла бы 25–30 %, а потери КПД от нее до 15%. Все это вынуждает применять различные методы уменьшения конечной влажности до допустимой величины (9–12%). Особенности паровых турбин АЭС с реакторами ВВЭР связаны с их работой на насыщенном паре с относительно малым теплоперепадом, что влечет за собой большие расходы пара, и большая часть ступеней турбины работает на влажном паре. В процессе расширения насыщенного пара в турбине его влажность непрерывно возрастает и достигает значений, при которых возникает эрозионный износ проточной части турбины. В связи с этим термодинамический цикл для АЭС с водным теплоносителем включает промежуточную сепарацию: пар, достигший предельно допустимых значений влажности после головного цилиндра турбины, отводится в специальный сепаратор и осушается в нем при постоянном давлении. По техническим и экономическим причинам сепараторы сочетаются с промежуточными перегревателями пара. С точки зрения теории сепарация и промежуточный перегрев пара снижают термический КПД цикла. Применение его оправдано с точки зрения уменьшения потерь от влажности пара. Также особенностью АЭС является низкое конечное давление в цикле. Выбор конечного давления для турбин АЭС проводится исходя из условия оптимизации комплекса, состоящего из цилиндра низкого давления, конденсатора и систем регенерации. Чем ниже конечное давление, тем более сложной и металлоемкой становится конструкция ЦНД, конденсатора, увеличивается мощность циркуляционных насосов, диаметры трубопроводов, размеры арматуры. В тоже время снижение конечного давления повышает экономичность турбоустановки. 1. Задание с исходными даннымиДвухконтурная АЭС на насыщенном водяном паре (рис. 1) c реактором ВВЭР тепловой мощности  имеет параметры ПТУ: ,  ,  , . Температура питательной воды  . Степень сухости пара на выходе из сепаратора  , недогрев пара на выходе из пароперегревателя до температуры греющего пара  = 20 °С, недогрев воды на выходе из регенеративных подогревателей до температуры насыщения греющего пара  . Нагрев воды в каждом из подогревателей принять одинаковым. Все дренажи принять при температуре насыщения греющего пара. Давление конденсата на выходе из конденсатного насоса  Внутренние относительные КПД турбин  ,  . Внутренние относительные КПД насосов , . Коэффициент потерь теплоты в парогенераторе принять  , КПД реактора  , электромеханический КПД электрогенератора принять  . Исходные данные для расчета сведены в таблицу 1. Таблица 1
Задание: Для всех характерных точек цикла АЭС с помощью таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара [2], а также h-s – диаграммы определить: давление р, температуру t, удельный объем v, энтальпию h, энтропию s, степень сухости х, относительный расход рабочего тела α. Рассчитать действительные работу цикла и теплоту, подведенную в цикле и абсолютный внутренний КПД цикла АЭС. Рассчитать удельные расход пара и теплоты на выработку 1 кВт·ч электроэнергии. Рассчитать расход пара в голову турбины и электрическую мощность установки. В Т-s – диаграмме, используя значения параметров в характерных точках, в масштабе построить термодинамический цикл АЭС. В h-s – диаграмме, используя значения параметров в характерных точках, в масштабе построить процесс расширения пара в паровой турбине. 2. Тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР Рис. 1. Принципиальная схема двухконтурной АЭС на насыщенном водяном паре Р – атомный реактор; ПГ – парогенератор; ЦН – циркуляционный насос; ЧВД – часть высокого давления паровой турбины; С – сепаратор; ПП – пароперегреватель; ЧНД – часть низкого давления паровой турбины; ЭГ – электрогенератор; К – конденсатор; КН –конденсатный насос; ПНД – подогреватель низкого давления; Д – деаэратор; ПН – питательный насос; ПВД – подогреватель высокого давления. 3. Расчет термодинамических параметров в характерных точках схемыРасчет схемы АЭС необходимо начинать с определения параметров в характерных точках термодинамического цикла (рис.2). Параметры теоретических процессов обозначаются с индексом «t». Точки соответствуют схеме, показанной на рис.1. Параметры характерных точек определяются с помощью данных термодинамических свойств воды и водяного пара (таблиц, h-s – диаграммы или специальных программ). Точка 0 – параметры пара на выходе из ПГ определяются по заданным и как сухой насыщенный пар.Точка 1 – параметры пара перед ЧВД соответствуют параметрам пара на выходе из ПГ, т.е.  и  .Точка 2t – параметры пара после теоретического адиабатного расширения в ЧВД (процесс 1-2t) определяются по  и  .Точка 2 – параметры пара после действительного адиабатного расширения в ЧВД (процесс 1-2) определяются по  и  Точка 3 – параметры пара после изобарного процесса сепарации пара в С (процесс 2-3) определяются по  и  .Точка 4 – параметры пара после изобарного процесса перегрева пара в ПП (процесс 3-4) определяются по  и Точка 5t – параметры пара после теоретического адиабатного расширения в ЧНД (процесс 4-5t) определяются по  и  .Точка 5 – параметры пара после действительного адиабатного расширения в ЧНД (процесс 4-5) определяются по и   Точка 6 – параметры воды после изобарного процесса конденсации пара в К (процесс 5-6) определяются по  и  как вода в состоянии насыщения.Точка 7t – параметры воды после теоретического адиабатного сжатия в КН (процесс 6-7t) определяются по  и  .Точка 7 – параметры воды после действительного адиабатного сжатия в КН (процесс 6-7) определяются по  и   Точка 8 – параметры воды после изобарного процесса нагрева воды в ПНД (процесс 7-8) определяются по  и  , где  с учетом принятого равномерного нагрева воды в трех подогревателях (ПНД, Д, ПВД) определяется по формуле:  Точка 9 – параметры воды после изобарного процесса нагрева воды в Д (процесс 8-9) определяются по  и  Точка 10t – параметры воды после теоретического адиабатного сжатия в ПН (процесс 9-10t) определяются по  и  .Точка 10 – параметры воды после действительного адиабатного сжатия в ПН (процесс 9-10) определяются по  и   Точка пв – параметры воды после изобарного процесса нагрева воды в ПВД (процесс 10-пв) определяются по  и  Точка 11 – параметры греющего пара перед ПП соответствуют параметрам пара на выходе из ПГ, т.е.  и  .Точка др.с – параметры дренажа из С определяются по  и  как вода в состоянии насыщения.Точка др.пп – параметры дренажа из ПП определяются по  и  как вода в состоянии насыщения.В принятой системе регенеративного подогрева питательной воды греющий пар, забираемый из отборов паровой турбины, в каждом подогревателе (ПВД и ПНД) полностью конденсируется и превращается в кипящую жидкость, называемую дренажом. В соответствии с этим параметры греющего (отбираемого) пара и дренажа обозначаются индексами «от» и «др». Расчет первого отбора и дренажа (в ПВД). Температура насыщения греющего пара в 1-м отборе определяется по формуле  где  - недогрев воды на выходе из регенеративных подогревателей до температуры насыщения греющего пара (принято в задании). Давление в 1-м отборе определяется по найденной температуре насыщения  Точка от1t – параметры греющего пара в 1-м теоретическом отборе из ЧВД (процесс 1-от1t) определяются по  и  Точка от1 – параметры греющего пара в 1-м действительном отборе из ЧВД (процесс 1-от1) определяются по  и   Точка др1 – параметры дренажа из ПВД определяются по  и  как вода в состоянии насыщения.Расчет второго отбора (в Д). Температура насыщения греющего пара в 2-м отборе определяется по формуле  Давление в 2-м отборе определяется по найденной температуре насыщения  Точка от2t – параметры греющего пара в 2-м теоретическом отборе из ЧНД (процесс 4-от2t) определяются по  и  Точка от2 – параметры греющего пара в 2-м действительном отборе из ЧНД (процесс 4-от2) определяются по  и   Расчет третьего отбора и дренажа (в ПНД). Температура насыщения греющего пара в 3-м отборе определяется по формуле  Давление в 3-м отборе определяется по найденной температуре насыщения  Точка от3t – параметры греющего пара в 3-м теоретическом отборе из ЧНД (процесс 4-от3t) определяются по  и  Точка от3 – параметры греющего пара в 3-м действительном отборе из ЧНД (процесс 4-от3) определяются по  и   Точка др3 – параметры дренажа из ПНД определяются по  и  как вода в состоянии насыщения.Все полученные значения параметров характерных точек (кроме значений α) сводятся в таблицу 2. 4. Таблица термодинамических параметровТаблица 2
Расчет расходов рабочего тела в точках и составление тепловых балансов. Расчет расходов рабочего тела выполняется в относительных единицах α, т.е. по отношению к расходу пара на входе в ЧВД турбины. Таким образом, в точке 1 принимается  . Для расчета расходов рабочего тела в остальных точках требуется составление материальных и тепловых балансов элементов схемы. При этом, если в расчетах использовать теоретические значения параметров в точках, то будут получены теоретические расходы рабочего тела. Если использовать действительные параметры, то будут получены действительные расходы рабочего тела. В настоящей работе приняты для дальнейших расчетов только действительные параметры в точках. Материальные балансы по основным точкам схемы (рис.1): Точка 2:  Точка 3:  Точка 4:  Точка 5:  Точка 6:  где  Точка 7:  Точка 8:  Точка 9:  После преобразования с учетом, что  получим Точка 10:  Точка 11:  Точка 0:  Из материальных балансов видно, что относительный расход в точках зависит от относительных расходов в отборах и дренажах, которые определяются из тепловых балансов элементов. Тепловы балансы по элементам схемы (рис.1). 1) Тепловой баланс сепаратора (С)  Или с учетом материального баланса в точках   2) Тепловой баланс пароперегревателя (ПП)  Или с учетом материального баланса в точках     3) Тепловой баланс подогревателя низкого давления (ПНД)  Или с учетом материального баланса в точках   4) Тепловой баланс деаэратора (Д)  Или с учетом материального баланса в точках    5) Тепловой баланс подогревателя высокого давления (ПВД)  Или с учетом материального баланса в точках   В данные тепловые балансы входят взаимосвязанные относительные расходы в отборах и дренажах. Поэтому данные уравнения решаются путем преобразований и взаимной подстановки. Например, из 1-го баланса выражается  , а из 5-го баланса выражается  , и оба этих значения подставляются в 2-й баланс и определяется  . Далее последовательно решаются 4-й и 3-й балансы. После определения относительных расходов в отборах и дренажах определяются относительные расходы в точках схемы. Все полученные значения относительных расходов сводятся в таблицу 2. 5. Расчет характеристик и показателей цикла и установки.Действительная удельная работа расширения пара в паровой турбине, кДж/кг  где работа расширения пара в паровой турбине части высокого давления, кДж/кг  работа расширения пара в паровой турбине части низкого давления, кДж/кг  Действительная удельная работа сжатия в насосах, кДж/кг  где работа сжатия в питательном насосе, кДж/кг  работа сжатия в конденсационном насосе, кДж/кг  Действительная удельная работа цикла, кДж/кг  Действительная удельная теплота, подведенная в цикле, кДж/кг  Абсолютный внутренний КПД цикла АЭС  Удельный расход пара на выработку 1 кВт·ч электроэнергии, кг/(кВт·ч)  Удельный расход теплоты на выработку 1 кВт·ч электроэнергии, кг/(кВт·ч)  Расход пара в голову турбины, кг/с  Электрическая мощность установки АЭС, МВт  6. Термодинамический цикл АЭС в Ts-диаграмме Рис. 2. Цикл в Ts-диаграмме k – тройная точка воды; 5-6 – процесс конденсации пара в конденсаторе (К); 6-7t – теоретический процесс сжатия воды в конденсатном насосе (КН); 6-7 – действительный процесс сжатия воды в конденсатном насосе (КН); 8 – регенеративный отбор пара на подогреватель низкого давления (ПНД); 9 – регенеративный отбор пара на деаэратор (Д); 9-10t - теоретический процесс сжатия воды в питательном насосе (ПН); 9-10 – действительный процесс сжатия воды в питательном насосе (ПН); пв - регенеративный отбор пара на подогреватель высокого давления (ПВД); пв-1 – процесс парообразования в парогенераторе (ПГ). 7. Процесс расширения в паровой турбине цикла АЭС в hs–диаграмме Рис. 3. Процессы расширения в hs-диаграмме x = 1 – пограничная кривая воды; 1-2t – теоретический процесс расширения пара в части высокого давления (ЧВД); 1-2 – действительный процесс расширения пара в части высокого давления (ЧВД); 2-3 – процесс сепарации влажного пара в сепараторе (С); 3-4 – процесс промежуточного перегрева пара в пароперегревателе (ПП); 4-5t – теоретический процесс расширения пара в части низкого давления (ЧНД); 4-5 – действительный процесс расширения пара в части низкого давления (ЧНД); от1t – теоретический отбор пара из ЧВД на подогреватель высокого давления (ПВД); от1 – действительный отбор пара из ЧВД на подогреватель высокого давления (ПВД); от2t – теоретический отбор пара из ЧНД на деаэратор (Д); от2 – действительный отбор пара из ЧНД на деаэратор (Д); от3t – теоретический отбор пара из ЧНД на подогреватель низкого давления (ПНД); от3 – действительный отбор пара из ЧНД на подогреватель низкого давления (ПНД); ЗаключениеВ процессе расчетов мы убедились, что тепловая схема двухконтурной АЭС с реактором ВВЭР существенно не отличается от тепловой схемы ТЭС. Важнейшее отличие заключается в горячем источнике теплоты в виде ядерного реактора АЭС, который заменяет котел обычной ТЭС. Однако ядерный реактор задает более низкие параметры пара на выходе из парогенератора (ПГ), чем обычные ТЭС, таким образом, на выходе из парогенератора (ПГ) мы получаем сухой насыщенный или слабоперегретый пар, который в процессе расширения в турбине охлаждается до влажного пара. Если не удалять влагу из ступеней турбины, то потери КПД турбоустановки могут достигать 15%, также возможен эрозионный износ прочностной части турбины. Из расчетов получаем, что после расширения пара в части высокого давления турбины (ЧВД) мы получаем влажный пар, таким образом, становится необходимой сепарация пара в сепараторе (С) между частями высокого и низкого давления турбины (ЧНД), также в схеме используется промежуточный пароперегреватель С точки зрения теории сепарация и промежуточный перегрев пара снижают термический КПД цикла. Применение его оправдано с точки зрения уменьшения потерь от влажности пара. В заданной тепловой схеме АЭС максимальный теплоперепад составляет не более 240  , что существенно ниже, чем на обычных ТЭС, что также влечет за собой большие расходы пара в голову турбины  , и большая часть ступеней турбины работает на влажном паре.Абсолютный внутренний КПД цикла АЭС с ВВЭР составил  , что вполне соответствует двухконтурным тепловым схемам с реакторами ВВЭР. Электрическая мощность установки АЭС составила  , что соответствует заданной тепловой мощности реактора  .Список литературыАндрющенко, А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок: учеб. пособие для теплоэнергет. спец. вузов/ А.И. Андрющенко. – М.: Высшая школа, 1985. Александров, А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник/ А.А. Александров, Б.А. Григорьев. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. Александров, А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. Учебное пособие для вузов/ Александров А.А. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. Кириллин, В.А. Техническая термодинамика: учебник для вузов/ В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. |
