Расчет тепловой схемы реактора ВВЭР-1000. Расход электроэнергии на дренажные насосы конденсата греющего пара 27 7
 Скачать 1.4 Mb.
|
|
2 Оглавление 1. Исходные данные ..................................................................................................... 3 2. Принципиальная тепловая схема АЭС ................................................................... 4 3. Расчѐт внешних узлов и определение параметров рабочего тела и греющего пара в элементах тепловой схемы ................................................................................. 6 3.1. Отопительная установка .................................................................................... 6 3.2. Материальный баланс турбоустановки ............................................................ 7 3.3. Расход пара протечек и уплотнений турбины ................................................. 8 3.4. Определение напоров конденсатно-питательного тракта .............................. 9 3.5. Параметры сред регенеративного подогрева ................................................. 11 4. Составление уравнений материального и теплового баланса ........................... 14 5. Расчѐт расхода пара на турбоустановку ............................................................... 23 6. Определение показателей тепловой экономичности машинного зала ............. 26 6.1. Определение электроэнергии на привод насосов конденсатно- питательного тракта ................................................................................................... 26 6.2. Расход электроэнергии на дренажные насосы конденсата греющего пара 27 7. Определение показателей тепловой экономичности АЭС ................................ 28 8. Литература ............................................................................................................... 33 3 1. Исходные данные Разработать проект АЭС с энергоблоком мощностью 1 млн. кВт. Паропроизводительная установка двухконтурная, с водо-водяным реактором под давлением, с промежуточным перегревом пара. Исходные данные Реактор – ВВЭР-1000; Электрическая мощность АЭС э = 1000 МВт Турбина – серийная К 1 контур Давление воды го контура Р = 16 МПа Температура теплоносителя на входе в реактор Т вх = 289 ℃; Температура теплоносителя на выходе из реактора Т вых = 322 ℃; 2 контур Давление острого пара Р = 5,2 МПа Сухость острого пара Х = 0,99; Давление в деаэраторе Р д = 0,60 МПа Давление в конденсаторе Р к = 0,005 МПа Отопительная установка Q тс = 130 МВт 4 2. Принципиальная тепловая схема АЭС Рассмотрев исходные данные и применяемые схемы турбоустановок для АЭС с реакторами типа ВВЭР, видим, что по параметрам энергоблок данной АЭС близок к энергоблоку ВВЭР-1000 с турбоустановкой КВ связи с этим в качестве расчетной схемы примем стандартную тепловую схему с турбоустановкой К. Турбина К состоит из одного цилиндра высокого давления (ЦВД) и трех цилиндров низкого давления (ЦНД). Число конденсаторов равно числу ЦНД. Турбина имеет семь нерегулируемых отборов пара для подогрева питательной воды. Пар их трех отборов ЦВД направляется на подогреватель высокого давления и деаэратор. Пар из отборов ЦНД идѐт в подогреватели низкого давления ив теплофикационную установку. Пар на эжекторы и уплотнения отбирается из деаэратора. Всего схемой предусмотрено семь поверхностных подогревателей и один смешивающий – деаэратор. Конденсат греющего пара подогревателей высокого давления ПВД-5 сливается в ПНД-4, а ПВД-7 в ПВД-6, из которого он перетекает в деаэратор, но может при нерасчетном режиме сливаться из ПВД-6 в ПВД-5 и вместе с дренажем ПВД-5 поступать в ПНД-4. Конденсат греющего пара подогревателей низкого давления двумя дренажными насосами перекачивается в основной потока именно из ПНД-4 каскадно сливается через охладитель дренажа в ПНД-3, откуда откачивается насосом ДН, а из ПНД-2 – каскадно в ПНД-1 и дренажным насосом ДН откачивается в основной поток. Конденсат греющего пара бойлерной установки сливается каскадно в конденсатор. Подогреватели высокого давления имеют встроенные охладители конденсата греющего пара. Конденсат пара основного эжектора уплотнений каскадно сливается в конденсатор турбины. Конденсат из конденсатора турбины откачивается конденсатными насосами первой ступени (КН, после чего проходит 100% конденсатоочистку и конденсатными насосами второй ступени (КН) через охладители эжекторов 5 подаѐтся в регенеративную схему. Очищенная вода для подпитки системы подаѐтся в конденсатор турбины. Рисунок 1. Принципиальная тепловая схема паротурбинной части двухконтурной АЭС с ВВЭР-1000: 1 — уплотнения штоков клапанов турбины 2 — блок стопорно-регулирующих клапанов 3 — ЦСД турбины 4 — уплотнения вала турбины 5 — сепаратор-промперегреватель; 6 — отсечная заслонка 7 — ЦНД турбины 8 — подогреватели сетевой воды 9 — насос теплосети 10 — конденсатор турбины 11 — конденсатный насос первой ступени 12 — основной эжектор 13 — эжектор уплотнений 14 — конденсатоочистка; 15 — конденсатный насос второй ступени 16 — ПНД; 17 — дренажный насос 18 — охладитель дренажа 19 — деаэратор; 20 — питательный насос с турбоприводом; 21 — ПВД; 22 — коллектор пара собственных нужд 23 — БРУ-СН; 24 — БРУ-К Схему теплового процесса расширения пара в турбине принимаем стандартную для турбины К. Рисунок 2. Процесс расширения пара в диаграмме. 6 3. Расчѐт внешних узлов и определение параметров рабочего тела и греющего пара в элементах тепловой схемы 3.1. Отопительная установка Мощность отопительной установки Q тс = 130 МВт. Примем температурный график подогрева сетевой воды 150/60 ℃. Расход сетевой воды на подогреватели составляет В соответствии с обозначениями схемы (рисунок 2) рассмотрим уравнение теплового баланса для пикового бойлера Основного бойлера Охладителя дренажа ( Коэффициент учитывает потери тепла в окружающую среду 0,99. Таблица 1 № отбора Давление в отборе Р, МПа Потребитель Греющий парк потребителю Конденсат греющего пара Подогреваемый поток на входе Р, МПа Т, ℃ i, кДж/кг t, ℃ i, кДж/кг t, ℃ i, кДж/кг 4 0,69 ПБ 0,613 183 2832,1 158,8 670,4 150 631,5 5 0,34 ОБОД Подставив значения из таблицы 1, получим 7 Решая систему уравнений, получим 3.2. Материальный баланс турбоустановки Принимаем потери пара и конденсата и условно относим их к линии острого пара. В этом случае паропроизводительность парогенератора (ПГ) должна составлять Расход добавочной воды Расход на продувку парогенератора принимаем Рисунок 3. Схема продувки парогенератора 8 Из схемы видно, что продувочная вода после очистки на ионообменных фильтрах вновь поступает в ПГ. В этом случаев ПГ поступает следующее количество питательной воды Рассмотрим параметры схемы продувки. Продувочная вода из ПГ в расширителе продувки снижается до давления 7 кПа. Образовавшийся пар в расширителе продувки направляется в деаэратор. Конденсат, пройдя теплообменники, очищается на ионообменной установке (ИОФ) и возвращается в тракт (в ПНД-4) при t = 30℃ и Р = 0,1 МПа. Следовательно, параметры схемы продувки составляют Для определения и рассмотрим уравнение теплового баланса продувки ПГ: Откуда 3.3. Расход пара протечек и уплотнений турбины Принимаем стандартную схему уплотнений для турбины К. Расходы пара на уплотнение вала турбины, штоков регулирующего и стопорного клапанов, на эжекторы берем по проектным данным турбоустановки. Общее количество пара, отбираемое из деаэратора на эжекторы и уплотнения турбины, составит 9 где – расход, отбираемый из деаэратора на уплотнение турбины. 3.4. Определение напоров конденсатно-питательного тракта Напор питательного насоса где – начальное давление пара – потери давления в паровпускных органах, которые составляют ; – потери давления в парогенераторе, принимаем – потери давления в подогревателе высокого давления, принимаем – потери давления в питательных трубопроводах, которые составляют – падение давления на регулирующем клапане питания парогенератора – геодезический подпор (на практике равен – давление в деаэраторе Повышение энтальпии воды в питательном насосе где – удельный объѐм воды подавлению в деаэраторе; – КПД насоса, составляет 10 Дифференциальный напор конденсатных насосов где – потери давления в подогревателе низкого давления – потери давления в охладителе дренажа – потери давления в эжекторах – падение давления в охладителе генератора – падение давление в БОУ – падение давления в регулирующем клапане уровня конденсата – гидравлическое сопротивление конденсатопровода – геодезический перепад. Принимаем напор в конденсатных насосах Первой ступени Второй ступени Повышение энтальпии в конденсатных насосах Первой ступени Второй ступени 11 3.5. Параметры сред регенеративного подогрева Для удобства дальнейших расчѐтов целесообразно представить известные параметры рабочего тела и греющей среды в табличной форме, используя при этом исходные данные, процесс расширения пара в турбине в диаграмме и предыдущие расчѐты. При определении давления греющего пара будем учитывать гидравлические сопротивления тракта, давление воды в подогревателях определяют по температуре насыщения в подогревателе и принятым значениям температуры напора где – температура насыщения при давлении в подогревателе, ℃; – недогрев обогреваемой среды до , ℃. Температура конденсата греющего пара на выходе из подогревателей, не имеющих охладителей дренажа, принимается равной температуре насыщения. Если в системе есть охладитель дренажа, то его температура определятся где – температура обогреваемой среды в элементах тепловой схемы, включенных между данными предыдущим подогревателями. – температурный напор на холодном конце охладителя дренажа – подогрев обогреваемой среды в элементах тепловой схемы, включенных между данными предыдущим подогревателями. Указанные величины принимаем равными для подогревателя высокого давления ; для подогревателя низкого давления ; для охладителя дренажа ; подогрев конденсата в эжекторах уплотнения и основном эжекторе ; подогрев конденсата после ПНД-4 Таблица 2 Элемент тепловой схемы греющая среда обогреваемая среда № отбора давление в отборе, МПа давление в подогревателе, МПа температура пара, ℃ теплосодержание пара, кДж/кг теплосодержание конденс., кДж/кг давление, МПа температура, ℃ теплосодержание конденс., кДж/кг обознач. величина обознач. величина обознач. величина обознач. величина 0 П ро1 ПП-2 ПП-1 С ПВД-7 ПВД-6 ПВД-5 Д ПНД-4 ОД ПНД-3 ПНД-2 ОД ПНД-1 ТП КН К - D 01 0 1 3 1 2 3 3 4 - 5 6 - 7 - - - 5,2 5,2 5,2 2,98 1,2 2,98 1,92 1,2 1,2 0,64 - 0,34 0,092 - 0,025 1,14 - 0,005 - - 5,64 2,83 1,18 2,83 1,82 1,13 0,6 0,6 - 0,31 0,084 - 0,022 1,11 , 0,0049 270 270 270 231,2 187,2 231,2 207,7 185,2 - 158,8 - 134,7 94,8 - 62,2 - - 24,1 Д- Д- i 12 - - i 13 2808,3 2808,3 2808,3 2675,2 2547,3 2675,2 2610 2547,3 2759,4 2832,1 - 2734,3 2547,3 - 2388,6 2938,4 - 2545,3 - - i др.пп2 i др.пп1 i c ’ i 8 ’ i 7 ’ i 6 ’ - i 4 ’ - i 3 ’ i 2 ’ - i 1 ’ - - - - - 1183,2 996 795 885,4 786,5 723,3 - 568,8 - 566,2 270,8 - 260,1 - - - - - 1,14 - - 8,4 8,8 9,2 0,65 0,9 1,1 1,15 1,3 1,4 1,45 - - - - - t 6 - - Д t 22 t 21 t 20 t 19 t 18 t 17 - t 16 t 13 - - 250 - - 225 202.2 180,2 161,99 152,2 134,7 130,7 91 63,7 59,7 - - 24 - - i 6 - i c i пв i 24 i 23 i' д ’ д- i 16 i 13 ’ - - 2938,4 - 2780 968,5 965,3 768,2 694,6 706,7 645,4 563 549,9 389,2 266,3 251 - 132,6 101 4. Составление уравнений материального и теплового баланса Определение потоков пара и воды в элементах тепловой схемы производится на основе уравнений материального и теплового балансов, но вести расчѐт на 1 килограмм острого пара и выражать все расходы удобно в долях от Рассмотрим каждый элемент тепловой схемы в отдельности. Составление уравнений начнѐм с последнего походу питательной воды подогревателя ПВД-7, так как известны параметры питательной воды на входе. При расчѐте коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду, принимаем Уравнение теплового баланса для ПВД-7: [ ( )] [ ] Решая уравнение, получаем Рассмотрим одновременно ПП-2: 15 Разделительное давление Примем недогрев пара после ПП-1 , тогда температура пара после ПП-1 будет Уравнение теплового баланса для ПП-2: ( ) Отсюда Подставив это значение в ранее определенное получим Рассмотрим ПВД-6 и ПП-1: Уравнение теплового баланса для ПВД-6: [ ( ) ] [ ] 8 Решая уравнение, получим 16 Уравнение теплового баланса для ПП-1: ( ) Решая уравнение, получим Подставив значение , , в уравнение , получим Рассмотрим ПВД-5 и деаэратор: ( ) [ ] [ ] Решая уравнение, получим Рассмотрим расход пара на трубопровод. Пусть параметры на выходе турбопривода будут 17 Мощность турбонасоса можно записать где – КПД турбопривода, примем Получим Определим теплосодержание воды, поступающей из охладителя выпара в деаэратор . При этом будем считать, что отношение количества влаги к расходу конденсата будет равно Уравнение теплового баланса охладителя выпара: ( ) Откуда Или Уравнение теплового баланса для деаэратора: 18 [ ] Решая уравнение, получим Уравнение материального баланса С учѐтом известных величин Рассмотри теперь сепаратор Влажность пара в сепараторе меняется от до , тогда В тоже время , тогда и Подставив это выражение в выражение для получим Подставив это значение в уравнение теплового баланса деаэратора и определим : Отсюда Рассмотрим ПНД: 19 Для охладителя продувки ОД принимаем температуру конденсата греющего пара на выходе равной и давление , тогда Запишем совместное уравнение теплового баланса для ПНД-4 и ОД [ ( ) ] [ ] . Решая уравнение, получим Определим и : [( ) Уравнение теплового баланса для ПНД-3: [ ] . Подставив числовые значения в уравнение, получим Тогда 20 Рассмотрим ПНД-2 и ОД Вначале определим параметры конденсата греющего пара за ОД Уравнение теплового баланса совместно для ПНД-2 и ОД [ ] [ ] . Решая уравнение, получим 21 Уравнение теплового баланса для ПНД-1: [ ] . Подставив в это уравнение численные значения и решая уравнение, получаем Для определения рассмотрим уравнение материального баланса после ПНД-4: Получаем Подставив это значение в ранее определенные выражения для расхода пара, получаем Проверка Рассмотрим материальный баланс деаэратора: 22 То есть система уравнений решена правильно. 23 5. Расчѐт расхода пара на турбоустановку Величину расхода пара на турбоустановку можно определить по внутренней мощности турбины, то есть из энергетического баланса турбины. Внутренняя мощность турбины где – механический КПД, – КПД генератора, Для удобства расчета величины потоков пара по ступеням, используемые теплоперепады представим в виде таблицы 3. Вспомогательные и используемые теплоперепады на ступени турбины определяем по процессу теплового расширения в диаграмме. Таблица 3. Результаты расчѐта № Расход пара через отсек, кг/с Используемый теплоперепад, кДЖ/кг Внутренняя мощность 1 2 3 4 5 . . . . 115 65 63 101 98 24 № Расход пара через отсек, кг/с Используемый теплоперепад, кДЖ/кг Внутренняя мощность, 6 7 8 . . 187 159 143 ∑ ∑ Отсюда Теперь, зная расход на турбоустановку, можно определить расходы воды и пара на отдельные элементы тепловой схемы турбоустановки. Результаты расчѐтов представлены в таблице 4. 25 Таблица 4. Результаты расчѐтов и вычислений. № Наименование расхода Обозначение Величина, кг/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Пар Паропроизводительность парогенератора На турбоустановку На пароводяной перегреватель II ступени На ЦВД На пароводяной перегреватель I ступени На ПВД-7 На ПВД-6 На ПВД-5 На деаэратор На ПНД-4 Из парового перегревателя На трубопровод ТП На ЦНД На ПНД-3 На ПНД-2 На ПНД-1 На конденсатор турбины На пиковый бойлер На основной бойлер На охладитель дренажа Конденсат-питательная вода Расход питательной воды Расход добавочной воды Продувка ПГ: на ПНД-4 на деаэратор Продувка сепаратора Расход через конденсатные насосы Расход через дренажный насос ДН Расход через дренажный насос ДН Расход конденсата после ПНД-4 1661,98 1650,43 58,73 1591,7 48,05 89,52 77,32 59,42 43,52 79,55 1116,23 32,68 1083,55 76,59 62,63 47,49 896,54 10,46 20,01 13,79 1670,24 11,55 6,11 2,15 138,49 986,81 110,42 191,94 1216,48 26 6. Определение показателей тепловой экономичности машинного зала Расход тепла на машзал будет равен разности тепла, полученного от парогенератора с паром и водой продувки, и тепла, возвращенного с питательной водой парогенератора Примем, что добавочная вода берѐтся из водоѐма при температуре и при давлении , тогда теплосодержание добавочной воды Расход тепла на выработку электроэнергии Электрический КПД брутто турбоустановки: Удельный расход тепла брутто 6.1. Определение электроэнергии на привод насосов конденсатно-питательного тракта Расход электроэнергии на конденсатные насосы – КПД привода, 27 6.2. Расход электроэнергии на дренажные насосы конденсата греющего пара В соответствии с давлением по тракту принимаем напор дренажных насосов Тогда Тогда расход электроэнергии составит Суммарный расход электроэнергии на собственные нужды турбоустановки: Доля электроэнергии на собственные нужды турбоустановки: Электрический КПД нетто ( ) 28 7. Определение показателей тепловой экономичности АЭС Для определение показателей тепловой экономичности блока АЭС необходимо учесть потери тепла в трубопроводах, расход на общественные механизмы, то есть КПД брутто энергоблока можно представить в виде следующей формулы где – коэффициент, учитывающий потери тепла в циркуляционном контуре реакторной установки и продувку реактора – коэффициент, учитывающий потери тепла в трубопроводах за счѐт утечки пара – коэффициент, учитывающий снижение КПД за счѐт переменного режима, снижения вакуума, вследствие загрязнения поверхности охлаждения конденсатора и по другим эксплуатационным причинам – коэффициент, учитывающий потери тепла в парогенераторной установке в окружающую среду с продувкой где – величина потерь в окружающую среду – потери тепла, связанные с продувкой ПГ Эта величина определяется последующей зависимости 29 где – коэффициент, учитывающий использование продувочной воды в цикле, и определяется как – доля пара, образуемая в расширителе продувки – адиабатический теплоперепад пара от расширителя продувки до давления в конденсаторе – полный адиабатический перепад в турбине Тогда Теперь Таким образом, Следовательно, КПД брутто энергоблока АЭС составит Необходимая тепловая мощность реактора Необходимая мощность для привода ГЦН. Расход теплоносителя через реактор 30 Повышение энтальпии воды в ГЦН: Тогда Необходимая мощность для прокачки теплоносителя через реактор Оценим необходимое количество циркуляционной воды для охлаждения конденсаторов турбины. Для этого запишем уравнение теплового баланса конденсатора где – расход охлажденной воды на конденсаторе – температура охлаждающей воды на выходе (входе) из конденсатора. Пусть принимаем кратность циркуляции тогда Принимаем прямоточную систему технического водоснабжения. Общий расход технической воды ∑ где – расход воды на масло и воздухоохладители 31 – расход воды на водоподготовительную установку. где – расход подпиточной воды – расход воды на собственные нужды водоподготовки – подпитка тепловой сети. ( ) – расход воды на охлаждение подшипников механизмов – расход воды на охлаждение реакторной установки – расход воды на хозяйственные нужды (спецпрачечная, санпропускник, берѐтся из санитарных норм – 300 л/сут на штатного работника) ∑ Для системы технического водоснабжения выбираем 15 насосов 12 НДС – 60, мощность привода каждого составит 190 кВт. Расход электроэнергии на их привод будет В качестве циркуляционных насосов конденсаторов турбины выбираем 10 насосов типа ОП, мощность электропривода каждого насоса составляет 1000 кВт. Значит, мощность циркуляционных насосов Расход на собственные нужды составит Доля электроэнергии на собственные нужды 32 КПД энергоблока Таким образом, определены все необходимые показатели проектируемой АЭС. 33 8. Литература 1. Расчѐт тепловой схемы двухконтурной АЭС Методические указания. Щеклеин СЕ, Пахалуев В.М., Екатеринбург, 1997. 2. Теплофизические свойства воды и водяного пара – Ривкин С.Л., Александров А.А., Москва, 1980. 3. Атомные электрические станции – Маргулова Т.Х., Москва Энергоатомиздат, 1984. |