Calculul preliminar deare a centralei electrice de termoficare

CALCULUL PRELIMINAR DE PROIECTARE A CENTRALEI ELECTRICE DE TERMOFICARE

1. Aspecte generale

Calculul preliminar de proiectare a centralei are ca scop alegerea utilajului auxiliar si precizarea celui de baza, determinarea caracteristicilor utilajului si a indicatorilor tehnico - economici ai centralei [1, 3, 5, 6, 8]. Se face acest calcul in doua etape. In prima etapa se intocmesc ecuatiile bilanturilor termice ale preincalzitoarelor de retea si se determina debitele de abur necesare alimentarii preincalzitoarelor de baza. A doua etapa urmareste calculul preincalzitoarelor regenerative de inalta si de joasa presiune, precum si al degazoarelor.

Pentru determinarea caracteristicilor utilajului si a indicatorilor anuali se recurge la calculul schemei termomecanice a centralei pentru cateva regimuri tipice ale anului [1]:

regimul I, denumit maxim de iarna, se caracterizeaza printr-o sarcina maxima de termoficare si o producere maxima de abur;

al II-lea regim, de verificare, asigura o sarcina medie de termoficare pentru cea mai rece luna a anului;

al III-lea regim, denumit mediu de iarna, corespunde temperaturii medii a aerului pentru perioada de incalzire;

al IV-lea regim, de vara, caracterizeaza functionarea centralei in perioada cand lipsesc sarcinile de termoficare si de ventilare.

In cadrul acestui proiect, calculul circuitului termic al centralei electrice se face pentru regimul maxim de iarna. Calculul se efectueaza prin metoda aproximatiilor succesive si se finalizeaza doar atunci cand valorile obtinute in urma calculului nu difera cu mai mult de 11,5 % de cele precedente. Calculul se face pentru un singur grup energetic.

In plus fata de datele prezentate in p.1, la calculul preliminar de proiectare a centralei electrice de termoficare se considera suplimentar:

temperatura condensatului returnat de la consumatorul industrial egala cu 70 C

temperatura apei tratata chimic egala cu 30 C

graficul de temperaturi al retelelor termice in regimul maxim de iarna 150/70 C

subracirea apei va constitui ..8 C pentru preincalzitoarele de inalta presiune (PIP) si 25 C pentru cele de joasa presiune (PJP);

condensatul secundar rezultat in urma condensarii aburului prelevat din turbina nu se raceste in preincalzitoare;

ponderea consumului de abur pentru serviciile proprii tehnologice ale generatorului de abur constituie 0,..1,5 % din productivitatea bruta;

ponderea consumului de abur pentru serviciile proprii tehnologice ale salii de masini constituie 0,51,5 % din debitul de abur viu la turbina;

ponderea pierderilor de abur datorita neetanseitatii utilajului constituie 0,51,5 % din productivitatea bruta a generatorului;

valoarea coeficientului de recuperare a caldurii se va alege, in functie de presiunea aburului la turbina , din tabelul 1.

2. Calculul termic al preincalzitoarelor de retea

Cel mai utilizat agent termic in sistemele de alimentare cu caldura este apa, care in raport cu aburul prezinta avantaje cunoscute. De regula, circulatia apei se face cu ajutorul unei pompe de retea instalata la CET [1-3,5,6,8]. Incalzirea acesteia are loc la inceput in preincalzitoarele de retea pe baza energiei aburului extras la prizele de termoficare ale turbinei, apoi in cazanele de apa fierbinte, dupa care este livrata in reteaua de termoficare.

Debitul apei ce circula prin retelele termice se va determina, in functie de sarcina de termoficare a centralei si de graficul de temperaturi aferent retelelor termice, cu relatia:

in care este temperatura apei tur, in [ C ; - temperatura apei retur, in [ C ; 4,19 kJ/ kg^.K - caldura masica a apei la presiune constanta.

In cazul in care exista doua preincalzitoare de retea, calculul incepe cu preincalzitorul inferior si are ca scop determinarea debitelor de abur extrase prin prizele de termoficare urbana ale turbinei.

Parametrii de stare ai apei si aburului se introduc in tabelul 2. In calcule se aplica debitul de apa corespunzator unei turbine.

Debitul de abur derivat din turbina se va determina pe baza ecuatiei bilantului termic, scrisa pentru fiecare preincalzitor. Pentru coeficientul de utilizare a caldurii, se vor adopta valori

Dupa calculul debitelor de abur la preincalzitoarele de retea se vor preciza coeficientul de termoficare, tipul si numarul cazanelor de apa fierbinte.

Calculul debitului de abur viu la turbina si al apei de alimentare

Debitul de abur viu la turbina se poate estima fie analitic, fie cu diagrama de regimuri [1, 3, 6, 8]. Diagrama regimurilor turbinei exprima, in forma grafica, raportul dintre debitul de abur viu, puterea la bornele generatorului electric, sarcina termica a turboagregatului si alti parametri, care determina regimul de functionare a turbinei si economicitatea termica a acesteia. Caracterul demonstrativ si precizia suficienta pentru o gama larga de probleme practice au determinat aplicarea diagramei de regim la proiectarea si exploatarea turboagregatelor din CET.

Pentru calculul debitului de abur viu la turbina, se propune relatia [1, 8]:

stabilita pe baza ecuatiei bilantului energetic al turbogeneratorului, in care primul termen prezinta debitul de abur la o turbina de aceeasi putere ce functioneaza in condensatie, deci fara prize de prelevare a aburului, al doilea termen prezinta debitul de abur viu necesar restabilirii puterii pana la valoarea initiala datorita extragerii aburului prin priza industriala, iar al treilea termen prezinta debitul de abur viu necesar restabilirii puterii electrice din cauza extragerii aburului la prizele de termoficare. Valorile coeficientului de recuperare a caldurii s-au prezentat in p.1. Marimile respectiv caderea izentropa de entalpie in treptele turbinei, randamentul mecanic al turbinei si randamentul generatorului electric, s-au determinat anterior (vezi paragraful 2.1). Puterea nominala la borne si debitele de abur industrial si de termoficare corespunzatoare unei singure turbine sunt prezentate in datele initiale. Ponderea caderii de entalpie a aburului extras pe priza reglabila (implicit ea nu participa la producerea energiei electrice), in raport cu cea maximum (izentropa) disponibila, se va estima cu ajutorul relatiei de tipul:

in care marimile si au semnificatia din fig. 2.1; este entalpia aburului prelevat pe priza industrila sau pe prizele de termoficare si care se determina cu ajutorul aceleiasi fig.2.1; coeficient de dezvoltare incompleta a puterii de catre aburul prelevat.

Cunoscand acum debitul de abur viu la turbina , se poate calcula debitul de abur net produs de cazan:

precum si cel brut:

Avand in vedere debitul de purja continua a cazanului, debitul apei de alimentare va fi:

unde valoarea coeficientului de purja este data in datele initiale.

Debitul apei tratata chimic necesar alimentarii circuitului de baza al centralei se va calcula cu relatia:

Pentru coeficientul de pierderi prin etansari si coeficientii care iau in vedere serviciile interne ale salii de masini si . si generatorului de abur c si se adopta valori indicate in p.1. Valoarea coeficientului de retur al condensatului 100% - se impune prin sarcina de proiectare. Debitul de apa introdus prin degazor pentru a compensa pierderile in reteaua de termoficare va constitui 1.2 % din debitul total de abur extras de la prizele de termoficare urbana ale turbinei.

4. Calculul termic al expandorului de purja

Apa de purja provenita din generatoarele de abur contine impuritati. Pentru eliminarea lor, in toate centralele termoelectrice moderne se recurge la tratarea ei termica si chimica. Tratarea termica a apei de purja se face in expandor, in care presiunea constituie 0,12 MPa. In urma diminuarii presiunii apei de purja, considerata pe linia de saturatie la presiunea din cazan, pana la 24 presiunea din expandor, se produce separarea fazelor. Astfel separat, aburul este pur si de aceea se introduce prin degazorul apei de alimentare in circuitul termic al centralei, in timp ce lichidul saturat este murdar, din care motive se trateaza chimic in sectia cu acelasi nume ca apoi sub forma de apa de adaos sa fie introdus in ciclul de baza prin degazorul de condensat returnat. Valorile parametrilor de stare ai apei de purja si fazelor separate se vor introduce in tabelul

Debitul de abur separat se va calcula reiesind din ecuatia bilantului termic al expandorului de purja:

unde este entalpia apei de purja, in [kJ/kg] [7]; si - entalpia lichidului saturat, respectiv a aburului saturat uscat, in [kJ/kg] [7]; - debitul apei de purja, care poate fi usor estimat, in [kg/s ; - coeficientul de utilizare a caldurii, pentru care se adopta aceleasi valori ca si in cazul preincalzitoarelor, deci

5. Calculul termic al preincalzitoarelor regenerative de inalta presiune

Preincalzirea regenerativa a apei de alimentare la cazan si a condensatului de baza se face cu abur destins partial in turbina [1,3,5,6,8]. Aburul extras la prizele turbinei alimenteaza preincalzitoarele de apa, in care se condenseaza. Caldura eliberata de abur se introduce cu apa de alimentare in cazan pentru reducerea consumului de combustibil. Preincalzirea se face in atatea preincalzitoare cate prize de abur are turbina, aranjate astfel incat prima preincalzire sa se faca cu aburul prizei de cea mai joasa presiune, urmand apoi celelalte preincalzitoare in ordinea presiunilor crescatoare.

Pentru preincalzirea regenerativa a apei de alimentare si a condensatului de baza, la centrale se aplica preferential preincalzitoare de suprafata si partial de amestec. Apa de alimentare se va incalzi in preincalzitoarele de inalta presiune (PIP) pana la temperatura , prezentata in caracteristicile tehnicoeconomice ale turbinei sau/si generatorului de abur. In cazul in care temperatura apei de alimentare nu este indicata in cartea tehnica a turbinei sau cazanului de abur, ea se poate alege in intervalul , in care este temperatura de saturatie la presiunea aburului viu la iesirea din cazan [5]. In urma comprimarii apei in pompele de alimentare, presiunea acesteia creste cu 3040 % fata de cea a aburului produs de cazane. Datorita lucrului mecanic de comprimare are loc incalzirea apei de alimentare. Cresterea de entalpie a apei de alimentare datorata compresiei in pompa de alimentare se poate estima cu relatia:

Aici este volumul specific mediu al apei in intervalul presiunilor considerate, in [m³/kg ; - presiunea apei de alimentare in racordul de refulare al pompei, in [MPa ; - presiunea apei de alimentare in racordul de aspiratie, egala practic cu cea din degazor, in [Mpa ; - randamentul interior al pompei hidraulice, de regula, egal cu 0,70,8.

Pentru calculul cresterii entalpiei apei de alimentare se alege [5]:

presiunea in degazor 0,40,8 MPa;

presiunea de refulare =(1,21,25)^. la cazane cu circulatie naturala sau fortata multipla (pentru MPa ) si respectiv (1,..1,35)^. la cazane cu circulatie fortata unica (pentru 18 MPa).

In calculul preliminar de proiectare a centralei electrice de termoficare se considera ca temperatura apei de alimentare creste uniform in fiecare preincalzitor. Calculul PIP se face pe baza ecuatiei bilantului energetic, separat pentru fiecare aparat si se reduce la determinarea debitelor de abur extrase la prizele turbinei. Se incepe calculul cu primul preincalzitor plasat langa generatorul de abur. In cazul in care evacuarea condensatului secundar se face in cascada, la calculul debitului de abur necesar alimentarii preincalzitorului al doilea, al treilea s.a.m.d. se va lua in considerare si entalpia condensatului provenit din preincalzitoarele precedente. Pentru coeficientul de utilizare a caldurii, se vor adopta aceleasi valori ca si in calculele anterioare.

Bilantul energetic al preincalzitorului de apa prezentat in fig.1 are urmatoarea structura:

in care este debitul de abur care intra in preincalzitorul i , in [kg/s ; debitul de condensat secundar provenit din preincalzitorul precedent i 1, in [kg/s ; debitul de apa de alimentare, in [kg/s]; - entalpia aburului la intrarea in preincalzitorul i, in [kJ/kg ; - entalpia condensatului secundar la iesirea din preincalzitorul i, in [kJ/kg ; - entalpia condensatului secundar provenit din preincalzitorul i 1, in [kJ/kg ; temperatura apei de alimentare la intrarea, respectiv iesirea din preincalzitorul i, in [ C ; −coeficientul de utilizare a caldurii.

Rezultatele calculului termic se vor introduce intr-un tabel de tipul 2. Se va intocmi doar un singur tabel pentru toate preincalzitoarele de inalta presiune.

6. Calculul termic al degazorului de condensat returnat si de apa de adaos

De regula, condensatul returnat de la consumatorul industrial se degazifica termic la centrala in aceeasi instalatie cu apa de adaos, in prealabil tratata chimic si apoi introdusa in circuitul termic pentru a compensa cota de condensat nereturnat [1,3,5,6,8]. In acest scop, se utilizeaza degazoare de presiune atmosferica (0,100,12 MPa ).

In cazul in care presiunea aburului viu la turbine nu depaseste 3,5 MPa si cand pentru eliminarea aerului din apa de alimentare se pot folosi si degazoare atmosferice, atunci condensatul returnat si apa tratata chimic de adaos se introduc direct in degazorul ciclului de baza [5]. In acest caz, schema termomecanica a centralei se simplifica esential.

Calculul degazorului incepe de la preincalzitoarele aferente. Din ecuatia bilantului energetic al preincalzitorului apei tratata chimic se va determina temperatura acesteia la iesirea din aparat. Temperatura apei separata in expandorul de purja este cu 2.5 C mai mare decat temperatura apei tratata chimic si incalzita in preincalzitor.

Calculul termic al degazorului are ca scop determinarea debitului de abur prelevat la turbina. Pentru calculul lui se vor intocmi ecuatiile bilantului termic si material al degazorului.

Ecuatia bilantului material al degazorului are forma:

in care este debitul de condensat returnat, in [kg/s ; - debitul apei tratata chimic, in [kg/s ; - debitul de abur separat in expandorul de purja, in [kg/s ; - debitul de abur necesar degazarii, in [kg/s ; -debitul apei degazate in degazorul de condensat returnat - apa de adaos, in [kg/s .

Ecuatia (11) contine doua marimi necunoscute - si . Pentru calculul lor, se va compune a doua ecuatie si anume ecuatia bilantului energetic al degazorului, care este similara cu relatia (10), doar ca acum fiecare debit se va multiplica cu entalpia corespunzatoare, iar membrul din dreapta - cu coeficientul de utilizare a caldurii.

7. Calculul termic al degazorului apei de alimentare

Apa de alimentare, condensatul de baza si apa tratata chimic de adaos contin oxigen, bioxid de carbon si alte gaze, care contribuie la coroziunea utilajului si conductelor centralei electrice. Gazele patrund in circuitul termic al centralei preponderent prin condensatorul turbinei. Pentru protejarea utilajului termic de coroziunea gazelor, se recurge la degazarea termica a apei [1,3,5,6,8].

Eliminarea gazelor din apa de alimentare se produce in degazoare de presiune inalta (0,60,8 MPa).

Algoritmul calculului termic este similar cu cel al degazorului de condensat returnat (vezi p.6). Aici marimile necunoscute sunt: debitul de condensat de baza provenit din preincalzitoarele regenerative de joasa presiune si debitul de abur extras din turbina pentru degazare. Aceste doua marimi necunoscute se pot determina reiesind din ecuatiile bilantului energetic si material. Temperatura condensatului de baza la intrarea in degazor se va determina luand in considerare subracirea indicata anterior.

8. Calculul termic al preincalzitoarelor regenerative de joasa presiune

In centralele termoelectrice, inclusiv de termoficare, se aplica pe larg preincalzirea regenerativa a condensatului de baza cu abur extras la prizele de joasa presiune ale turbinei, ca metoda generala de ridicare a eficientei termodinamice a ciclului de baza al centralei [1,3,5,6,8].

Calculul termic al preincalzitoarelor de joasa presiune este similar cu cel al preincalzitoarelor de inalta presiune si urmareste determinarea debitelor de abur la prizele de prelevare a aburului. Pentru inlesnirea calculului, in prealabil, se va intocmi un tabel cu parametrii de stare si debitele agentilor termici in toate punctele caracteristice ale schemei, inclusiv in amonte de pompele principale de condensat si in aval de pompele de condensat ale

preincalzitoarelor de retea.

Calculul termic incepe cu preincalzitorul plasat langa degazor. Temperatura condensatului de baza la iesirea din preincalzitor si debitul de acest condensat sunt cunoscute din calculul termic al degazorului. Temperaturile condensatului de baza in punctele principale ale circuitului termic se vor stabili in corespundere cu recomandarile expuse in p.1.

In calcule se va considera o crestere de circa 1525 C a temperaturii condensatului de baza in racitorul etansarilor, racitorul ejectorului si pompele de condensat. Debitul de condensat secundar (provenit in urma condensarii aburului prelevat la turbina) ce circula prin aceste racitoare va constitui 0,71,5 % din debitul de abur la turbina.

In urma calculului preincalzitoarelor regenerative de joasa presiune va rezulta, totodata, si debitul de abur la condensatorul turbinei.

9. Bilantul energetic si material al grupului energetic

Debitul de abur viu la turbina se va calcula ca suma debitelor de abur extrase la toate prizele reglabile si nereglabile ale turbinei, la condensator. Debitul de abur astfel obtinut se compara cu cel calculat anterior . Calculul se considera finalizat, daca eroarea relativa de calcul al debitului de abur la turbina nu depaseste 3 %.

Cunoscand debitele de abur prelevate la prize, se poate calcula puterea teoretica dezvoltata de turbina. Pentru aceasta se observa ca prizele impart turbina in mai multe compartimente. Puterea teoretica dezvoltata de intreaga turbina va fi egala cu suma puterilor teoretice ale fiecarui compartiment in parte:

unde si sunt respectiv debitul si caderea de entalpie a aburului in compartimentul i al turbinei, in [kg/s , respectiv [kJ/kg ; n numarul compartimentelor turbinei.

Pentru inlesnirea calculului puterii teoretice a turbinei, este necesara intocmirea tabelului 4, in care se vor introduce valorile debitelor de abur derivate din turbina si caderile de entalpie respective.

Puterea utila/efectiva masurata/calculata la bornele generatorului electric se va determina cu relatia:

in care este randamentul mecanic al turbinei; - randamentul generatorului electric.

Puterea calculata la bornele generatorului se compara cu cea preliminata anterior . Calculul se considera finalizat, atunci cand eroarea de calcul a puterii la bornele generatorului electric nu depaseste, de asemenea, 3 %.