В статье представлено описание и тепловая схема паровой турбины К-500-240. Здесь вы можете найти и скачать файлы для моделирования тепловой схемы паровой турбины К-500-240 в программе ОpenModelica.
Тепловая схема паровой турбины К-500-240
Принципиальная тепловая схема паротурбинной установки (ПТУ) с турбиной типа К-500-240 представлена на рисунке ниже.
Маркировка:
- К – конденсационная;
- 500 – номинальная мощность, МВт;
- 240 – давление свежего пара, кгс/см2.
Турбина состоит из цилиндров высокого, среднего и низкого давлений – ЦВД, ЦСД, ЦНД. Внутри основного корпуса ЦВД расположен внутренний цилиндр. ЦСД и два ЦНД двухпоточной компоновки. Такие решения позволяют снизить осевые усилия на ротор и повысить компактность установки.
Как движется пар
Перегретый пар из основного пароперегревателя парового котла направляется в главный паропровод. Пройдя стопорный и регулирующие клапаны свежий (острый) пар попадает во внутренний цилиндр ЦВД. На выходе из внутреннего цилиндра поток пара разворачивается н 180° и поступает на ступени основного цилиндра. После ЦВД основная часть пара направляется в промежуточный пароперегреватель парового котла. В промежуточном пароперегревателе пар перегревается до температуры 540°С, затем направляется к стопорным клапанам и на ступени ЦСД. Отработав в ЦСД пар по пароперепускным трубам поступает в два двухпоточных ЦНД. Из каждого ЦНД отработавший пар поступает в двухсекционный конденсатор (по одной секции на каждый двухпоточный ЦНД). Технические характеристики турбоустановки представлены в таблице ниже.
№ п/п | Наименование параметра | Значение |
1 | Мощность номинальная/максимальная, МВт | 525/535 |
2 | Теплофикационная нагрузка, МВт | 16,7 |
3 | Давление свежего пара, МПа | 23,5 |
4 | Температура свежего пара, °С | 540 |
5 | Давление вторично перегретого пара, МПа | 3,8 |
6 | Температура вторично перегретого пара, °С | 540 |
7 | Номинальный расход свежего пара, кг/с | 458,3 |
8 | Расход пара на промежуточный перегрев, кг/с | 378,9 |
9 | Расход охлаждающей воды, кг/с | 14300 |
10 | Давление пара в конденсаторе, МПа | 0,0035 |
11 | Номинальная температура охлаждающей воды, °С | 12 |
12 | Общая масса турбины (без конденсатора), т | 1200 |
13 | Общая длина турбины (без генератора), м | 29,5 |
Конденсатор
В конденсаторе отработавший пар конденсируется. Охлаждающая вода проходит внутри трубок конденсатора последовательно через каждый корпус. При температуре охлаждающей воды 12 °С, давление впервой секции равно 3,16 кПа, а во второй — 3,96 кПа. Давление во второй по ходу охлаждающей воды секции выше, чем в первой. Это обусловлено тем, что в ее трубы попадает охлаждающая вода с более высокой температурой после нагрева в первой секции. Из первой секции конденсат направляется самотеком в конденсатосборник второй секции за счет небольшой разницы в высотах их расположения.
Система регенеративного подогрева основного конденсата
Из конденсатосборника конденсатными насосами КН-1 основной турбинный конденсат подается в сальниковый подогреватель СП, где подогревается паром из уплотнений.
Далее, основной турбинный конденсат попадает в ПНД-1 смешивающего типа. Из ПНД-1 подогретый конденсат конденсатными насосами КН-2 подается в сальниковый подогреватель СП-2 и в ПНД-2 смешивающего типа. Подогрев конденсата в ПНД-1, и ПНД-2 осуществляется паром из нерегулируемых отборов из ЦНД турбины. В ПНД-1 сливаются дренажи (конденсат греющего пара) из СП-1 и СП-2. В ПНД-2 сливаются дренажи каскадно из ПНД-4 и ПНД-3 и бойлера подогрева сетевой воды Б-1.
Подогрев основного турбинного конденсата в ПНД-3 осуществляется нерегулируемым отбором из ЦНД, ПНД-4 – из ЦСД.
После ПНД-4 конденсат поступает в деаэратор Д. В деаэраторе из конденсата удаляются растворенные агрессивные газы. Деаэратор питается паром из четвертого отбора через регулирующий клапан. С этого же отбора пар подается на турбопривод ТПН питательного насоса ПН. Турбопривод снабжен собственным конденсатором. Конденсат отводится в конденсатосборник основного конденсатора.
Система регенеративного подогрева питательной воды
Деаэрированная вода бустерным насосом БН подается на прием питательного насоса ПН. Бустерный насос создает подпор на приеме питательного насоса для предотвращения кавитации воды на его рабочих колесах.
Питательным насосом питательная вода направляется в группу подогревателей высокого давления ПВД-6,7,8. Подогреватели высокого давления имеют встроенные охладители пара и дренажа. Дренаж ПВД каскадно сливается в деаэратор. ПВД-6 подключен по схеме Никольского-Рикара. Отбор пара на ПВД-7 осуществляется из холодной нитки промежуточного перегрева пара. Отбор пара на ПВД-8 из ЦВД.
В схеме предусмотрена двухступенчатая сетевая подогревательная установка (теплофикационная установка) для отопления жилпоселка и помещений электростанции. Сетевая подогревательная установка состоит из двух бойлеров Б-1 и Б-2.
Модель тепловой схемы в OpenModelica
Модель турбоустановки разработана в среде разработки OpenModelica с использованием открытого исходного кода.
Модель полностью повторяет топологию тепловой схемы турбоустановки К-500-240-4 за исключением некоторых допущений: СП-1 совмещён с ПНД-1, схема подключения ПВД-6 без пароохладителя, пар в СП-2 поступает из деаэратора. Электрическая нагрузка на турбину задана величиной крутящего момента.
Для запуска модели необходимо:
- Скачать и установить OpenModelica. Ссылка для скачивания: https://openmodelica.org/download/download-windows. Запустить программу OMEdit.exe.
При установке или в настройках выберите версию системной библиотеки 3.2.3. Иначе библиотека не будет работать.
- Добавить библиотеку компонентов тепловой схемы турбоустановки TurboSet. Для этого выполнить команду Файл/Загрузить библиотеку и выбрать папку TurboSet. После успешного добавления в Браузере Библиотек появится соответствующая библиотека с набором необходимых компонентов.
- Командой Файл/Открыть открыть файл K_500_240_4.mo. В окне Диаграмм появится модель тепловой схемы. Переключение между окнами просмотра кода модели и схемой возможно по нажатию на соответствующие иконки. Каждый компонент модели представляет из себя определенный объект, обладающий параметрами – исходными данными для расчета модели. Просмотр параметров доступен по команде Правый клик/Параметры. Запуск симуляции по иконке с буквой S или со стрелкой.
Запуск расчета тепловой схемы турбоустановки К-500-240-4
Чтобы выполнить расчет тепловой схемы нужно выполнить следующие действия.
1. Ввести исходные данные:
- Электрическая мощность Nэ= 500 МВт.
- Давление свежего пара P0 = 24 МПа;
- Температура свежего пара T0 = 500÷560°С;
- Температура вторично перегретого пара Tпп = 500÷560°С;
- Температура питательной воды Tпв = 240 °С;
2. Рассчитать крутящий момент по формуле:
где w= 314,159 рад/с – скорость вращения ротора турбины.
3. Ввести значение крутящего момента в поле ввода компонента Torque.
4. Ввести параметры свежего пара в поля ввода компонента, моделирующего паровой котел PK.
5. Ввести параметры вторично перегретого пара в поля ввода компонента, моделирующего промежуточный пароперегреватель PP.
6. Ввести значение температуры питательной воды в параметры компонента PVD_8.
7. Запустить симуляцию. Открыть Браузер Переменных. Найти интересующие значения параметров модели.
Видео для работы с программой OpenModelica
Рекомендую к просмотру видео для обучения работы с программой OpenModelica
Решение задачи моделирования нагрева воды насыщенным паром в емкости в среде OpenModelica.