1. Dane techniczne turbiny:

Typ turbiny: reakcyjna, osiowa, jednokadłubowa, upustowo-ciepłownicza.

Parametry pary dolotowej do turbiny przed zaworami odcinającymi:

- ciśnienie znamionowe 12,75 MPa;

- temperatura znamionowa 535 °C.

Masowe natężenie przepływu pary świeżej przed zaworami odcinającymi ≥ 119,44 kg/s.

Obroty znamionowe 3000 obr/min.

Odbiór pary z wylotu turbiny 6,944 kg/s.

Temperatura wody sieciowej na wlocie do podgrzewacza XA 35 °C.

Masowe natężenie przepływu wody sieciowej 1805,5 kg/s.

Moc elektryczna dla pracy ciepłowniczej mierzona na zaciskach generatora Nel ≥ 104,1 MW.

Jednostkowe zużycie ciepła dla pracy ciepłowniczej q ≤ 10836 kJ/kWh.

Moc elektryczna dla pracy w pseudokondensacji mierzona na zaciskach generatora

Nel ≥108,1 MW.

Jednostkowe zużycie ciepła dla pracy na pseudokondensację q ≤ 10435 kJ/kWh.

Parametry wody sieciowej przy pracy ciepłowniczej dla ilości m=944,4 kg/s:

- temperatura na wlocie do podgrzewacza XA tw1=50 °C;

- temperatura na wylocie z podgrzewacza XB tw3=102,6 °C.

Dane wirnika:

- masa załopatkowanego wirnika 20 780 kg;

- długość wirnika z regulatorem bezpieczeństwa i czopem montażowym 6880 mm;

- największa średnica - 10 stopień 1640,1 mm.

Dane układu ciepłowniczego:

Ilość wody sieciowej przepływającej przez XA, XB znam./max 3400/6500 t/h.

Temperatura znamionowa wody sieciowej na wlocie do wymiennika podstawowego XA 50 °C.

Zakres zmian temp. wody sieciowej na wlocie do wymiennika podstawowego XA 35÷85 °C.

Temp. znamionowa wody sieciowej na wylocie 80 °C.

Zakres zmian temp. wody sieciowej na wylocie 50÷130 °C.

Ciśnienie wody sieciowej max. 1,6 MPa.

Dane wymienników ciepłowniczych:

Wymiennik XA Wymiennik XB

Typ poziome, jednostrefowe, powierzchniowe

Pow. wymiany ciepła 3102 m² 2906 m²

Ciśn. znam. pary (względne) 70 kPa 45 kPa

Materiał orurowania MnŻ101 (dla XA i XB)

Przestrzeń wodna 28 m³ 27 m³

Przestrzeń parowa 55 m³ 38 m³

Max ciśn. pary wylotowej do XA 0,23 MPa

Rys. 1. Schemat układu cieplnego bloku ciepłowniczego BC-100 wraz z zaznaczonymi osłonami

bilansowymi turbiny i turbozespołu. ODG – odgazowywacz, ROZP – rozprężacz, XN1-XN3 –

podgrzewacze regeneracyjne, XA i XB – podgrzewacze wody sieciowej, PZ – pompa zasilająca,

PK – pompa kondensatu, PS – pompa wody sieciowej.

Rys. 2. Wymienniki ciepłownicze XA i XB

2. Bilans cieplny wymiennika ciepłowniczego (sieciowego) XA:

Dane:

$${\dot{D}}_{\text{ws}} = 4200\frac{\text{Mg}}{h} = 4200000\frac{\text{kg}}{s}$$

i_w1 = 159, 2 kJ/kg

i_w2 = 222, 1 kJ/kg

i_w3 = 305, 9 kJ/kg

i′₅ = 423 kJ/kg

i′₆ = 289 kJ/kg

Z bilansu wymiennika wyznaczamy strumień masy pary D6 w kg/s:

D₆ * η_w * (i₆ − i^′₆)=D_ws * c_w * (t_w2 − t_w1)

$$D_{6} = \frac{D_{\text{ws}}*c_{w}*(t_{w2} - t_{w1})}{\eta_{w}*(i_{6} - {i^{'}}_{6})} = \frac{4200000*4,187*(53 - 38)}{3600*0,98*(2620 - 289)} = 32,1\frac{\text{kg}}{s} = 115,6\frac{t}{h}$$

gdzie:

hw – sprawność wymiennika ciepłowniczego, do obliczeń przyjmujemy równą 0,98;

i6 – entalpia pary przegrzanej odczytana dla t6 i p6; jeśli rozprężanie pary w turbinie kończy się

na linii x=1, wtedy do obliczeń przyjmujemy i″₆, czyli entalpię pary nasyconej suchej odczytaną dla ciśnienia nasycenia, kJ/kg;

i′₆ – entalpia wody w stanie nasycenia odczytana dla ciśnienia p6 (lub temperatury t6) nasycenia, kJ/kg;

Dws – strumień masy wody sieciowej, kg/s;

cw – średnie ciepło właściwe wody, do obliczeń przyjmujemy 4,187 kJ/kg.K;

tw1 – temperatura wody sieciowej przed wymiennikiem XA, °C;

tw2 – temperatura wody sieciowej za wymiennikiem XA, °C.

3. Bilans cieplny wymiennika ciepłowniczego (sieciowego) XB:

Z bilansu wymiennika wyznaczamy strumień masy pary D5 w kg/s:

D₅ * η_w * (i₅ − i^′₅)=D_ws * c_w * (t_w3 − t_w2)

$$D_{5} = \frac{D_{\text{ws}}*c_{w}*(t_{w3} - t_{w2})}{\eta_{w}*(i_{5} - {i^{'}}_{5})} = \frac{4200000*4,187*(73 - 53)}{3600*0,98*(2681 - 429)} = 44,2\frac{\text{kg}}{s} = 158,8\frac{t}{h}$$

gdzie:

hw

– sprawność wymiennika ciepłowniczego, do obliczeń przyjmujemy równą 0,98;

i5 – entalpia pary przegrzanej odczytana dla t5 i p5; jeśli rozprężanie pary w turbinie kończy się

na linii x=1, wtedy do obliczeń przyjmujemy i″₅, czyli entalpię pary nasyconej suchej

odczytaną dla ciśnienia nasycenia, kJ/kg;

i′₅ – entalpia wody w stanie nasycenia odczytana dla ciśnienia p5 (lub temperatury t5) nasycenia, kJ/kg;

tw2 – temperatura wody sieciowej przed wymiennikiem XB, °C;

tw3 – temperatura wody sieciowej za wymiennikiem XB, °C.

4. Bilans masowy turbiny:

Z bilansu wyznaczamy strumień masy pary pobierany w drugim upuście

D₂ = D_p − (D₁+D₃+D₄+D₅+D₆) = 400 − (29+34+6,4+115,6+158,8) =   

$$= 56,2\frac{\text{Mg}}{h} = 15,6\frac{\text{kg}}{s}$$

5. Bilans cieplny turbiny (pierwsza osłona bilansowa):

Q_d = N_u + Q_ciep + Q_reg + S_m + S_r

Strumień ciepła doprowadzony do turbiny w parze przegrzanej:

$$Q_{D} = D_{p}*i_{p} = \frac{400000}{3600}*3421 = 380111\ kW$$

gdzie:

Dp – strumień masy pary kierowany na turbinę (suma lewa + prawa strona), kg/s;

ip – entalpia pary przegrzanej w kJ/kg odczytana dla temperatury tp i ciśnienia pp.

Strumień ciepła odprowadzany na wymienniki ciepłownicze XA i XB:

Q_ciep = D₅ * i₅ + D₆ * i₆ = (44, 1 * 2681)+(32, 1 * 2620)=202334 kW

gdzie:

D5 – strumień masy pary kierowany na wymiennik ciepłowniczy XB, kg/s;

i5 – entalpia pary w pierwszym wylocie ciepłowniczym, kJ/kg;

D6 – strumień masy pary kierowany na wymiennik ciepłowniczy XA, kg/s;

i6 – entalpia pary w drugim wylocie ciepłowniczym, kJ/kg;

Strumień ciepła odprowadzany do regeneracyjnych podgrzewaczy wody zasilającej:

 Q_reg = D₁ * i₁ + D₂ * i₂ + D₃ * i₃ + D₄ * i₄=

$$= \left( 29*2917 + 56,2*2815 + 34*2728 + 6,4*2708 \right)*\frac{1000}{3600} = 98022\ kW$$

gdzie: D1÷D4 – strumienie pary w upustach 1÷4, kg/s;

i1÷i4 – entalpie pary w upustach 1÷4, kJ/kg;

Moc wewnętrzna turbiny:

N_i = D_p * (i_p−i₁) + (D_p − D₁)*(i₁ − i₂)+(D_p − D₁ − D₂)*(i₂ − i₃)+

+(D_p−D₁−D₂−D₃) * (i₃−i₄) + (D_p−D₁−D₂−D₃−D₄) * (i₄−i₅)+

+(D_p−D₁−D₂−D₃−D₄−D₅) * (i₅−i₆)=

=(400 * (3421−2917) + 371 * (2917−2815) + 314, 8 * (2815−2728)+

+280, 2 * (2728−2708) + 274, 4 * (2708−2681) + 158, 8 * (2681−2620))*

$*\frac{1000}{3600} = \ $80428 kW

Moc użyteczna turbiny:

N_u = η_m * N_i = 0, 96 * 80428 = 77211 kW

gdzie:

hm – sprawność mechaniczna, do obliczeń przyjmujemy równą 0,96.

Moc tracona w wyniku strat mechanicznych:

S_m = N_i − N_u = 80428 − 77211 = 3217 kW

Reszta strat:

S_r = Q_D − (N_u+Q_ciep+Q_reg+S_m) = 380111 − (77211 + 202334 + 98022 + 3217=

=       kW

Moc teoretyczna turbiny:

N_t = D_p * (i_p−i_1s) + (D_p − D₁)*(i₁ − i_2s)+(D_p − D₁ − D₂)*(i₂ − i_3s)+

+(D_p−D₁−D₂−D₃) * (i₃−i_4s) + (D₅+D₆) * (i₄−i_5s) + D₆ * (i₅−i_6s)=

=(400 * (3421−2800) + 371 * (2917−2720) + 314, 8 * (2815−2532)+

+280, 2 * (2728−2470) + 274, 4 * (2708−2356) + 115, 6 * (2681−2210))*

$*\frac{1000}{3600} = \ $114000 kW

Sprawność wewnętrzna turbiny:

$$\eta_{i} = \frac{N_{i}}{N_{t}} = \frac{80428}{114000} = 0,71$$

gdzie:

Nt – moc teoretyczna turbiny jest funkcją strumienia masy pary i izentropowego spadku

entalpii, kW;

Ni – moc wewnętrzna przekazana przez parę wirnikowi turbiny jest funkcją strumienia masy

pary i rzeczywistego spadku entalpii, kW;

Sprawność ogólna turbiny:

η_OT = η_i * η_m = 0, 71 * 0, 96 = 0, 68

6. Bilans cieplny turbozespołu (druga osłona bilansowa):

Q_D = N_el + Q_ciep + Q_reg + S_m + S_g + S_r

Moc elektryczna turbozespołu:

N_el = η_g * N_u = 77211 * 0, 986 = 76130 kW

gdzie:

η_g – sprawność generatora, do obliczeń przyjmujemy równą 0,986.

Straty mocy w generatorze:

S_g = N_u − N_el = 77211 − 0, 986 = 76130 kW

Reszta strat turbozespołu:

S_r = Q_D − (N_el+Q_ciep+Q_reg+S_m+S_g)=

=380111 − (76130+202334+98022+3217+1081) = 676 kW

Sprawność ogólna turbozespołu:

η_OTZ = η_i * η_m * η_g = 0, 71 * 0, 96 * 0, 916 = 0, 67

7. Graficzne przedstawienie bilansu turbiny i turbozespołu – wykres Sankeya.

Rys. 3. Wykres Sankeya – bilans energii w turbinie