При расчете нагрузки паровой турбины (ПТ) следует учитывать количество работающих газовых турбин, т.е. расчет блока ПГУ (2 ГТ и ПТ) или полублока (1 ГТ и ПТ) (рис. 1). При расчете нагрузки ПТ с работой двух равнонагруженных ГТ необходимо, с учетом работы двух КУ, соответственно увеличить в два раза расход пара контуров высокого и низкого давлений, генерируемых каждым котлом.
В случае, если обе ГТ работают с разной нагрузкой, то при расчете паропроизводительности каждого КУ следует принимать одинаковые параметры пара (давление и температуру), но значения расходов пара из контуров высокого и низкого давлений каждого котла-утилизатора будут различными.
Следует также учитывать, что при работе полублока (1 ГТ и ПТ), расходы пара из контуров ВД и НД будут соответствовать номинальным значениям производительности КУ, но давления пара в указанных контурах будут значительно ниже (
), т.е. потребуется уточнение указанных параметров на основе проектных данных.
Рис. 23. Расчетная схема турбины К-110-6,5 (Режим номинальный: 2хГТ 100%, tН.В. = 15 OC)
Расчет процесса расширения пара в ПТ производится по традиционной методике при следующих условиях (рис. 24).
1. Параметры пара перед паровпускными органами ЦВД (перед СК и РК) определены при расчете КУ.
2. РК полностью открыты, т.к. нагрузка ПГУ регулируется нагрузкой ГТ. Потеря давления пара в СК и РК ВД при полном открытии РК составляет 3 ¸ 5% [22].
3. Давление за 14-ой ступенью ЦВД определяется по формуле Стодолы-Флюгеля для докритического режима работы группы ступеней [22]:
D0n/ D00 = [(p0n2 – p2n2)/ (p002 – p202)] 0,5 →
→ p21-14 = p2n = [p0n2 – (D0n2/ D002)∙((p002 – p202))] 0,5, (7.1)
где: D00 ВД = D00 – для расчетного режима; D0n ВД = D0 ВД = D0n – для рассматриваемого режима работы турбины; p00, p0n – соответственно, давления пара перед группой ступеней в расчетном режиме и рассматриваемом режиме, бар (МПа); p20, p2n – соответственно, давления пара за группой ступеней в расчетном режиме и рассматриваемом режиме, бар (МПа).
Согласно [23] примем следующие данные расчетного режима 1-й ÷ 14-й ступеней для вычисления по формуле Флюгеля:
; 
. (7.2)
4. Значение относительного внутреннего КПД hоi1-14 можно оценить по приближенной эмпирической формуле для группы ступеней малой верности (ступени с сопловыми и рабочими лопатками небольшой длины: θ = dср / ℓ > 8 ¸ 10):
hоi 1-14 = (0,92 – 0.2/(D0 ВД∙υср))∙(1+(H01-14 - 7∙102)/2∙104). (7.3)
Здесь: D0 ВД – расход пара через сопла первой ступени ЦВД, кг/с; υср = (υО´ ВД ∙ υ2 1-14)0,5 – средний удельный объем пара в проточной части ЦВД, м3/кг; υ2 1-14 – удельный объем пара за ступенями №1-14, м3/кг; H01-14 – располагаемый тепловой перепад проточной части ЦВД, кДж/кг.
Рис. 24. Процесс расширения пара в h,s-диаграмме для турбины К-110-6,5
5. После расчета отсека ЦВД (ступени №1-14) выполняется расчет параметров пара в камере смешения ЦВД.
В камере ЦВД, между 14-ой и 15-ой ступенями, происходит смешение потоков пара ступеней №1-14 пара контура НД КУ:
DСМ = D0 ВД + D0 НД, (7.4)
где: DСМ – расход пара из камеры смешения через 15-ю ¸ 19-ю ступени ЦВД в рассматриваемом режиме, кг/с; D0 ВД – расход пара через 14-ю ступень ЦВД в рассматриваемом режиме, кг/с; D0 НД = (DПП НД – DСН) – расход пара в рассматриваемом режиме в камеру смешения из контура НД КУ, за вычетом расхода пара в коллектор собственных нужд (DСН ≈ 0,006 ∙ DПП НД), кг/с).
Теплосодержание пара на входе в 15-ю ступень ЦВД определится из теплового баланса камеры смешения:
h СМ = (h2 ВД ∙ D2 ВД + h0 НД ∙ D0 НД) / D СМ. (7.5)
Давление в камере смешения определится по формуле Стодолы-Флюгеля:
pСМ = [ (DСМ / DСМ 0)2 ∙ (pСМ 02 – pК 02) + pК 2]0,5. (7.6)
Здесь:
а) в расчетном режиме (проектные данные) параметры пара в камере смешения приведены в табл. 4. Давления и расходы пара в таблице представлены из условия работы блока ПГУ (2 ГТ и ПТ) на номинальной нагрузке.
б) в рассчитываемом режиме: pСМ – давление пара в камере смешения, бар;
pК ≈ pК 0 – давление пара за последней ступенью турбины в конденсаторе, бар.
Таблица. 4. Опорные параметры для расчета котла-утилизатора П-88
| Наименование | Обозначение | Размерность | Значение |
| Давление пара перед СК ВД | 
| бар | 68,49 |
| Давление пара перед соплами 1-й ступени ЦВД | 
| бар | 68,44 |
| Потеря давления в СК и РК ЦВД | 
| % | 3,0 |
| Расход пара из контура ВД в ЦВД | 
| кг/с | 85,275 |
| Давление пара в камере смешения | 
| бар | 6,5 |
| Расход пара из контура НД в камеру смешивания | 
| кг/с | 20,0 |
| Суммарный расход пара из камеры смешивания | 
| кг/с | 105,275 |
| Расчетное давление за последней ступенью турбины (в конденсаторе) | 
| бар | 0,0509 |
Пренебрегаем значениями pК 02 и pК 2 ввиду их малости, получаем формулу для определения давления в камере смешения:
pСМ = (DСМ / DСМ 0) ∙ pСМ 0. (7.7)
6. Давление пара для рассчитываемого режима за последней ступенью ЦВД определяется по формуле Стодолы-Флюгеля:
D0n2/ D002 = [(p0n2 – p2n2)/ (p002 – p202)] 0,5 →
→ p2nЦВД = [p0n2 – (D0n2/ D002)∙((p002 – p202))] 0,5. (7.8)
Здесь: D00 = D0 СМ = 105,3 кг/с – расход пара из камеры смешения для расчетного режима в ступени ЦВД №№15 ¸19; D0n = DСМ – расход пара из камеры смешения для рассматриваемого режима работы в ступени ЦВД №№15 ¸19; p00 = pСМ 0 - давление в камере смешения для расчетного (проектного) режима работы; p0n = pСМ - давление в камере смешения для рассчитываемого режима работы; p20 = 1,64 бар (1,67 кгс/см2) – давление на выходе ЦВД для расчетного режима работы турбоустановки.
Параметры пара в изоэнтропийном процессе расширения пара за ступенью №19 (за ЦВД) определяются с учетом того, что процесс в ЦВД может заканчиваться в области влажного пара.
Значение относительного внутреннего КПД ступеней ЦВД №№ 15¸19 (hоi15-19) можно оценить по приближенной эмпирической формуле для группы ступеней малой верности (ступени с сопловыми и рабочими лопатками небольшой длины: θ = dср / ℓ > 8 ¸ 10):
hоi15-19 = (0,92 – 0.2/(DСМ ∙υср))∙(1+(H015-19 – 7∙102)/2∙104)∙kвл. (7.9)
Здесь: DСМ – расход пара через сопла 15-ой ступени ЦВД, кг/с;
υср = (υ015 ∙ υ219)0,5 – средний удельный объем пара в проточной части ступеней №№ 15¸19 ЦВД, м3/кг; H015-19 – располагаемый тепловой перепад проточной части ЦВД, кДж/кг; kвл = 1 – 0,4∙(1 – γвл)∙ y2ЦВД ∙(H0 ВЛ15-19 / H015-19) – коэффициент, учитывающий потери энергии пара в ступенях ЦВД, работающих во влажном паре: где: γвл = 0,1 – коэффициент [22, 24]; y2ЦВД – степень влажности пара в действительном процессе за ЦВД; H0 ВЛ15-19 – часть располагаемого теплового перепада (H015-19), находящегося в зоне влажного пара (то есть ниже пограничной кривой x = 1 в h,s-диаграмме).
7.Параметров пара перед ЦНД определяются с учетом процессов в ресиверах и выносных сепараторах пара.
Потеря давления пара (p2nЦВД) в перепускных трубах (ресиверах) из ЦВД в ЦНД (∆pРЕС) и в выносных сепараторах (∆pС):
∆p2 = ∆pРЕС + ∆pС = (0,02 ¸ 0,03) ∙ p2nЦВД. (7.10)
Давление пара перед соплами первой ступени ЦНД
pО ЦНД = p2nЦВД – ∆p2. (7.11)
Если на ПТ установлен сепаратор, то значение коэффициента сепарации влаги (КПД сепаратора) рекомендуется принимать φ = 0,98.
φ = GСЕП / G2 I, (кг/с) /(кг/с). (7.12)
Здесь: GСЕП – массовый расход сепарата (вода), выведенного в сепараторе из потока пара, кг/с; G2 I – массовый расход влаги на входе в сепаратор, то есть содержащейся в насыщенном (влажном паре) после ЦВД, кг/с.
Массовый расход влаги на входе в сепаратор (G2 I) можно определить исходя из определения степени влажности пара:
y2 ЦВД = 1 – x2 ЦВД = G2 I / (G2 I + D2 II) = G2 I / D2ЦВД → G2 I = y2 ЦВД ∙ D2ЦВД, (7.13)
где: D2ЦВД = DСМ – расход влажного пара из ЦВД в сепаратор, кг/с; G2 I – масса влаги, содержащейся в насыщенном паре после ЦВД, кг/с; D2 II – масса сухого насыщенного пара, содержащегося во влажном паре (D2ЦВД = G2 I + D2 II) на выходе из ЦВД, кг/с.
Масса отсепарированной влаги:
GСЕП = φ ∙ G2 I, кг/с. (7.14)
Масса влаги, оставшаяся в потоке пара после сепараторов (на входе в сопла первой ступени ЦНД):
G0 I ЦНД = G2 I – GСЕП. (7.15)
Расход насыщенного пара из сепараторов в ЦНД:
D0ЦНД = D2 II + G0 I ЦНД. (7.16)
Степень сухости пара на входе в ЦНД:
x0 ЦНД = D2 II / D0ЦНД. (7.17)
ЦНД не имеет отборов пара, поэтому расход пара в конденсатор:
DК = D2ЦНД = D0ЦНД, (7.18)
где: D0ЦНД – расход пара в сопла первой ступени ЦНД (‘в голову” ЦНД), кг/с; D2ЦНД – расход пара на выходе ЦНД, кг/с; DК – расход пара в конденсатор, кг/с.
Относительный внутренний КПД проточной части ЦНД можно оценить по эмпирической зависимости [10, 11]:
hоi ЦНД = 0,87∙(1+ (H0 ЦНД – 400)/104)∙kвл – ∆HВС / H0 ЦНД, (7.19)
где: H0ЦНД – располагаемый тепловой перепад ЦНД, кДж/кг; kвл = 1 – 0,4∙(1 – γвл)∙ (y0ЦНД + y2ЦНД)∙(H0 ВЛЦНД / H0 ЦНД) – коэффициент, учитывающий потери энергии влажного пара в ступенях ЦВД; γвл = 0,1 – коэффициент [22, 24]; y2ЦНД – степень влажности пара в действительном процессе за ЦВД; H0ВЛЦНД – часть располагаемого теплового перепада (H0ЦНД), находящегося в области влажного пара (то есть ниже пограничной кривой x = 1 в h,s-диаграмме).
Потери энергии потока пара с выходной скоростью, покидающего ЦНД можно определить по эмпирической формуле [22, 24], кДж/кг:
∆HВС = 0,5∙10–3[(DК ∙ υК) / ΩZ]2 ∙ [1 – (0,1/(θZ – 1)], (7.20)
где: DК – расход пара в конденсатор, кг/с; υК – удельный объем пара на входе в конденсатор (в действительном процессе), м3/кг; ΩZ = π ∙ dСР Z ∙ ℓ2 Z = 3,14∙2,48∙960,0∙10–3 = 7,475712 м2 – аксиальная площадь выхода потока пара из последней ступени К-110-6,5; θZ = dСР Z / ℓ2 Z = 2,48 / (960,0∙10–3) = 2,583 – веерность последней ступени К-110-6,5 [ 23 ]; dСР Z = 2,48 м – средний диаметр рабочих лопаток последней ступени К-110-6,5; ℓ2 Z = 960 мм – длина рабочих лопаток последней ступени К-110-6,5.
8. Параметры пара в действительном процессе на выходе из последней ступени ЦНД:
∆HВС, hоi ЦНД, HiЦНД, h2 ЦНД (7.21)
9. Пренебрегая аэродинамическим сопротивлением выходного патрубка ЦНД, ввиду его малости [22], считаем, что полученные значения параметров пара на выходе из ЦНД соответствуют параметрам пара на входе в конденсатор:
pК = p2ЦНД; hК = h2 ЦНД; tК = t2 ЦНД; υК = υ2 ЦНД; yК = y2 ЦНД. (7.22)
