Расчет цикла паротурбинной установки

Тип работы:
Практическая работа
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

РАСЧЕТ ЦИКЛА ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Для паротурбинной установки, работающей по обратимому (теоретическому) циклу Ренкина, расчетом определить:

v параметры воды и пара в характерных точках;

v количество тепла, подведенного в цикле;

v работу, произведенную паром в турбине;

v работу, затраченную на привод питательного насоса;

v работу, совершенную в цикле;

v термический КПД цикла;

v теоретические расходы пара и тепла на выработку электроэнергии.

1. У работает на сухом насыщенном паре с начальным давлением P1=15 МПа, P2=5 КПа

Схема паротурбинной установки:

ПТ — паровая турбина;

ЭГ — электрогенератор;

К — конденсатор;

ПН — питательный насос;

ПГ — парогенератор.

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1−2 — адиабатическое расширение пара в турбине;

2−3 — изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const);

3−4 — адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4−5 — изобарный процесс подогрева;

5−1 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе.

Параметры рабочего тела в характерных точках цикла приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Точки

P1, KПa

t, 0С

h, кДж/кг

V, м3/кг

S, кДж/кг*К

X

1

342,12

2611,6

0,1 035

5,3122

1

342,12

2

32,9

1619,428

17,685

5,3122

0,611

32,9

3

32,9

137,77

0,10 052

0,4762

0

32,9

4

36,48

152,843

0,10 052

0,4762

-----------

36,48

5

342,12

1612

0,1 658

3,71

0

342,12

Параметры точек 1,3,5 беру из таблицы [1].

Параметры точки 4 рассчитываю:

Дh3−4=V3(P1-P2)=0. 1 0052(15 000−5)=15. 037

h4=h3+ Дh3−4=137. 77+15. 037=152. 843 кДж/кг*к

t4=h4/Cp=152. 843/4. 19=36. 48 0C

Параметры точки 2 рассчитываю:

X=(S2-S`)/(S``-S`)=(5. 3122−0. 4762)/(8. 396−0. 4493)=0. 611

V2=X2*V``=0. 611*38. 196=17. 685 м3/кг

h2=h`+X2(h``-h`)=137. 77+0. 611(2557. 65−137. 77)=1619. 428 кДж/кг

Теплоту q1, подведенную в процессах 4−5-1 определю по изменению энтальпии:

q1=h1-h4=2611.6 — 152. 843=2458.7 кДж/кг

Отвод теплоты в конденсаторе:

q2=h2-h3=1619.4 — 137. 77=1481. 65 кДж/кг

Работа, совершенная паром в турбине при адиабатном расширении определяется величиной располагаемого теплового перепада:

lт=Hp=h1-h2=2611. 6−1619. 4=992. 17 кДж/кг

Работа, затраченная на сжатие в насосе:

lH=V`*(P1-P2)= 0. 1 0052(15 000−5)=15. 07 кДж/кг

Полученная работа в цикле:

lц=lт-lh=992. 17−15. 07=997. 099 кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

з=lц/q1=997. 099/2458. 75=0. 397

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

d0=3600/Hp=3600/992. 17=3. 628 кг/кВтч

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

q0=d0*q1=3. 628*2458. 75=8921.4 кДж/кВтч

2. ПТУ работает на перегретом паре до температуры t1=550 0С при давлении P1=15 МПа

Схема паротурбинной установки:

ПТ — паровая турбина;

ЭГ — электрогенератор;

К — конденсатор;

ПН — питательный насос;

ПГ — парогенератор;

ПП — пароперегреватель.

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1−2 — адиабатическое расширение пара в турбине;

2−3 — изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const);

3−4 — адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4−5 — изобарный процесс подогрева;

5−6 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе;

6−1 — изобарный процесс перегрева пара.

Параметры рабочего тела в характерных точках цикла приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Точки

P1,Kna

t1

h

V

S

X

1

15 000

550

3455

0,019

6,53

---------

2

5

32,9

1992,538

22,139

6,53

0,764

3

5

32,9

137,77

0,10 052

0,4762

0

4

15 000

36,48

152,843

0,10 052

0,4762

======

5

15 000

342,12

1612

0,1 658

3,71

0

6

15 000

342,12

2611,6

0,1 035

5,3122

1

Теплоту q1, подведенную в процессах 4−5-1 определю по изменению энтальпии:

q1=h1-h4=3455 — 152. 843=3302. 157 кДж/кг

Отвод теплоты в конденсаторе:

q2=h2-h3=1992. 538 — 137. 77=1854. 77 кДж/кг

Работа, совершенная паром в турбине при адиабатном расширении определяется величиной располагаемого теплового перепада:

lт=Hp=h1-h2=3455−1992. 538=1462. 462 кДж/кг

Работа, затраченная на сжатие в насосе:

lH=V`*(P1-P2)= 0. 1 0052(15 000−5)=15. 07 кДж/кг

Полученная работа в цикле:

lц=lт-lh=1462. 462−15. 07=1447. 389 кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

з=lц/q1=1447. 389/3302=0. 438

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

d0=3600/Hp=3600/1462. 462=2. 462 кг/кВтч

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

q0=d0*q1=2. 462*3302=8128.6 кДж/кВтч

3. ПТУ работает на перегретом паре t1=550 0C P1=15 МПа, но при этом применяется вторичный перегрев до параметров tn=540 0C, Pn=5 МПа

Схема паротурбинной установки:

ПТ — паровая турбина;

ЭГ — электрогенератор;

К — конденсатор;

ПН — питательный насос;

ПГ — парогенератор;

ПП — пароперегреватель;

ВПП — вторичный пароперегреватель.

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1-a — адиабатическое расширение пара в турбине;

a-b — изобарный процесс вторичного перегрева пара;

b-2 — адиабатическое расширение пара в турбине;

2−3 — изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const);

3−4 — адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4−5 — изобарный процесс подогрева воды в парогенераторе;

5−6 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе;

6−1 — изобарный процесс перегрева пара в парогенераторе. Параметры рабочего тела в характерных точках цикла приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Точки

P1,KПa

t, 0С

h, кДж/кг

V, м3/кг

S, кДж/кгК

X

1

15 000

550

3455

0,019

6,53

====

a

2600

235

2872

0,082

6,53

====

b

2600

540

3546. 2

0,11

7,3

=====

2

5

32,9

2228,452

24,955

7,3

0,862

3

5

32,9

137,77

0,10 052

0,4762

0

4

15 000

36,48

152,843

0,10 052

0,4762

======

5

15 000

342,12

1612

0,1 658

3,71

0

6

15 000

342,12

2611,6

0,1 035

5,3122

1

Теплоту q1, подведенную в процессах 4−5-1 определю по изменению энтальпии:

q1=(h1-h4)+(hb-ha)=(3455 — 152. 843)+(3546. 2−2872)=3893. 357 кДж/кг

Отвод теплоты в конденсаторе:

q2=h2-h3=2228. 452 — 137. 77=2090. 682 кДж/кг

Работа, совершенная паром в турбине при адиабатном расширении определяется величиной располагаемого теплового перепада:

lт=Hp=(h1-h2)+(hb-ha) =(3455−2228. 452)+(3546−2872)=1817. 748 кДж/кг

Работа, затраченная на сжатие в насосе:

lH=V`*(P1-P2)= 0. 1 0052(15 000−5)=15. 07 кДж/кг

Полученная работа в цикле:

lц=lт-lh=1817. 748−15. 07=1802. 675 кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

з=lц/q1=1802. 675/3893. 357=0. 463

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

d0=3600/Hp=3600/1817. 748=1. 98 кг/кВтч

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

q0=d0*q1=1. 98*3893. 357=7710. 685 кДж/кВтч

Сравнение рассчитанных результатов представлена в сводной таблице.

Сводная таблица

q1

кДж/кг

q2

кДж/кг

lt

кДж/кг

lH

кДж/кг

lц

кДж/кг

з

d0

кг/кВтч

q0

кг/кВтч

1

2458. 75

1481. 66

992. 17

15. 07

977. 099

0. 397

3. 628

8921. 36

2

3302. 16

1854. 77

1462. 46

15. 07

1447. 38

0. 438

2. 462

8128. 6

3

3893. 36

2090. 68

1817. 75

15. 07

1802. 67

0. 463

1. 98

7710. 68

Вывод

Таким образом, при сравнении результатов расчетов, приведенных в сводной таблице, легко заметить, что установки с вторичным перегревом пара имеют больший КПД. Так же из-за большей сухости пара продлевается срок службы частей турбины в связи с меньшим износом. Уменьшаются энергозатраты на выработку 1 кВт/ч энергии и затраты пара. Экономически выгоднее использовать третий вариант.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ривкин С. Л., Александров А. А Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1984

2. Драганов Б. Х. и др. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве.- М.: Агропромиздат, 1990.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой