Расчёт цикла паротурбинной установки (работа 2)
ФГОУ ВПО
Костромская Государственная Сельскохозяйственная Академия
Кафедра: "Безопасность жизнедеятельности и теплоэнергетики"
Расчетно-графическая работа
"Расчёт цикла паротурбинной установки"
Выполнил: студент 2 курса 5
группы факультета электрификации и
автоматизации сельского хозяйства
Принял: Шабалина Л. Н.
Кострома 2004
Введение
В современной теплоэнергетике широко используются паросиловые установки. Наибольшее распространение получили стационарные паротурбинные установки (ПТУ) тепловых электрических станций (ТЭС), на долю которых приходится более 80% вырабатываемой в стране электроэнергии.
Эти установки работают по циклу, предложенному шотландским инженером и физиком Ренкиным. В качестве рабочего тела в цикле используют водяной пар, который в различных элементах схемы ПТУ изменяет своё состояние вплоть до полной конденсации. В области близкой к сжижению свойства паров сильно отличаются от идеального газа, что исключает возможность применения уравнений и законов идеальных газов для паров. В этом случае процессы и циклы рассчитывают при помощи таблиц и диаграмм водяного пара.
Целью данной работы является более глубокое самостоятельное изучение студентами раздела "Цикла паровых установок".
Студенты должны овладеть навыком работы с hs – диаграммой и таблицей свойств водяного пара, научится определять по ним параметры пара различного состояния, уметь исследовать и анализировать циклы с помощью диаграмм.
Задание
Для паротурбинной установки (ПТУ), работающей по обратимому (теоретическому) циклу Ренкина, расчетом определить:
- параметры воды и пара в характерных точках цикла,
- количества тепла, подведенного в цикле,
- количество отведенного тепла в цикле
- работу, произведенную паром в турбине
- работу, затраченную на привод питательного насоса,
- работу, совершенную в цикле
- термический КПД цикла,
- теоретические удельные расходы пара и тепла на выработку электроэнергии.
Расчет выполнить при заданных параметрах острого пара в перед турбиной и одинаковом значении давления пара в конденсаторе Р>2> для четырех случаев:
1) ПТУ работает на сухом насыщенном паре с начальным давление Р>1>;
2) ПТУ работает на перегретом паре с начальными параметрами Р>1>, t>1>
3) ПТУ работает на перегретом паре начальным давлением Р>1 >и t>1, но при этом >используется вторичный перегрев пара до температуры t>n> при давлении Р>n.>
4) ПТУ работает на перегретом паре с давлением P>1 >и t>1>, но при этом используется регенерация с одним отбором пара при давлении отбора P>отб>.
Таблица 1 Исходные данные
|
Начальные параметры пара |
Параметры пара после вторичного перегрева |
Давление отбора P>отб>, МПа |
Конечное давление пара Р>2>, кПа |
||
|
Давление Р>1>, МПа |
Температура t>1>, ºC |
Давление P>n>, МПа |
Температура t>n>, ºC |
||
|
13 |
490 |
3.3 |
510 |
0.38 |
4.5 |
I. ПТУ работает на сухом насыщенном паре
Структурная схема ПТУ:
где
ПГ - парогенераторПТ - паровая турбинаЭГ - электрогенераторК - конденсаторПН - питательный насос
Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:
а) в Pv-диаграмме, б) в Ts-диаграмме, в) в hs-диаграмме;
1-2 — адиабатное расширение пара в турбине;
2-3 — изобарно-изотермическая конденсация влажного пара в конденсаторе (Р>2> - const, t>2> = const);
3 – 3’— адиабатное сжатие воды в насосе, т.к. вода практически не сжимается, этот процесс можно считать и изохорным (данный процесс показан только на Pv - диаграмме);
3(3’) -4 — изобарный процесс подогрева воды в экономайзере парогенератора (P>1> = const);
4-1 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе (P>1>= const, t>1> = const).
Таблица 2 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на сухом насыщенном паре
-
Точки цикла
Р,
МПа
t,
° C
h,
кДж/кг
ν,
S,
кДж/кг*К
Х
1
13
330.86
2662
0.012
5.39
1
2
0.0045
31
1645.7
19.43
5.39
0.624
3
0.0045
31
130
0.001
0.45
0
4
13
330.86
1532
0.0015
3.56
0
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара
Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения определяется величиной располагаемого теплового перепада H>p>:
кДж/кг
Если пренебречь работой, затраченной на сжатие в насосе, будем считать, что полученная в цикле работа равна работе, совершаемой паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
Теоретический удельный расход пара d>0> необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q>0>, необходимый для выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
II. ПТУ работает на перегретом паре
Структурная схема ПТУ
Где
ПГ - парогенератор
ПП - пароперегреватель
ПТ - паровая турбина
ЭГ - электрогенератор
К - конденсатор
ПН - питательный насос
Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:
Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре
Таблица 3
-
Точки цикла
Р,
МПа
t,
° C
h,
кДж/кг
ν,
S,
кДж/кг*К
Х
1
13
490
3309
0.024
6.4
1
2
0.0045
31
1940.8
23.2
6.4
0.746
3
0.0045
31
130
0.001
0.45
0
4
13
330.86
1532
0.0015
3.56
0
5
13
330.86
2662
0.012
5.39
1
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара
Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения:
кДж/кг
Работf, совершаемая паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина:
Теоретический удельный расход пара d>0> необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q>0>, необходимый для выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
III. ПТУ работает на перегретом паре с вторичным перегревом
>В этом цикле используется многоступенчатую турбину, состоящую из цилиндра высокого давления и нескольких низкого давления. Пар из парового котла направляется сначала в цилиндр высокого давления, где расширяясь, совершает работу. После этого пар возвращается в паровой котел (промежуточный пароперегреватель), где осушается и нагревается до более высокой температуры (но уже при более низком и постоянном далении) и поступает в цилиндр низкого давления, где, продолжая расширяться, снова совершает работу.>
Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:
Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре насыщенном паре с вторичным перегревом
-
Точки цикла
Р,
МПа
t,
° C
h,
кДж/кг
ν,
S,
кДж/кг*К
Х
1
13
490
3309
0.024
6.4
1
а
3.3
283.14
2939.6
0.07
6.4
1
b
3.3
510
3476.3
0.0107
7.2
1
2
0.0045
31
2188.1
26.4
7.2
0.85
3
0.0045
31
130
0.001
0.45
0
4
13
330.86
1532
0.0015
3.56
0
5
13
330.86
2662
0.012
5.39
1
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара
Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения:
кДж/кг
Работа, совершаемая паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
Теоретический удельный расход пара d>0> необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q>0>, необходимый для выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
IV. ПТУ работает на перегретом паре, при этом используется регенерация с одним отбором пара
В данном цикле используется отработавший пар для подогрева воды, полученной после конденсации основного парового потока. При этом конденсат греющего пара смешивается с основным потоком питательной воды
Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:
Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре насыщенном паре с вторичным перегревом
-
Точки цикла
Р,
МПа
t,
° C
h,
кДж/кг
ν,
S,
кДж/кг*К
Х
1
13
490
3309
0.024
6.4
1
а
0.38
141.77
2525
0.437
6.4
0.9
b
0.38
141.77
596.8
0.0011
1.76
0
2
0.0045
31
1940.8
23.2
6.4
0.746
3
0.0045
31
130
0.001
0.45
0
4
13
330.86
1532
0.0015
3.56
0
5
13
330.86
2662
0.012
5.39
1
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара
Доля отобранного пара:
кг/кг
где h>a>> >– энтальпия пара, отбираемого из турбины;
h>b> – энтальпия конденсата при давлении отбора.
Полезная работа в регенеративном цикле:
кДж/кг
Количество подведенной теплоты в данном цикле:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Работе, совершаемая паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
Теоретический удельный расход пара d>0> необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q>0>, необходимый для выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
Таблица 5 Результаты расчетов
|
Параметры цикла |
Цикл паротурбинной установки |
|||
|
на сухом насыщенном паре |
На перегретом паре |
с вторичным перегревом пара |
с регенеративным отбором |
|
|
Количество подведенной теплоты q>1>, кДж/кг |
2532 |
3179 |
3715.7 |
2712.2 |
|
Количество отведенной теплоты q>2>, кДж/кг |
1515.7 |
1810.8 |
2058.8 |
1810.8 |
|
Полученная работа в цикле l>ц >, кДж/кг |
1016.3 |
1368.2 |
1368.8 |
1257.2 |
|
Теоретический удельный расход пара d>0>, кг/кВт*ч |
3.54 |
2.63 |
2.17 |
2.86 |
|
Теоретический удельный расход тепла q>0, >кДж/ кВт*ч |
8969 |
8361 |
8063.1 |
7757 |
|
Термический КПД цикла, η>T> |
0.4 |
0.43 |
0.45 |
0.46 |
Вывод
Рассчитав паротурбинную установку, работающую по циклу Ренкина, видно, что термический кпд таких установок очень низок (около 40%). Но так как термический вид энергии очень распространен, необходимо искать методы повышения кпд ПТУ. В данной работе мы увидели три способа повышения термического кпд. Комбинируя эти методы можно повысить кпд на 10-20%, что делает данный способ получения энергии более перспективным.