ФГОУ ВПО
Костромская ГосударственнаяСельскохозяйственная Академия
Кафедра:«Безопасность жизнедеятельности и теплоэнергетики»
Расчетно-графическаяработа
«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 паросиловыеустановки. Наибольшее распространение получили стационарные паротурбинныеустановки (ПТУ) тепловых электрических станций (ТЭС), на долю которыхприходится более 80% вырабатываемой в стране электроэнергии.
Эти установки работают по циклу, предложенному шотландскиминженером и физиком Ренкиным. В качестве рабочего тела в цикле используютводяной пар, который в различных элементах схемы ПТУ изменяет своё состояниевплоть до полной конденсации. В области близкой к сжижению свойства паровсильно отличаются от идеального газа, что исключает возможность примененияуравнений и законов идеальных газов для паров. В этом случае процессы и циклырассчитывают при помощи таблиц и диаграмм водяного пара.
Целью данной работы является более глубокое самостоятельноеизучение студентами раздела «Цикла паровых установок».
Студенты должны овладеть навыком работы с hs – диаграммой и таблицейсвойств водяного пара, научится определять по ним параметры пара различногосостояния, 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 передтурбиной и одинаковом значении давления пара в конденсаторе Р2 для четырех случаев:
1) ПТУ работает на сухом насыщенном паре с начальным давление Р1;
2) ПТУ работает на перегретом паре с начальными параметрами Р1, t1
3) ПТУработает на перегретом паре начальным давлением Р1 и t1, но при этомиспользуется вторичный перегрев пара до температуры tn при давлении Рn.
4) ПТУработает на перегретом паре с давлением P1 и t1, но при этомиспользуется регенерация с одним отбором пара при давлении отбора Pотб.
Таблица 1 Исходные данные
Начальные параметры
пара
Параметры пара после
вторичного перегрева
Давление отбора
Pотб, МПа
Конечное давление пара
Р2, кПа
Давление
Р1, МПа
Температура
t1, ºC
Давление
Pn, МПа
Температура
tn, ºC 13 490 3.3 510 0.38 4.5
I. ПТУработает на сухом насыщенном паре
Структурная схема ПТУ:
/>
где
ПГ — парогенераторПТ — паровая турбинаЭГ — электрогенераторК — конденсаторПН — питательный насос
/>/>/>
Процесс парообразование вPV, hS и TSдиаграммах, 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(Р2 — const, t2 = const);
3 – 3’— адиабатное сжатие воды в насосе, т.к. вода практически несжимается, этот процесс можно считать и изохорным (данный процесс показантолько на Pv — диаграмме);
3(3’) -4 — изобарный процесс подогрева воды в экономайзере парогенератора (P1 = const);
4-1 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе(P1= const, t1 = const).
Таблица 2 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на сухом насыщенномпареТочки 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 4 13 330.86 1532 0.0015 3.56
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицамсвойств 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, вадиабатном процессе расширения определяется величиной располагаемого тепловогоперепада Hp:
/> кДж/кг
Если пренебречь работой, затраченной на сжатие в насосе, будемсчитать, что полученная в цикле работа равна работе, совершаемой паром втурбине:
/> кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
/>
Теоретический удельный расход пара d0необходимый для выработкиодного кВт*ч электроэнергии:
/> кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый длявыработки 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 вPV, hS и TSдиаграммах, выглядит следующим образом:
/>
Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретомпаре
Таблица 3Точки 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 4 13 330.86 1532 0.0015 3.56 5 13 330.86 2662 0.012 5.39 1
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицамсвойств 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, вадиабатном процессе расширения:
/> кДж/кг
Работf, совершаемая паром в турбине:
/> кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина:
/>
Теоретический удельный расход пара d0необходимый длявыработки одного кВт*ч электроэнергии:
/> кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый длявыработки одного кВт*ч:
/> кДж/( кВт*ч)
III. ПТУ работает наперегретом паре с вторичным перегревом
В этом цикле используется многоступенчатую турбину, состоящую изцилиндра высокого давления и нескольких низкого давления. Пар из парового котланаправляется сначала в цилиндр высокого давления, где расширяясь, совершаетработу. После этого пар возвращается в паровой котел (промежуточныйпароперегреватель), 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 вPV, hS и TSдиаграммах, выглядит следующим образом:
/>
Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретомпаре насыщенном паре с вторичным перегревомТочки 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 4 13 330.86 1532 0.0015 3.56 5 13 330.86 2662 0.012 5.39 1
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицамсвойств 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, вадиабатном процессе расширения:
/> кДж/кг
Работа, совершаемая паром в турбине:
/> кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
/>
Теоретический удельный расход пара d0необходимый длявыработки одного кВт*ч электроэнергии:
/> кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый длявыработки одного кВт*ч:
/> кДж/( кВт*ч)
IV. ПТУ работает на перегретом паре, при этом используетсярегенерация с одним отбором пара
В данном цикле используется отработавший пар для подогрева воды,полученной после конденсации основного парового потока. При этом конденсатгреющего пара смешивается с основным потоком питательной воды
Процесс парообразование вPV, hS и TSдиаграммах, выглядит следующим образом:
/>
Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретомпаре насыщенном паре с вторичным перегревомТочки 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 2 0.0045 31 1940.8 23.2 6.4 0.746 3 0.0045 31 130 0.001 0.45 4 13 330.86 1532 0.0015 3.56 5 13 330.86 2662 0.012 5.39 1
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицамсвойств водяного пара
Доля отобранного пара:
/>кг/кг
где ha– энтальпия пара, отбираемого из турбины;
hb – 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 d0необходимый длявыработки одного кВт*ч электроэнергии:
/> кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый длявыработки одного кВт*ч:
/> кДж/( кВт*ч)
Таблица 5 Результаты расчетовПараметры цикла Цикл паротурбинной установки на сухом насыщенном паре
На перегретом
паре
с вторичным
перегревом пара с регенеративным отбором
Количество подведенной теплоты q1, кДж/кг 2532 3179 3715.7 2712.2
Количество отведенной теплоты q2, кДж/кг 1515.7 1810.8 2058.8 1810.8
Полученная работа в цикле lц, кДж/кг 1016.3 1368.2 1368.8 1257.2
Теоретический удельный расход пара d0, кг/кВт*ч 3.54 2.63 2.17 2.86
Теоретический удельный расход тепла q0, кДж/ кВт*ч 8969 8361 8063.1 7757
Термический КПД цикла, ηT 0.4 0.43 0.45 0.46
Вывод
Рассчитавпаротурбинную установку, работающую по циклу Ренкина, видно, что термическийкпд таких установок очень низок (около 40%). Но так как термический вид энергииочень распространен, необходимо искать методы повышения кпд ПТУ. В даннойработе мы увидели три способа повышения термического кпд. Комбинируя эти методыможно повысить кпд на 10-20%, что делает данный способ получения энергии болееперспективным.