РОЗРАХУНОК ЦИКЛУ паротурбінної установки Для паротурбінної установки, що
працює по оборотного (теоретичному) циклу Ренкіна,
розрахунком визначити:
v параметри води і пари в
характерних точках;
v кількість тепла, підведеного в циклі;
v роботу, вироблену пором в турбіні;
v роботу, витрачену на привід живильного насоса;
v роботу, зроблену в циклі;
v термічний ККД циклу;
v теоретичні
витрати пари і тепла на вироблення електроенергії.
1. У працює на сухому насиченому парі з початковим тиском P 1 = 15 МПа, P 2 = 5 КПа Схема паротурбінної установки:
ПТ -
парова турбіна;
ЕГ - електрогенератор;
К -
конденсатор;
ПН - живильний насос;
ПГ - парогенератор.
Для визначення параметрів робочого тіла у характерних точках в теоретичному циклі Ренкіна скористаюся PV, TS і HS діаграмами, які схематично зображені нижче. За ним легко бачити, які параметри міняються, а які ні.
1-2 - адіабатичне розширення пари в турбіні;
2-3 - ізобарно-ізотермічний
процес конденсації пари (P2 = const, t2 = const);
3-4 - адіабатно стиснення води в насосі (можна вважати і ізохоричному);
4-5 - ізобарний процес підігріву;
5-1 - ізобарно-ізотермічний процес пароутворення в парогенераторі.
Параметри робочого тіла у характерних точках циклу наведені в
таблиці 1.
Таблиця 1.
Точки
| P1, KПa
| t, 0 С
| h, кДж / кг
| V, м 3 / кг
| S, кДж / кг * К
| X
|
1
| 342,12
| 2611,6
| 0,01035
| 5,3122
| 1
| 342,12
|
2
| 32,9
| 1619,428
| 17,685
| 5,3122
| 0,611
| 32,9
|
3
| 32,9
| 137,77
| 0,0010052
| 0,4762
| 0
| 32,9
|
4
| 36,48
| 152,843
| 0,0010052
| 0,4762
| -----------
| 36,48
|
5
| 342,12
| 1612
| 0,001658
| 3,71
| 0
| 342,12
|
Параметри точок 1,3,5 беру з таблиці [1].
Параметри точки 4 розраховую:
Δh
3-4 = V
3 (P1-P2) = 0.0010052 (15000-5) = 15.037
h
4 = h3 + Δh
3-4 = 137.77 +15.037 = 152.843 кДж / кг * до
t4 = h4/Cp = 152.843/4.19 = 36.48
0 C
Параметри точки 2 розраховую:
X = (S2-S `) / (S ``-S`) = (5.3122-0.4762) / (8.396-0.4493) = 0.611
V2 = X2 * V `` = 0.611 * 38.196 = 17.685 м
3 / кг
h2 = h `+ X2 (h ``-h`) = 137.77 +0.611 (2557.65-137.77) = 1619.428 кДж / кг
Теплоту q1, підведену в
процесах 4-5-1 визначу по зміні ентальпії:
q1 = h1-h4 = 2611.6 - 152.843 = 2458.7 кДж / кг
Відведення теплоти у
конденсаторі:
q2 = h2-h3 = 1619.4 - 137.77 = 1481.65 кДж / кг
Робота, досконала пором в турбіні при адіабатно розширенні визначається величиною наявного
теплового перепаду:
l
т = H
p = h1-h2 = 2611.6-1619.4 = 992.17 кДж / кг
Робота, витрачена на стиск в насосі:
l
H = V `* (P1-P2) = 0.0010052 (15000-5) = 15.07 кДж / кг
Отримана
робота в циклі:
l
ц = l
т-l h = 992.17-15.07 = 997.099 кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
η = l
ц / q1 = 997.099/2458.75 = 0.397
Теоретичний питома витрата пари, необхідний для вироблення 1 кВтг електроенергії:
d0 = 3600/Hp = 3600/992.17 = 3.628 кг / кВтг
Теоретичний питома витрата тепла, необхідний для вироблення 1 кВтг електроенергії:
q0 = d0 * q1 = 3.628 * 2458.75 = 8921.4 кДж / кВтг
2. ПТУ працює на перегрітому парі до температури t 1 = 550 0 С при тиску P 1 = 15 МПа Схема паротурбінної установки:
ПТ - парова турбіна;
ЕГ - електрогенератор;
К - конденсатор;
ПН - живильний насос;
ПГ - парогенератор;
ПП - пароперегрівник.
Для визначення параметрів робочого тіла у характерних точках в теоретичному циклі Ренкіна скористаюся PV, TS і HS діаграмами, які схематично зображені нижче. За ним легко бачити, які параметри міняються, а які ні.
1-2 - адіабатичне розширення пари в турбіні;
2-3 - ізобарно-ізотермічний процес конденсації пари (P2 = const, t2 = const);
3-4 - адіабатно стиснення води в насосі (можна вважати і ізохоричному);
4-5 - ізобарний процес підігріву;
5-6 - ізобарно-ізотермічний процес пароутворення в парогенераторі;
6-1 - ізобарний процес перегріву пари.
Параметри робочого тіла у характерних точках циклу наведені в таблиці 2.
Таблиця 2.
Точки
| P1, Kna
| t1
| h
| V
| S
| X
|
1
| 15000
| 550
| 3455
| 0,019
| 6,53
| ---------
|
2
| 5
| 32,9
| 1992,538
| 22,139
| 6,53
| 0,764
|
3
| 5
| 32,9
| 137,77
| 0,0010052
| 0,4762
| 0
|
4
| 15000
| 36,48
| 152,843
| 0,0010052
| 0,4762
| ======
|
5
| 15000
| 342,12
| 1612
| 0,001658
| 3,71
| 0
|
6
| 15000
| 342,12
| 2611,6
| 0,01035
| 5,3122
| 1
|
Теплоту q1, підведену в процесах 4-5-1 визначу по зміні ентальпії:
q1 = h1-h4 = 3455 - 152.843 = 3302.157 кДж / кг
Відведення теплоти у конденсаторі:
q2 = h2-h3 = 1992.538 - 137.77 = 1854.77 кДж / кг
Робота, досконала пором в турбіні при адіабатно розширенні визначається величиною наявного теплового перепаду:
l
т = H
p = h1-h2 = 3455-1992.538 = 1462.462 кДж / кг
Робота, витрачена на стиск в насосі:
l
H = V `* (P1-P2) = 0.0010052 (15000-5) = 15.07 кДж / кг
Отримана робота в циклі:
l
ц = l
т-l h = 1462.462-15.07 = 1447.389 кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
η = l
ц / q1 = 1447.389/3302 = 0.438
Теоретичний питома витрата пари, необхідний для вироблення 1 кВтг електроенергії:
d0 = 3600/Hp = 3600/1462.462 = 2.462 кг / кВтг
Теоретичний питома витрата тепла, необхідний для вироблення 1 кВтг електроенергії:
q0 = d0 * q1 = 2.462 * 3302 = 8128.6 кДж / кВтг
3. ПТУ працює на перегрітому парі t 1 = 550 0 C P 1 = 15 МПа, але при цьому застосовується вторинний перегрівання до параметрів t n = 540 0 C, P n = 5 МПа Схема паротурбінної установки:
ПТ - парова турбіна;
ЕГ - електрогенератор;
К - конденсатор;
ПН - живильний насос;
ПГ - парогенератор;
ПП - пароперегрівач;
ВПП - вторинний пароперегрівник.
Для визначення параметрів робочого тіла у характерних точках в теоретичному циклі Ренкіна скористаюся PV, TS і HS діаграмами, які схематично зображені нижче. За ним легко бачити, які параметри міняються, а які ні.
1-a - адіабатичне розширення пари в турбіні;
ab - ізобарний процес вторинного перегріву пари;
b-2 - адіабатичне розширення пари в турбіні;
2-3 - ізобарно-ізотермічний процес конденсації пари (P2 = const, t2 = const);
3-4 - адіабатно стиснення води в насосі (можна вважати і ізохоричному);
4-5 - ізобарний процес підігріву води в парогенераторі;
5-6 - ізобарно-ізотермічний процес пароутворення в парогенераторі;
6-1 - ізобарний процес перегріву пари в парогенераторі. Параметри робочого тіла у характерних точках циклу наведені в таблиці 3.
Таблиця 3.
Точки
| P1, KПa
| t, 0 С
| h, кДж / кг
| V, м 3 / кг
| S, кДж / КГК
| X
|
1
| 15000
| 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
| 0,0010052
| 0,4762
| 0
|
4
| 15000
| 36,48
| 152,843
| 0,0010052
| 0,4762
| ======
|
5
| 15000
| 342,12
| 1612
| 0,001658
| 3,71
| 0
|
6
| 15000
| 342,12
| 2611,6
| 0,01035
| 5,3122
| 1
|
Теплоту q1, підведену в процесах 4-5-1 визначу по зміні ентальпії:
q1 = (h1-h4) + (h
b-h a) = (3455 - 152.843) + (3546.2-2872) = 3893.357 кДж / кг
Відведення теплоти у конденсаторі:
q2 = h2-h3 = 2228.452 - 137.77 = 2090.682 кДж / кг
Робота, досконала пором в турбіні при адіабатно розширенні визначається величиною наявного теплового перепаду:
l
т = H
p = (h1-h2) + (h
b-h a) = (3455-2228.452) + (3546-2872) = 1817.748 кДж / кг
Робота, витрачена на стиск в насосі:
l
H = V `* (P1-P2) = 0.0010052 (15000-5) = 15.07 кДж / кг
Отримана робота в циклі:
l
ц = l
т-l h = 1817.748-15.07 = 1802.675 кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
η = l
ц / q1 = 1802.675/3893.357 = 0.463
Теоретичний питома витрата пари, необхідний для вироблення 1 кВтг електроенергії:
d0 = 3600/Hp = 3600/1817.748 = 1.98 кг / кВтг
Теоретичний питома витрата тепла, необхідний для вироблення 1 кВтг електроенергії:
q0 = d0 * q1 = 1.98 * 3893.357 = 7710.685 кДж / кВтг
Порівняння розрахованих результатів представлена у зведеній таблиці.
Зведена таблиця
| q1 кДж / кг
| q2 кДж / кг
| l t кДж / кг
| l H кДж / кг
| l ц кДж / кг
| η
| d0 кг / кВтг
| q0 кг / кВтг
|
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
|
Висновок Таким чином, при порівнянні результатів
розрахунків, наведених у зведеній таблиці, легко помітити, що установки з вторинним перегрівом пари мають більший ККД. Так само через більшу сухості пара продовжується термін служби частин турбіни в зв'язку з меншою зносом. Зменшуються енерговитрати на вироблення 1 кВт / год енергії та витрати пари.
Економічно вигідніше використовувати третій варіант.
ЛІТЕРАТУРА 1. Рівкін С.Л.,
Александров А.А Термодинамічні властивості води і водяної пари:
Довідник .- М.: Вища
школа, 1984
2. Драганов Б.Х. та ін Теплотехніка і застосування теплоти в сільському
господарстві .- М.: Агропромиздат, 1990.