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.
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.
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.
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
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.
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 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 |
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 |
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.