ФГТУ ВПО
Костромська Державна Сільськогосподарська Академія
Кафедра: "Безпека життєдіяльності і теплоенергетики"
Розрахунково-графічна робота
"Розрахунок циклу паротурбінної установки"
Виконав: студент 2 курсу 5
групи факультету електрифікації та
автоматизації сільського господарства
Прийняв: Шабаліна Л. М.
Кострома 2004
Введення
У сучасній теплоенергетиці широко використовуються паросилові установки. Найбільшого поширення набули стаціонарні двигуни установки (ПТУ) теплових електричних станцій (ТЕС), на частку яких припадає більше 80% вироблюваної в країні електроенергії.
Ці установки працюють по циклу, запропонованому шотландським інженером і фізиком Ренкіна. В якості робочого тіла в циклі використовують водяну пару, яка в різних елементах схеми ПТУ змінює свій стан аж до повної конденсації. В області близькою до зрідження властивості парів сильно відрізняються від ідеального газу, що виключає можливість застосування рівнянь і законів ідеальних газів для парів. У цьому випадку процеси та цикли розраховують за допомогою таблиць і діаграм водяної пари.
Метою даної роботи є більш глибоке самостійне вивчення студентами розділу "Циклу парових установок".
Студенти повинні оволодіти навиком роботи з hs - діаграмою і таблицею властивостей водяної пари, навчиться визначати по них параметри пари різного соціального стану, вміти досліджувати й аналізувати цикли за допомогою діаграм.
Завдання
Для паротурбінної установки (ПТУ), що працює за оборотного (теоретичному) циклу Ренкіна, розрахунком визначити:
- Параметри води і пари в характерних точках циклу,
- Кількості тепла, підведеного в циклі,
- Кількість відведеного тепла в циклі
- Роботу, вироблену пором в турбіні
- Роботу, витрачену на привід живильного насоса,
- Роботу, зроблену в циклі
- Термічний ККД циклу,
- Теоретичні питомі витрати пари і тепла на вироблення електроенергії.
Розрахунок виконати при заданих параметрах гострої пари в перед турбіною та однаковому значенні тиску пари в конденсаторі Р 2 для чотирьох випадків:
1) ПТУ працює на сухому насиченому парі з початковим тиск Р 1;
2) ПТУ працює на перегрітому парі з початковими параметрами Р 1, t 1
3) ПТУ працює на перегрітому парі початковим тиском Р 1 і t 1, але при цьому використовується вторинний перегрів пари до температури t n при тиску Р n.
4) ПТУ працює на перегрітому парі з тиском P 1 і t 1, але при цьому використовується регенерація з одним відбором пари при тиску відбору P відб.
Таблиця 1 Вихідні дані
Початкові параметри пара | Параметри пара після вторинного перегріву | Тиск відбору P відб, МПа | Кінцевий тиск пари Р 2, кПа | ||
Тиск Р 1, МПа | Температура t 1, º C | Тиск P n, МПа | Температура t n, º C | ||
13 | 490 | 3.3 | 510 | 0.38 | 4.5 |
I. ПТУ працює на сухому насиченому парі
Структурна схема ПТУ:
де
ПГ - парогенераторПТ - парова турбінаЕГ - електрогенераторК - конденсаторПН - живильний насос
Процес пароутворення в PV, hS і TS діаграмах, виглядає наступним чином:
а) у Pv-діаграмі, б) в Ts-діаграмі, в) у hs-діаграмі;
1-2 - адіабатно розширення пари в турбіні;
2-3 - ізобарно-ізотермічна конденсація вологої пари в конденсаторі (Р 2 - const, t 2 = const);
3 - 3'-адіабатно стиснення води в насосі, тому що вода практично не стискається, цей процес можна вважати і ізохоричному (даний процес показаний тільки на Pv - діаграмі);
3 (3 ') -4 - ізобарний процес підігріву води в економайзері парогенератора (P 1 = const);
4-1 - ізобарно-ізотермічний процес пароутворення в парогенераторі (P 1 = const, t 1 = Const).
Таблиця 2 Параметри у характерних точках циклу ПТУ при роботі на сухому насиченому парі
Точки циклу
Р,
МПа
t,
° C
h,
кДж / кг
ν,
S,
кДж / кг * К
Х
1
13
3 30.86
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
3 30.86
1532
0.0015
3.56
0
Параметри визначаються по hs - діаграм і таблиць властивостей водяної пари
Питома теплота, витрачена на утворення 1 кг пари в турбіні:
кДж / кг
Питома відведення теплоти у конденсаторі:
кДж / кг
Питома корисна робота, що здійснюються пором в турбіні, в адіабатно процесі розширення визначається величиною наявного теплового перепаду H p:
кДж / кг
Якщо знехтувати роботою, витраченої на стиск в насосі, будемо вважати, що отримана в циклі робота дорівнює роботі, яку здійснюють пором в турбіні:
кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
Теоретичний питома витрата пари d 0 необхідний для вироблення одного кВт * год електроенергії:
кг / (кВт * год)
Теоретичний питома витрата тепла q 0, необхідний для вироблення одного кВт * год:
кДж / (кВт * год)
II. ПТУ працює на перегрітому парі
Структурна схема ПТУ
Де
ПГ - парогенератор
ПП - пароперегрівач
ПТ - парова турбіна
ЕГ - електрогенератор
К - конденсатор
ПН - живильний насос
Процес пароутворення в PV, hS і TS діаграмах, виглядає наступним чином:
Параметри у характерних точках циклу ПТУ при роботі на перегрітому парі
Таблиця 3
Точки циклу
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
Параметри визначаються по hs - діаграм і таблиць властивостей водяної пари
Точки циклу
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
Точки циклу
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
Питома теплота, витрачена на утворення 1 кг пари в турбіні:
кДж / кг
Питома відведення теплоти у конденсаторі:
кДж / кг
Питома корисна робота, що здійснюються пором в турбіні, в адіабатно процесі розширення:
кДж / кг
Робіт f, чинена пором в турбіні:
кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
Теоретичний питома витрата пари d 0 необхідний для вироблення одного кВт * год електроенергії:
кг / (кВт * год)
Теоретичний питома витрата тепла q 0, необхідний для вироблення одного кВт * год:
кДж / (кВт * год)
III. ПТУ працює на перегрітому парі з вторинним перегрівом
У цьому циклі використовується багатоступеневу турбіну, що складається з циліндра високого тиску і декількох низького тиску. Пара з парового котла направляється спочатку в циліндр високого тиску, де розширюючись, здійснює роботу. Після цього пар повертається в паровий котел (проміжний пароперегрівач), де осушується і нагрівається до більш високої температури (але вже при більш низькому і постійному даленіє) і поступає в циліндр низького тиску, де, продовжуючи розширюватися, знову здійснює роботу.
Процес пароутворення в PV, hS і TS діаграмах, виглядає наступним чином:
Таблиця 4 Параметри у характерних точках циклу ПТУ при роботі на перегрітому парі насиченому парі з вторинним перегрівом
Параметри визначаються по hs - діаграм і таблиць властивостей водяної пари
Питома теплота, витрачена на утворення 1 кг пари в турбіні:
кДж / кг
Питома відведення теплоти у конденсаторі:
кДж / кг
Питома корисна робота, що здійснюються пором в турбіні, в адіабатно процесі розширення:
кДж / кг
Робота, що здійснюється парою в турбіні:
кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
Теоретичний питома витрата пари d 0 необхідний для вироблення одного кВт * год електроенергії:
кг / (кВт * год)
Теоретичний питома витрата тепла q 0, необхідний для вироблення одного кВт * год:
кДж / (кВт * год)
IV. ПТУ працює на перегрітому парі, при цьому використовується регенерація з одним відбором пари
У цьому циклі використовується відпрацював пар для підігріву води, отриманої після конденсації основного парового потоку. При цьому конденсат пари, що гріє змішується з основним потоком живильної води
Процес пароутворення в PV, hS і TS діаграмах, виглядає наступним чином:
Таблиця 4 Параметри у характерних точках циклу ПТУ при роботі на перегрітому парі насиченому парі з вторинним перегрівом
Параметри визначаються по hs - діаграм і таблиць властивостей водяної пари
Частка відібраного пара:
кг / кг
де h a - Ентальпія пара, що відбирається з турбіни;
h b - ентальпія конденсату при тиску відбору.
Корисна робота в регенеративної циклі:
кДж / кг
Кількість підведеної теплоти в даному циклі:
кДж / кг
Питома відведення теплоти у конденсаторі:
кДж / кг
Роботі, чинена пором в турбіні:
кДж / кг
Термічний ККД циклу Ренкіна:
Теоретичний питома витрата пари d 0 необхідний для вироблення одного кВт * год електроенергії:
кг / (кВт * год)
Теоретичний питома витрата тепла q 0, необхідний для вироблення одного кВт * год:
кДж / (кВт * год)
Таблиця 5 Результати розрахунків
Параметри циклу | Цикл паротурбінної установки | |||
на сухому насиченому парі | На перегрітому парі | з вторинним перегрівом пари | з регенеративним відбором | |
Кількість підведеної теплоти q 1, кДж / кг | 2532 | 3179 | 3715.7 | 2712.2 |
Кількість відведеної теплоти q 2, кДж / кг | 1515.7 | 1810.8 | 2058.8 | 1810.8 |
Отримана робота в циклі l ц, кДж / кг | 1016.3 | 1368.2 | 1368.8 | 1257.2 |
Теоретичний питома витрата пари d 0, кг / кВт * год | 3.54 | 2.63 | 2.17 | 2.86 |
Теоретичний питома витрата тепла q 0, кДж / кВт * год | 8969 | 8361 | 8063.1 | 7757 |
Термічний ККД циклу, η T | 0.4 | 0.43 | 0.45 | 0.46 |
Висновок
Розрахувавши паротурбінну установку, що працює по циклу Ренкіна, видно, що термічний ККД таких установок дуже низький (близько 40%). Але так як термічний вид енергії дуже поширений, необхідно шукати методи підвищення ккд ПТУ. У даній роботі ми побачили три способи підвищення термічного ККД. Комбінуючи ці методи можна підвищити ККД на 10-20%, що робить даний спосіб отримання енергії більш перспективним.