Лабораторная работа : Расчет цикла паротурбинной установки (работа 1) 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Лабораторная работа >> Промышленность, производство


Расчет цикла паротурбинной установки (работа 1)




РАСЧЕТ ЦИКЛА ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Для паротурбинной установки, работающей по обратимому (теоретическому) циклу Ренкина, расчетом определить:

  • параметры воды и пара в характерных точках;

  • количество тепла, подведенного в цикле;

  • работу, произведенную паром в турбине;

  • работу, затраченную на привод питательного насоса;

  • работу, совершенную в цикле;

  • термический КПД цикла;

  • теоретические расходы пара и тепла на выработку электроэнергии.

  1. У работает на сухом насыщенном паре с начальным давлением P1=15 МПа, P2=5 КПа

Схема паротурбинной установки:

ПТ - паровая турбина;

ЭГ – электрогенератор;

К – конденсатор;

ПН – питательный насос;

ПГ – парогенератор.

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1-2 – адиабатическое расширение пара в турбине;

2-3 – изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const) ;

3-4 – адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4-5 – изобарный процесс подогрева;

5-1 - изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе.

Параметры рабочего тела в характерных точках цикла приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Точки

P1, KПa

t, 0С

h, кДж/кг

V, м3/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

Параметры точек 1,3,5 беру из таблицы [1].

Параметры точки 4 рассчитываю:

Δh3-4=V3(P1-P2)=0.0010052(15000-5)=15.037

h4=h3+ Δh3-4=137.77+15.037=152.843 кДж/кг*к

t4=h4/Cp=152.843/4.19=36.48 0C

Параметры точки 2 рассчитываю:

X=(S2-S`)/(S``-S`)=(5.3122-0.4762)/(8.396-0.4493)=0.611

V2=X2*V``=0.611*38.196=17.685 м3/кг

h2=h`+X2(h``-h`)=137.77+0.611(2557.65-137.77)=1619.428 кДж/кг

Теплоту q1,подведенную в процессах 4-5-1 определю по изменению энтальпии:

q1=h1-h4=2611.6 – 152.843=2458.7 кДж/кг

Отвод теплоты в конденсаторе:

q2=h2-h3=1619.4 – 137.77=1481.65 кДж/кг

Работа, совершенная паром в турбине при адиабатном расширении определяется величиной располагаемого теплового перепада:

lт=Hp=h1-h2=2611.6-1619.4=992.17 кДж/кг

Работа, затраченная на сжатие в насосе:

lH=V`*(P1-P2)= 0.0010052(15000-5)=15.07 кДж/кг

Полученная работа в цикле:

lц=lт-lh=992.17-15.07=997.099 кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

η=lц/q1=997.099/2458.75=0.397

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

d0=3600/Hp=3600/992.17=3.628 кг/кВтч

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

q0=d0*q1=3.628*2458.75=8921.4 кДж/кВтч

2. ПТУ работает на перегретом паре до температуры t1=550 0С при давлении P1=15 МПа

Схема паротурбинной установки:

ПТ - паровая турбина;

ЭГ – электрогенератор;

К – конденсатор;

ПН – питательный насос;

ПГ – парогенератор;

ПП – пароперегреватель.

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1-2 – адиабатическое расширение пара в турбине;

2-3 – изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const) ;

3-4 – адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4-5 – изобарный процесс подогрева;

5-6 - изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе;

6-1 – изобарный процесс перегрева пара.

Параметры рабочего тела в характерных точках цикла приведены в таблице 2.

Таблица 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,подведенную в процессах 4-5-1 определю по изменению энтальпии:

q1=h1-h4=3455 – 152.843=3302.157 кДж/кг

Отвод теплоты в конденсаторе:

q2=h2-h3=1992.538 – 137.77=1854.77 кДж/кг

Работа, совершенная паром в турбине при адиабатном расширении определяется величиной располагаемого теплового перепада:

lт=Hp=h1-h2=3455-1992.538=1462.462 кДж/кг

Работа, затраченная на сжатие в насосе:

lH=V`*(P1-P2)= 0.0010052(15000-5)=15.07 кДж/кг

Полученная работа в цикле:

lц=lт-lh=1462.462-15.07=1447.389 кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

η=lц/q1=1447.389/3302=0.438

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

d0=3600/Hp=3600/1462.462=2.462 кг/кВтч

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

q0=d0*q1=2.462*3302=8128.6 кДж/кВтч

3. ПТУ работает на перегретом паре t1=550 0C P1=15 МПа, но при этом применяется вторичный перегрев до параметров tn=540 0C, Pn=5 МПа

Схема паротурбинной установки:

ПТ - паровая турбина;

ЭГ – электрогенератор;

К – конденсатор;

ПН – питательный насос;

ПГ – парогенератор;

ПП – пароперегреватель;

ВПП – вторичный пароперегреватель .

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1-a - адиабатическое расширение пара в турбине;

a-b - изобарный процесс вторичного перегрева пара;

b-2 – адиабатическое расширение пара в турбине;

2-3 – изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const) ;

3-4 – адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4-5 – изобарный процесс подогрева воды в парогенераторе;

5-6 - изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе;

6-1 – изобарный процесс перегрева пара в парогенераторе. Параметры рабочего тела в характерных точках цикла приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Точки

P1,KПa

t, 0С

h, кДж/кг

V, м3/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,подведенную в процессах 4-5-1 определю по изменению энтальпии:

q1=(h1-h4)+(hb-ha)=(3455 – 152.843)+(3546.2-2872)=3893.357 кДж/кг

Отвод теплоты в конденсаторе:

q2=h2-h3=2228.452 – 137.77=2090.682 кДж/кг

Работа, совершенная паром в турбине при адиабатном расширении определяется величиной располагаемого теплового перепада:

lт=Hp=(h1-h2)+( hb-ha) =(3455-2228.452)+( 3546-2872)=1817.748 кДж/кг

Работа, затраченная на сжатие в насосе:

lH=V`*(P1-P2)= 0.0010052(15000-5)=15.07 кДж/кг

Полученная работа в цикле:

lц=lт-lh=1817.748-15.07=1802.675 кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

η=lц/q1=1802.675/3893.357=0.463

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

d0=3600/Hp=3600/1817.748=1.98 кг/кВтч

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВтч электроэнергии:

q0=d0*q1=1.98*3893.357=7710.685 кДж/кВтч

Сравнение рассчитанных результатов представлена в сводной таблице.

Сводная таблица

q1

кДж/кг

q2

кДж/кг

lt

кДж/кг

lH

кДж/кг

lц

кДж/кг

η

d0

кг/кВтч

q0

кг/кВтч

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

Вывод

Таким образом, при сравнении результатов расчетов, приведенных в сводной таблице, легко заметить, что установки с вторичным перегревом пара имеют больший КПД. Так же из-за большей сухости пара продлевается срок службы частей турбины в связи с меньшим износом. Уменьшаются энергозатраты на выработку 1 кВт/ч энергии и затраты пара. Экономически выгоднее использовать третий вариант.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Ривкин С.Л., Александров А.А Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1984

  2. Драганов Б.Х. и др. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве.- М.: Агропромиздат, 1990.

2


Похожие работы: