регистрация / вход

Расчет цикла паротурбинной установки

Для паротурбинной установки, работающей по обратимому циклу Ренкина можно определить работу, произведенную паром в турбине и затраченную на привод питательного насоса. Расчет теоретического расхода пара и тепла на выработку электроэнергии в цикле.

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 P 1=15 МПа, P 2=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, 0 С 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 0 C

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 t 1=550 0 С при давлении P 1=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=1447.389кДж/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 t 1=550 0 C P 1=15 МПа, но при этом применяется вторичный перегрев до параметров tn =540 0 C , 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, 0 С 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.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий