Расчёт цикла паротурбинной установки

ФГОУ ВПО

Костромская Государственная Сельскохозяйственная Академия

Кафедра: "Безопасность жизнедеятельности и теплоэнергетики"

Расчетно-графическая работа

"Расчёт цикла паротурбинной установки"

Выполнил: студент 2 курса 5

группы факультета электрификации и

автоматизации сельского хозяйства

Принял: Шабалина Л. Н.

Кострома 2004

Введение

В современной теплоэнергетике широко используются паросиловые установки. Наибольшее распространение получили стационарные паротурбинные установки (ПТУ) тепловых электрических станций (ТЭС), на долю которых приходится более 80% вырабатываемой в стране электроэнергии.

Эти установки работают по циклу, предложенному шотландским инженером и физиком Ренкиным. В качестве рабочего тела в цикле используют водяной пар, который в различных элементах схемы ПТУ изменяет своё состояние вплоть до полной конденсации. В области близкой к сжижению свойства паров сильно отличаются от идеального газа, что исключает возможность применения уравнений и законов идеальных газов для паров. В этом случае процессы и циклы рассчитывают при помощи таблиц и диаграмм водяного пара.

Целью данной работы является более глубокое самостоятельное изучение студентами раздела "Цикла паровых установок".

Студенты должны овладеть навыком работы с hs – диаграммой и таблицей свойств водяного пара, научится определять по ним параметры пара различного состояния, уметь исследовать и анализировать циклы с помощью диаграмм.

Задание

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

- параметры воды и пара в характерных точках цикла,

- количества тепла, подведенного в цикле,

- количество отведенного тепла в цикле

- работу, произведенную паром в турбине

- работу, затраченную на привод питательного насоса,

- работу, совершенную в цикле

- термический КПД цикла,

- теоретические удельные расходы пара и тепла на выработку электроэнергии.

Расчет выполнить при заданных параметрах острого пара в перед турбиной и одинаковом значении давления пара в конденсаторе Р2 для четырех случаев:

1) ПТУ работает на сухом насыщенном паре с начальным давление Р1;

2) ПТУ работает на перегретом паре с начальными параметрами Р1, t1

3) ПТУ работает на перегретом паре начальным давлением Р1 и t1, но при этом используется вторичный перегрев пара до температуры tn при давлении Рn.

4) ПТУ работает на перегретом паре с давлением P1
и t1
, но при этом используется регенерация с одним отбором пара при давлении отбора Pотб
.

Таблица 1Исходные данные

Начальные параметры пара		Параметры пара после вторичного перегрева		Давление отбора Pотб , МПа	Конечное давление пара Р2 , кПа
Давление Р1 , МПа	Температура t1 , ºC	Давление Pn , МПа	Температура tn , ºC
13	490	3.3	510	0.38	4.5

I. ПТУ работает на сухом насыщенном паре

Структурная схема ПТУ:

где

ПГ - парогенераторПТ - паровая турбинаЭГ - электрогенераторК - конденсаторПН - питательный насос

Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:

а) в Pv-диаграмме, б) в Ts-диаграмме, в) в hs-диаграмме;

1-2 — адиабатное расширение пара в турбине;

2-3 — изобарно-изотермическая конденсация влажного пара в конденсаторе (Р2
- const, t2
= const);

3 – 3’— адиабатное сжатие воды в насосе, т.к. вода практически не сжимается, этот процесс можно считать и изохорным (данный процесс показан только на Pv - диаграмме);

3(3’) -4 — изобарный процесс подогрева воды в экономайзере парогенератора (P1
= const);

4-1 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе (P1
= const, t1
= const).

Таблица 2 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на сухом насыщенном паре

Точки цикла	Р, МПа	t, ° C	h, кДж/кг	ν,	S, кДж/кг*К	Х
1	13	330.86	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	330.86	1532	0.0015	3.56	0

Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара

Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:

кДж/кг

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

кДж/кг

Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения определяется величиной располагаемого теплового перепада Hp
:

кДж/кг

Если пренебречь работой, затраченной на сжатие в насосе, будем считать, что полученная в цикле работа равна работе, совершаемой паром в турбине:

кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина :

Теоретический удельный расход пара d0
необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:

кг/( кВт*ч)

Теоретический удельный расход тепла q0
, необходимый для выработки одного кВт*ч:

кДж/( кВт*ч)

II. ПТУ работает на перегретом паре

Структурная схема ПТУ

Где

ПГ - парогенератор

ПП - пароперегреватель

ПТ - паровая турбина

ЭГ - электрогенератор

К - конденсатор

ПН - питательный насос

Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:

Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре

Таблица 3

Точки цикла	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

Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара

Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:

кДж/кг

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

кДж/кг

Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения:

кДж/кг

Работf, совершаемая паром в турбине:

кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара d0
необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:

кг/( кВт*ч)

Теоретический удельный расход тепла q0
, необходимый для выработки одного кВт*ч:

кДж/( кВт*ч)

III. ПТУ работает на перегретом паре с вторичным перегревом

В этом цикле используется многоступенчатую турбину, состоящую из цилиндра высокого давления и нескольких низкого давления. Пар из парового котла направляется сначала в цилиндр высокого давления, где расширяясь, совершает работу. После этого пар возвращается в паровой котел (промежуточный пароперегреватель), где осушается и нагревается до более высокой температуры (но уже при более низком и постоянном далении) и поступает в цилиндр низкого давления, где, продолжая расширяться, снова совершает работу.

Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:

Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре насыщенном паре с вторичным перегревом

Точки цикла	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

Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара

Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:

кДж/кг

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

кДж/кг

Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения:

кДж/кг

Работа, совершаемая паром в турбине:

кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина :

Теоретический удельный расход пара d0
необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:

кг/( кВт*ч)

Теоретический удельный расход тепла q0
, необходимый для выработки одного кВт*ч:

кДж/( кВт*ч)

IV. ПТУ работает на перегретом паре, при этом используется регенерация с одним отбором пара

В данном цикле используется отработавший пар для подогрева воды, полученной после конденсации основного парового потока. При этом конденсат греющего пара смешивается с основным потоком питательной воды

Процесс парообразование в PV, hS и TS диаграммах, выглядит следующим образом:

Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре насыщенном паре с вторичным перегревом

Точки цикла	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

Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам свойств водяного пара

Доля отобранного пара:

кг/кг

где ha
– энтальпия пара, отбираемого из турбины;

hb
– энтальпия конденсата при давлении отбора.

Полезная работа в регенеративном цикле:

кДж/кг

Количество подведенной теплоты в данном цикле:

кДж/кг

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

кДж/кг

Работе, совершаемая паром в турбине:

кДж/кг

Термический КПД цикла Ренкина :

Теоретический удельный расход пара d0
необходимый для выработки одного кВт*ч электроэнергии:

кг/( кВт*ч)

Теоретический удельный расход тепла q0
, необходимый для выработки одного кВт*ч:

кДж/( кВт*ч)

Таблица 5 Результаты расчетов

Параметрыцикла	Цикл паротурбинной установки
	на сухом насыщенном паре	На перегретом паре	с вторичным перегревом пара	с регенеративным отбором
Количество подведенной теплоты q1 , кДж/кг	2532	3179	3715.7	2712.2
Количество отведенной теплоты q2 , кДж/кг	1515.7	1810.8	2058.8	1810.8
Полученная работа в цикле lц , кДж/кг	1016.3	1368.2	1368.8	1257.2
Теоретический удельный расход пара d0 , кг/кВт*ч	3.54	2.63	2.17	2.86
Теоретический удельный расход тепла q0, кДж/ кВт*ч	8969	8361	8063.1	7757
Термический КПД цикла, ηT	0.4	0.43	0.45	0.46

Вывод

Рассчитав паротурбинную установку, работающую по циклу Ренкина, видно, что термический кпд таких установок очень низок (около 40%). Но так как термический вид энергии очень распространен, необходимо искать методы повышения кпд ПТУ. В данной работе мы увидели три способа повышения термического кпд. Комбинируя эти методы можно повысить кпд на 10-20%, что делает данный способ получения энергии более перспективным.