Задание
Паротурбинная установка мощностью NЭ
работает при начальных параметрах p1
, t1
и конечном давлении пара pк
. Исходные данные для расчётов выбираются по номеру варианта в табл. «Исходные данные».
1. По исходным данным рассчитать характеристические точки идеального и действительного циклов Ренкина. Результаты расчётов представить в табл. 2.
По данным табл. 2 построить в Ts-координатах идеальный и действительный циклы простой ПТУ. Рассчитать основные характеристики циклов, перечисленные в табл. 2.
2. Рассчитать характеристические точки действительного цикла ПТУ с изменённым параметром. Построить в Ts-координатах первоначальный действительный цикл с изменённым параметром.
Построить в hs-диаграмме процессы расширения пара в турбине для первоначального цикла и с изменённым параметром. Рассчитать основные характеристики цикла с изменённым параметром.
3. Рассчитать тепловой и эксергетический балансы действительного цикла простой ПТУ. Построить диаграммы тепловых и эксергетических потоков в установке.
4. Рассчитать основные характеристики установки, работающей по действительному циклу и имеющей n регенеративных подогревателей при давлении в отборах p111
, p112
, p113
. Рассчитать тепловой и эксергетический балансы регенеративного цикла ПТУ. Построить диаграммы тепловых и эксергетических потоков.
Все результаты расчётов представить в сводной табл. 2.
NЭ
=110 МВт
р1
=9 МПа
t1
=500˚С
рК
=0,010 МПа
ηoi
T
=0,85
ηoi
H
=0,80
ηка
=0,82
QH
P
=38 МДж/кг
Δt1
= +15%
p111
=1,0 МПа
p113
=0,20 МПа
Расчёт параметров точек идеального и действительного циклов ПТУ
1 – перегретый пар
v1
=0,0368 м3
/кг
h1
=3387,3 кДж/кг
s1
=6,6601 кДж/(кг*К)
2а – влажный насыщенный пар
t2
=45,81˚C
v’
2а
=0,0010103 м3
/кг v’’
2а
=14,671 м3
/кг
h’
2а
=191,81 кДж/кг h’’
2а
=2583,9 кДж/кг
s’
2а
=0,6492 кДж/(кг*К) s’’
2а
=8,1489 кДж/(кг*К)
x2a
=(s-s’)/(s’’-s’) x2a
=(6,6601-0,6492)/(8,1489-0,6492)=0,801
v2a
=v’2a
*(1-x2a
)+v’’2a
*x2a
v2a
=11,759 м3
/кг
h2a
= h’2a
*(1-x2a
)+h’’2a
*x2a
h2a
=2109,035 кДж/кг
2д – влажный насыщенный пар
ηoi
T
=(h1
-h’2д
)/(h1
-h2
a
)
h2
д
=h1
- ηoi
T
*(h1
-h2a
)
h2
д
=2300,77 кДж/кг
x2
д
=(h2
д
-h’2
д
)/(h’’2
д
-h’2
д
) x2
д
=0,882
v2д
=12,940 м3
/кг
s2д
=7,264 кДж/(кг*К)
3 – кипящая жидкость
x3
=0
v3
=v’2
=0,0010103 м3
/кг
h3
=h’2
=191,81 кДж/кг
s3
=s’2
=0,6492 кДж/(кг*К)
4a – жидкость
si
=0,5689 кДж/(кг*К) t(si
)=40˚C
si
+1
=0,6996 кДж/(кг*К) t(si
+1
)=50˚C
t4a
(s=0,6492)=46,14 ˚C=319,14 K
ti
=40 ˚C v(ti
)=0,0010039 м3
/кг
ti+1
=50 ˚C v(ti+1
)=0,0010082 м3
/кг
v4a
(t=46,14)=0,00100654 м3
/кг
ti
=40 ˚C h(ti
)=175,5 кДж/кг
ti
=40 ˚C h(ti
)=217,1 кДж/кг
h(t=46,14)=201,04 кДж/кг
4д – жидкость
ηoi
H
=(h4a
-h3
)/(h4
д
-h3
)
h4
д
=h3
+(h4a
-h3
)/ ηoi
H
h4
д
=203,35 кДж/кг
hi
=175,5 кДж/(кг*К)
t(si
)=40˚C
hi+1
=217,1 кДж/(кг*К) t(si+1
)=40˚C
t4
д
(h=203,25)=46,96 ˚C=319,96 K
ti
=40 ˚C
v(ti
)= 0,0010039м3
/кг
ti+1
=50 ˚C
v(ti+1
)=0,0010082 м3
/кг
v4
д
(t=46,96)=0,0010066 м3
/кг
ti
=40 ˚C
s(ti
)=0,5689 кДж/(кг*К)
ti+1
=50 ˚C
s(ti+1
)=0,6996 кДж/(кг*К)
s4д
(t=46,96)=0,6599 кДж/(кг*К)
5 – кипящая жидкость
t5
=303,35˚C=576,35 K
v5
=v’5
=0,0014181 м3
/кг
h5
=h’5
=1363,6 кДж/кг
s5
=s’5
=3,2866 кДж/(кг*К)
6 – сухой насыщенный пар
t6
=303,35 ˚C=576,35 K
v6
=v’’6
=0,02077 м3
/кг
h6
=h’’6
=2742,9 кДж/кг
s6
=s’’6
=5,6790 кДж/(кг*К)
паротурбинный установка тепловой эксергетический поток
По рассчитанным данным составляется таблица
Идеальный цикл ПТУ
q1
=h1
-h4
a
=3387,3-201,04=3186,26кДж/кг
q2
=h2a
-h3
=2109,035-191,81=1917,23кДж/кг
lТ
= h1
-h2a
=3387,3-2109,035=1277,97 кДж/кг
lH
= h4a
-h3
=201,04-191,81=9,23 кДж/кг
lц
=lT
-lH
=1277,97-9,23=1268,74 кДж/кг
ηt
=(q1
-q2
)/q1
=(3186,26-1917,23)/3186,26=0,3983
D=N0
/(h1
-h2a
)=Nэ
/ (h1
-h2a
)/ηМ
/ ηГ
=110/1277,97/0,98/0,99=88,718 кг/с
dЭ
=3600*D/NЭ
=3600*88,718/110=2,903 кг/(кВт*ч)
Q1
=D*q1
=88,718*3186,26=282,679 МВт
qT
=3600*Q1
/NЭ
=3600*282,679/110=9,251 МДж/(кВт*ч)
B=Q1
/( ηка
*QH
P
)=282,679/(0,82*38)=9,072 кг/с
bЭ
=3600*B/ NЭ
=3600*9,072/110=0,297 кг/(кВт*ч)
Q2
=q2
*D=1917,23*88,718=170,093 МВт
ηoi
=lц
д
/lц
а
=1
ηЭ
=NЭ
/Q1
=110/282,679=0,3891
ηi
=(q1
-q2
)/q1
=(3186,26-1917,23)/3186,26=0,3983
Действительный цикл ПТУ
q1
=h1
-h4д
=3387,3-203,35=3183,95 кДж/кг
q2
=h2д
-h3
=2300,77-191,81= 2108,96кДж/кг
lТ
= (h1
-h2а
)* ηoi
T
=(3387,3-2109,035)*0,85=1086,53 кДж/кг
lH
= (h4а
-h3
)/ ηoi
Н
=(201,04-191,81)/0,8=11,54 кДж/кг
lц
=lT
-lH
=1086,53-11,54=1074,99 кДж/кг
ηt
=(q1
-q2
)/q1
=(3183,95-2108,96)/3183,95=0,3376
D=Ni
/(h1
-h2д
)=Nэ
/ (h1
-h2д
)/ηМ
/ ηГ
=110/1086,53/0,98/0,99=104,349 кг/с
dЭ
=3600*D/NЭ
=3600*104,349/110=3,415 кг/(кВт*ч)
Q1
=D*q1
=104,349*3183,95=332,242 МВт
qT
=3600*Q1
/NЭ
=3600*332,242/110=10,873 МДж/(кВт*ч)
B=Q1
/( ηка
*QH
P
)=332,242/(0,82*38)=10,662 кг/с
bЭ
=3600*B/ NЭ
=3600*10,662/110=0,349 кг/(кВт*ч)
Q2
=q2
*D=2108,96*104,349=220,068 МВт
ηoi
=lц
д
/lц
а
=1074,99/1268,74=0,8473
ηЭ
=NЭ
/Q1
=110/332,242=0,3311
ηi
=(q1
-q2
)/q1
* ηoi
=(3183,95-2108,96)/3183,95*0,8473=0,2860
Ni
=D*(h1
-h2д
)=104,349*1086,53=113,378 МВт
Расчёт параметров точек цикла ПТУ с измененным параметром
t1
=500*1,15=575 ˚C=848K
1 – перегретый пар
ti
=570 ˚Cv(ti
)=0,04109 м3
/кг
ti
+1
=580 ˚Cv(ti
+1
)= 0,04168м3
/кг
v1
(t=575)=0,041385 м3
/кг
ti
=570 ˚C s(ti
)=6,8752 кДж/(кг*К)
ti+1
=580 ˚C s(ti+1
)= 6,9040 кДж/(кг*К)
s1
(t=575)=6,8896 кДж/(кг*К)
ti
=570 ˚C h(ti
)=3561,0 кДж/кг
ti+1
=580 ˚C h(ti+1
)= 3585,4 кДж/кг
h1
(t=575)=3573,2 кДж/(кг*К)
2а – влажный насыщенный пар
t2
=45,81˚C
v’
2а
=0,0010103 м3
/кг
v’’
2а
=14,671 м3
/кг
h’
2а
=191,81 кДж/кг
h’’
2а
=2583,9 кДж/кг
s’
2а
=0,6492 кДж/(кг*К) s’’
2а
=8,1489 кДж/(кг*К)
x2a
=(6,8896-0,6492)/(8,1489-0,6492)=0,832
v2a
=v’2a
*(1-x2a
)+v’’2a
*x2a
v2a
=12,206 м3
/кг
h2a
= h’2a
*(1-x2a
)+h’’2a
*x2a
h2
a
=2182,03 кДж/кг
2д – влажный насыщенный пар
ηoi
T
=(h1
-h’2
д
)/(h1
-h2a
)
h2
д
=h1
- ηoi
T
*(h1
-h2a
)
h2
д
=2390,71 кДж/кг
x2
д
=(h2
д
-h’2
д
)/(h’’2
д
-h’2
д
) x2
д
=0,919
v2д
= 13,483 м3
/кг
s2д
=7,541 кДж/(кг*К)
По рассчитанным данным составляется таблица 2
Действительный цикл ПТУ c измененным параметром
q1
=h1
-h4д
=3573,2-203,35=3369,85кДж/кг
q2
=h2д
-h3
=2390,71-191,81= 2198,9кДж/кг
lТ
= (h1
-h2а
)* ηoi
T
=(3573,2-2182,03)*0,85=1182,49 кДж/кг
lH
= (h4а
-h3
)/ ηoi
Н
=(201,04-191,81)/0,8=11,54 кДж/кг
lц
=lT
-lH
=1182,49-11,54=1170,95 кДж/кг
ηt
=(q1
-q2
)/q1
=(3369,85-2198,9)/3369,85=0,3475
D=Ni
/(h1
-h2д
)=Nэ
/ (h1
-h2д
)/ηМ
/ ηГ
=110/1182,49/0,98/0,99=95,88 кг/с
dЭ
=3600*D/NЭ
=3600*95,88/110=3,138 кг/(кВт*ч)
Q1
=D*q1
=95,88*3369,85=323,101 МВт
qT
=3600*
/NЭ
=3600*323,101/110=10,574 МДж/(кВт*ч)
B=Q1
/( ηка
*QH
P
)=323,101/(0,82*38)=10,369 кг/с
bЭ
=3600*B/ NЭ
=3600*10,369/110=0,339 кг/(кВт*ч)
Q2
=q2
*D=2198,9*95,88=210,831 МВт
ηoi
=lц
д
/lц
а
=1170,9/1268,74=0,923
ηЭ
=NЭ
/Q1
=110/323,101=0,3405
ηi
=(q1
-q2
)/q1
* ηoi
=(3369,85-2198,9)/3369,85*0,923=0,3207
Ni
=D*(h1
-h2д
)=95,88*1182,49=113,377 МВт
Тепловой баланс действительного цикла простой ПТУ
Котельная установка
Q=B*QH
P
=10,662*38=405,156 МВт
Q1
=ηка
*Q=0,82*405,156=332,228 МВт
ΔQкА
=Q-Q1
=405,156-332,228=72,928МВт
Турбина
Q1
=Q2
+Ne
+ΔQм
Q2
=D*q2
=104,349*2108,96=220,068 МВт
Ne
=NЭ
/ηГ
=110/0,99=111,111 МВт
ΔQм
=Q1
-Q2
-Ne
=332,228-220,068-111,111=1,049 МВт
Конденсатор
Q2
=Q1
- ηi*Q1
=(1-0,3376)*332,228=220,068 МВт
Ne
=NЭ
+ ΔQГ
ΔQГ
=Ne
-NЭ
=111,111-110=1,111 МВт
Тепловой баланс
Q=NЭ
+Q2
+ ΔQГ
+ ΔQм
+ ΔQкА
405,156=110+ 220,068+1,111+1,049+72,928
405,156=405,156
Эксергетический баланс дейстаительного цикла простой ПТУ
Котлоагрегат
Eпв
=Ека
вх
=D*((h4д
-h0
)-T0
*(s4д
-s0
))=104,349*((203,35-84)-293(0,6599-0,2965))=104,349*
*(119,35-106,4762)=1,343 МВт
Eтоп
=0,975*B*QH
P
=0,975*38*10,662=395,027 МВт
Eка
вых
=D((h1
-h0
)-T0
*(s1
-s0
))=104,349*((3387,3-84)-293(6,6601-0,2965))=104,349*
*(3303,3-1864,5348)=150,134 МВт
ΔEкА
=(Eка
вх
+Етоп
)-Ека
вх
=1,343+395,027-150,134=246,236 МВт
Турбина
ЕТ
вх
=Ека
вых
ЕТ
вых
=D*((h2д
-h0
)-T0
*(s2д
-s0
))=104,349*((2300,77-84)-293*(7,264-0,2965))=104,439*
*(2216,77-2041,4775)=18,307 МВт
ΔET
=( ЕТ
вх
- ЕТ
вых
)-Ne
=150,134-18,307-111,111=20,716 МВт
Генератор
ΔЕГ
=Ne
-NЭ
=111,111-110=1,111 МВт
Коденсатор
Ек
вх
= Ет
вых
ЕК
вых
=D*((h3
-h0
)-T0
*(s3
-s0
))=104,349*((191,81-84)-293*(0,6492-0,2965))=104,349*
*(107,81-103,3411)=0,466 МВт
ΔЕк
= Ек
вх
- Ек
вых
=18,307-0,466-17,841 МВт
Проверка
ΔЕк
=Q2
*(1-T0
/TK
)=220,068*(1-293/318,81)=17,816 МВт
Насос
Ен
вх
= Ек
вых
Ен
вых
= Ека
вх
LН
=D*(h4д
-h3
)=104,349*(203,351-191,81)=1,204 МВт
ΔEH
= Ен
вх
-Ен
вых
+LH
=0,466-1,343+1,204=0,327 МВт
Етоп
+ Епв
= NЭ
+ ΔЕка
+ ΔЕТ
+ ΔЕГ
+ ΔЕК
+ ΔЕН
-LH
ηех
= NЭ
/( Етоп
+ Епв
)=110/(395,027+1,343)=0,2775
ПТУ с регенерацией
p1
=1 МПа
α1
*hП1
+(1- α1
)* hр2
= hр1
α1
=( hР1
–hР2
)/( hП1
+ hР2
)
α1
=(762,7-504,7)/(2900-504,7)=0,1077
p2
=0,2 МПа
α2
*hП2
+(1- α1
- α2
)* hр3
= (1- α1
)*hр2
α2
=(1- α1
)( hP
2
- h3
)/( hП2
-h3
)=(1-0,1077)(504,7-191,81)/(2660-
191,81)=0,8923*312,89/2468,19=
=0,1131
lд
Т
=(1- α1
- α2
)*( h1
- h2д
)+ α1
*( h1
- hП1
)+ α2
*( h1
- hП2
)
y1
=( hП1
- h2д
)/( h1
- h2д
)=(2900-2300,77)/(3387,3-
2300,77)=599,23/1086,53=0,5515
y2
=( hП2
- h2д
)/( h1
- h2д
)=(2660-2300,77)/(3387,3-2300,77)=0,3306
lд
Т
=(1- y1
*α1
- y2
*α2
)*( h1
- h2д
)=(1-0,5515*0,1077-0,3306*0,1131)*(3387,3-
2300,77)=
=(1-0,05939655-0,03739086)*1086,53=0,981 МДж/кг
DP
=Ni
/ lд
Т
=113,378/0,981=115,574 кг/с
q1
= h1
- hP
1
=3387,3-762,7=2,625 МДж/кг
q2
= (1- α1
- α2
)*( h2д
- h3
)=(1-0,1077-0,1131)*(2300,77-
191,81)=0,7792*2108,96=1,643 МДж/кг
ηi
= lд
Т
/q1
=0,981/2,625=0,3737
Тепловой баланс регенеративного цикла ПТУ
Регенератор
QП1
= α1
*D*( hп1
- h3
)=0,1077*115,574*(2900-191,81)=33,710 МДж/кг
QП2
= α2
*D*( hп2
- h3
)=0,1131*115,574*(2660-191,81)=32,263 МДж/кг
QP
1
= D*(1- 0)*( hP
1
- h3
)=115,574*(762,7-191,81)=65,980 МДж/кг
QP
2
= D*(1- α1
)*( hP
2
- h3
)=115,574*(1-0,1077)*(504,7-
191,81)=115,574*0,8923*312,89=
=32,267 МДж/кг
Проверка
QP
1
=QП1
+QП2
65,980≈33,710+32,263=65,973
QP
2
=QП2
32,267≈32,263
Котельный агрегат
Q=B*QP
H
=Q1
/ηка
=q1
*D/ ηка
=2,625*115,574/0,82=369,978 МВт
Q1
=303,382 МДж/кг
ΔQкА
=Q- Q1
=369,978-303,382=65,596 МВт
Турбина
Q2
=D*q2
=115,574*1,643=189,888 МВт
Ne
=111,111 МВт
ΔQм
=113,378-111,111=2,267 МВт
Генератор
Ne
= Nэ
+ ΔQГ
ΔQГ
= Ne
- NЭ
=111,111-110=1,111 МВт
Насос
LH
=D*lH
=115,574*11,54=1,334 МВт
QПВ
=LH
+ QP
1
=1,334+65,980=67,314 МВт
Тепловой баланс
Q+QP
+LH
= NЭ
+Q2
+ ΔQкА
+ ΔQМ
+ ΔQГ
+QП1
+QП2
369,978+65,98+1,334=110+189,888+65,596+2,267+1,111+33,710+32,263
437,292≈434,835
Эксергетический баланс регенеративного цикла ПТУ
Котельный агрегат
Етоп
=0,975*В* QP
H
=0,975*369,978=360,729 МВт
Епв
=Ека
вх
=D*(hP
1
-h0
-T0
*(sP
1
-s0
))=115,574*(762,7-84-293*(2,1384-0,2965))=16,067МВт
Ека
вых
=D*(h1
-h0
-T0
*(s1
-s0
))=115,574*(3387,3-84-293*(6,6601-0,2965))=166,284 МВт
ΔЕкА
= Етоп
+ Епв
-Ека
вых
=360,729+16,067-166,284=210,512 МВт
Турбина
ЕТ
вх
=Ека
вых
ЕП1
=α1
* D*(hП1
-h0
-T0
*(sП1
-s0
))=0,1077*115,574*(2900-84-293*(6,84-
0,2965))=11,871 МВт
ЕП2
=α2
* D*(hП2
-h0
-T0
*(sП2
-s0
))=0,1131*115,574*(2660-84-293*(7,01-
0,2965))=7,960 МВт
ЕТ
вых
= Ек
вх
=(1- α1
- α2
)*D*(h2д
-h0
-T0
*(s2д
-s0
))=(1-0,1077-
0,1131)*115,574*(2300,77-84-293*
*(7,264-0,2965))=0,7792*115,574*174,523=15,717 МВт
ΔЕТ
= ЕТ
вх
- ЕП1
- ЕП2
-Ne
- Ек
вх
=166,284-11,871-7,96-111,111-15,717=19,625 МВт
Генератор
ΔЕГ
= Ne
- NЭ
=111,111-110=1,111 МВт
Конденсатор
ЕТ
вых
= Ек
вх
Ек
вых
=(1- α1
- α2
)*D*(h3
-h0
-T0
*(s3
-s0
))= (1-0,1077-
0,1131)*115,574*(191,81-84-293* *(0,6492-
0,2965))=0,7792*115,574*4,4689=0,402МВт
ΔЕк
=Ек
вх
-Ек
вых
=15,717-0,402=15,315МВт
Теплообменник 2
ЕР
2
=(1- α1
-)*D*(hP2
-h0
-T0
*(sP2
-s0
))=(1-0,1077)*115,574*(504,7-84-
293*(1,5301-0,2965))=
=0,8923*115,574*59,2552=6,111МВт
ΔЕП2
=ЕП2
+Ек
вых
-ЕP
2
=7,96+0,402-6,111=2,251МВт
Теплообменник 1
ЕP
1
=D*(hP
1
-h0
-T0
*(sP
1
-s0
))=115,574*(762,7-84-293*(2,1384-0,2965))=16,067МВт
ΔЕП1
=ЕP
2
+ЕП1
-ЕP
1
=6,111+11,871-16,067=1,915 МВт
Насос
LH
=D*(h4д
-h3
)=115,574*(203,35-191,81)=1,334 МВт
ΔЕH
= LH
+ ЕP
1
-Eпв
=1,334+16,067-16,067=1,334 МВт
Эксергетический баланс
Етоп
+ ЕP
1
+ LH
= NЭ
+ ΔЕкА
+ ΔЕТ
+ ΔЕГ
+ ΔЕк
+ ΔЕН
+ ΔЕП1
+ ΔЕП2
+ ЕП1
+ ЕП2
360,729+16,067+1,334=110+210,512+19,625+1,111+15,315+1,334+1,915+2,251+11,871+7,96
378,13≈381,894
ηех
= NЭ
/( Етоп
+ Епв
+ LH
)=110/(360,729+16,067+1,334)=0,2909
По рассчитанным данным составляется таблица 3
Вывод
Одним из способов повышения тепловой эффективности паросиловых установок является использование регенеративного цикла – цикла с использованием теплоты пара, частично отработавшего в турбине, для подогрева питательной воды. Регенеративный подогрев увеличивает термический КПД цикла ПТУ и снижает потери теплоты в конденсаторе турбины с охлаждающей водой.
Список использованной литературы
1. Анализ цикла паротурбинной установки. Методические указания по выполнению курсовой работы, Новосёлов И.В. , Кузнецова В.В. Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1999.