Расчет цикла паротурбинной установки

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)/(8.39 6-0.4493)=0.611 V2=X2*V``=0.611*38.196=17.685 м3/кг h2=h`+X2(h``-h`)=137.77+0.611(2557.65-13 7.77)=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=7 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=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 5,1 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=8 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.