Расчетно-графическая работа - Исследование и расчет термодинамических циклов - файл n1.doc

приобрести
Расчетно-графическая работа - Исследование и расчет термодинамических циклов
скачать (2018.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2019kb.08.07.2012 21:26скачать

n1.doc

  1   2   3

Министерство образование и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Кафедра: Теплоэнергетика

Расчетно-графическая работа:

Исследование и расчет термодинамических циклов

теплоэнергетических установок

Выполнил:

Проверил:



Саратов 2008


Содержание

Реферат……………………………………………………………………3

Введение………………………………………………………….……….4

Задание 1……………………………………………………………...…..7

Задание 2………………………………………………………………….26

Задание 3…………………………………………………………...……..41

Заключение………………………………………………………...……..54

Литература…………………………………………………………....…..55
Реферат

Данная расчётно-графическая работа состоит из 55 листов, включая 4 рисунка, 9 таблиц, 8 графиков и список используемых источников.

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, ПАРОВАЯ ТУРБИНА, КОМПРЕССОР, ПАР, КОНДЕНСАТ, ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, РЕГЕНЕРАЦИЯ, КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, КОНДЕНСАТОР, РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ, ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР.

В данной расчётно-графической работе были выполнены расчеты ПТУ, ГТУ и ПГУ бинарного типа, приобретены навыки научно-исследовательской работы.


Введение

Теплоэнергетические установки делятся на паровые теплоэнергетические установки (ПТУ), газовые теплоэнергетические установки (ГТУ) и парогазовые теплоэнергетические установки (ПГУ). Все эти установки служат для выработки электрической и тепловой энергии.

Основными элементами ПТУ являются паровой котел, паровая турбина, электрический генератор, конденсатор, питательный насос. Работает ПТУ по следующему принципу: вода в паровом котле нагревается и превращается в пар, который затем поступает в пароперегреватель, после пароперегревателя пар подается в голову паровой турбины, расширяется, и поступает в конденсатор, где превращается в воду, далее в питательном насосе жидкость сжимается и подается обратно в паровой котел. Электрический генератор превращает механическую энергию в электрическую. В теплофикационных установках наряду с выработкой электрической энергии, осуществляется отбор пара на теплофикацию из паровой турбины. Дополнительными элементами ПТУ являются: система регенерации, системы промежуточного перегрева пара.

За основной цикл в паротурбинной установке принят идеальный цикл Ренкина. В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсаторе, вследствие чего вместо громоздкого малоэффективного компрессора для подачи воды в котел применяют питательный водяной насос, который имеет малый габарит и высокий К. П. Д. При сравнительно небольшой мощности, потребляемой насосом, потери в нем оказываются малыми по сравнению с общей мощностью паротурбинной установки. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара.

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Общая эффективность паровых турбин (электроэнергия + тепло) доходит до ~85% в расчете на единицу потраченного топлива. Мощность единичной паровой турбины ~ до 1000 МВт.

Типы паровых турбин

1) турбины с противодавлением - давление пара на выходе турбины выше атмосферного

2) турбины конденсационные - давление пара на выходе турбины ниже атмосферного

Пар в турбину должен подаваться с характеристиками:

давлением 40-60 бар

температурой 400-500°С.

Плюсы паровых турбин:

1) работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое

2) высокая единичная мощность

3) свободный выбор теплоносителя

4) широкий диапазон мощностей

5) внушительный ресурс паровых турбин

Минусы паровых турбин:

1) высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)

2) дороговизна паровых турбин

3) низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии

4) дорогостоящий ремонт паровых турбин

5) снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Подогреватели воздуха бывают рекуперативного и регенеративного типа. В рекуперативных подогревателях тепло постоянно передается через стены, так как с одной стороны проходят дымовые газы, а с другой — воздух в горелки. У регенеративного типа тепло дымовых газов сначала поглощается насадкой регенератора и затем передается воздуху. Насадка при каждом цикле нагревается и охлаждается.

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей - это силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Утилизация тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. В обычном рабочем режиме - на газе, а в резервном (аварийном) - автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ может работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Плюсы ГТУ:

1) незначительная потребность в охлаждающей воде;

2) возможность применения белее высоких температур рабочего тела;

3) меньший расход металла, приходящийся на единицу мощности;

4) возможность очень быстрого пуска и форсирование нагрузки;

Минусы ГТУ:

1) большая работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре;

2) высокая температура выхлопных газов;

3) невозможность работы на твердом топливе;

4) относительная низкая предельная мощность газовой турбины;

5) резкое снижение экономичности при недогрузках;

Парогазовые установки имеют одно главное отличие. В ПГУ отработавшие газы, имеющие высокую температуру, поступают в котел-утилизатор. В котле-утилизаторе парогазовой установки высокотемпературные газы разогревают пар до температуры ~500°С. В котле парогазовой установки давление пара поднимается до ~80 атм. Эти параметры позволяют использовать паровые турбины. В парогазовых установках паровые турбины вращают дополнительные генераторы. В парогазовых установках используется еще ~20% энергии поступившего топлива. Общий электрический КПД парогазовой установки составляет ~58%. В стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 40%. ПГУ — относительно новый тип электростанций, работающих на газе, жидком или твердом топливе. Парогазовые установки предназначены для получения максимального количества электроэнергии с силовыми агрегатами относительно высокой мощности.

ЗАДАНИЕ №1
Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с регенерацией (рис. 1.1). Из котельного агрегата (КА) в паровую турбину (ПТ) поступает пар с давлением р1 и температурой t1. Давление пара в конденсаторе (К) равно p2. Конденсат отработавшего пара при давлении p2 и температуре насыщения подается питательным насосом (ПН) в регенеративные подогреватели (РП) поверхностного типа, где осуществляется ступенчатый подогрев питательной воды паром, отбираемым из проточной части турбины. Нагрев воды в каждом из подогревателей одинаковый. Конденсат греющего пара из подогревателей при температуре насыщения каскадно сливается в конденсатор. Недогрев питательной воды в подогревателях до температуры насыщения греющего пара равен ?t = 2-10 °С. Примем степень недогрева таким образом, чтобы давление греющего пара соответствовало показаниям на h-sдиаграмме изобарам.

Дополнительно примем КПД поверхностных подогревателей – ?n=0,98; конденсатора ?к=0,99. Теплота сгорания условного топлива  




Рис. 1.1. Принципиальная схема паротурбинной установки с регенерацией

Задание:

1. Нарисовать принципиальные схемы паротурбинных установок без регенерации и с регенерацией. В Т-s – координатах нарисовать соответствующие схемам термодинамические циклы ПТУ.

2. В h-s – координатах нарисовать теоретический и действительный процессы расширения пара в паровой турбине. Показать пересечение изобар отборов системы регенерации с линиями теоретического и действительного процессов.

3. Для всех характерных теоретических и действительных точек паротурбинной установки определить следующие значения параметров: давление р, температуру t, удельные объем V, энтальпию h и энтропию s, степень сухости х, относительный ? и полный D расходы рабочего тела.

4. Определить расход циркуляционной воды, кратность циркуляции, секундный, часовой и годовой расходы натурального и условного топлив для установок с регенерацией и без нее.

5. Рассчитать термический, абсолютный внутренний КПД цикла, а также эффективный и электрический КПД-нетто всей установки с регенерацией и без нее.

6. Полученные значения для установок с регенерацией и без регенерации сравнить и сделать выводы.


Решение задания №1.

Таблица 1.1. Исходные данные для расчета


№ варианта

,

МПа

,

˚С

,

МПа

,

-

,

-

,

-

?tцв,

˚С

,

Мдж/кг

Nэ,

МВт

,

-

,

-

,

˚С

19

16

610

0,005

0,92

0,7

0,98

10

30

200

0,95

0,99

150


Определение параметров в характерных точках:

Точку 1 определяем по заданным давлению p1 и температуре t1 с использованием h-sдиаграммы.


p1,

МПа

t1,

0С

?1,

м3/кг

h1,

кДж/кг

s1,

кДж/(кг∙К)

16

610

0,02360

3601,0

6,6722


Точку 2t определим по заданному конечному давлению p2 и энтропии s2t=s1 с использованием h-sдиаграммы.


p2t ,

МПа

t2t ,

0С

?2t ,

м3/кг

h2t ,

кДж/кг

s2t ,

кДж/(кг∙К)

0,005

32,88

22,057

2033,9

6,6722


Точку 2 определим из расчета действительного процесса расширения пара в паровой турбине по формуле:

 (1)

Из (1) выразим h2 :



 (кДж/кг)

По найденной h2 и известному p2 определим все остальные параметры в этой точке:


p2 ,

МПа

t2 ,

0С

?2 ,

м3/кг

h2 ,

кДж/кг

s2 ,

кДж/(кг∙К)

0,005

32,88

23,516

2159,3

7,0820



Параметры точек 3, 4t , 4 определим с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. Точку 3 определим по давлению p3=p2 как жидкость, находящаяся в состоянии насыщения.


p3 ,

МПа

t3 ,

0С

?3 ,

м3/кг

h3 ,

кДж/кг

s3 ,

кДж/(кг∙К)

0,005

32,88

0,0010052

137,77

0,4762



Точку 4t определим по давлению p4t=p1 и энтропии s4t=s3 :


p4t ,

МПа

t4t ,

0С

?4t ,

м3/кг

h4t ,

кДж/кг

s4t ,

кДж/(кг∙К)

16

33,26

0,00100

153,76

0,4762


По следующей формуле определим энтальпию в точке 4 :



 (кДж/кг)

По энтальпии h4 и давлению p4=p4t определим все остальные параметры в точке 4 :


p4 ,

МПа

t4,

0С

?4 ,

м3/кг

h4 ,

кДж/кг

s4 ,

кДж/(кг∙К)

16

34,92

0,00100

160,61

0,4984


Работа насоса (сжатия) теоретическая и действительная с приемлемой точностью может быть определена по приближенным формулам:

 и ,

где  - средний удельный объем жидкости при адиабатном повышении давления;  - КПД насоса.

Для воды, являющейся практически несжимаемой жидкостью в широком интервале параметров состояния  0,001 м3/кг.

 (кДж/кг)

 = 22,854 (кДж/кг)

Повышение температуры воды при адиабатном повышении давления можно также найти из приближенных формул:

 и 

Здесь  - изобарная теплоемкость воды. В широкой области параметров состояния  кДж/(кгК).

 (К)

 (К)

Расчет системы регенеративных подогревателей:

Общий нагрев питательной воды в подогревателях равен:



 (К)

Нагрев питательной воды в каждом подогревателе составляет:



 (К)

Расчет первого подогревателя:

Тепловой и материальный балансы подогревателя имеют вид:

для теоретического цикла



для действительного цикла



Из этих уравнений определяются теоретический  и действительный  относительные расходы греющего пара в подогреватель, то есть отношение расходов греющего пара к расходу питательной воды.

В данных уравнениях параметры питательной воды (точки пв и 6) определяются при соответствующих температурах  и  и давлении . Так как в цикле Ренкина подвод теплоты изобарный, то . Для принятой системы регенерации относительный расход питательной воды равен =1. Точки от1t и от1 определяются по h-s – диаграмме на пересечении изобары отбора  соответственно с теоретическим и действительным процессами расширения пара в паровой турбине. Точка др1 определяется по давлению .

Давление отбора  определяется по температуре насыщения в подогревателе:

,

где  принимаем от 2 до 10 °С таким образом, чтобы  соответствовало показанным на h-s – диаграмме изобарам.

 (°С)

 (кПа)


pпв ,

МПа

tпв ,

0С

?пв ,

м3/кг

hпв ,

кДж/кг

sпв ,

кДж/(кг∙К)

16

150

0,00108

641,98

1,8251


 (°С)


p6

t6

?6

h6

s6

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

16

111,64

0,00104

479,83

1,4235


Таблица 1.9 Параметры в точке от1t


pот1t

tот1t

?от1t

hот1t

sот1t

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,5

151,836

0,36362

2685,048

6,6722


pот1 = f(tнас1) = 0,5 МПа

Таблица 1.10 Параметры в точке oт1


pот1

tот1

?от1

hот1

sот1

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,5

167

0,39110

2783,413

6,9022


pдр1 = f(tнас1)= 0,5 МПа

Таблица 1.11 Параметры в точке др1


p др1

t др1

? др1

h др1

s др1

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,5

151,85

0,0010928

640,1

1,8604










2.2 Расчет второго подогревателя

Тепловой и материальный балансы второго подогревателя:

для теоретического цикла:

(14)

для действительного цикла:

(15)

В уравнениях (), () параметры точки 5 определяются при температуре и давлении p5= p1. Точки от2t, от2, др2, определяются аналогично как для первого подогревателя по давлению в отборе pот2. Давление отбора pот2 определяется по температуре насыщения в подогревателе:



(0С)

pот2t=f(tнас2)=0,16 МПа

Таблица 1.14 Параметры в точке от2t


pот2t

tот2t

?от2t

hот2t

sот2t

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,16

113,298

0,99102

2491,547

6,6722


pот2 = f(tнас1) = 0,16 МПа

Таблица 1.15 Параметры в точке от2


pот2

tот2

?от2

hот2

sот2

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,16

113,298

1,04373

2598,903

6,9536


pдр2 = f(tнас2) = 0,16 МПа, tдр2 = 113,32 0С

Таблица 1.16 Параметры в точке др2


pдр2

tдр2

?др2

hдр2

sдр2

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,16

113,32

0,0010547

475,38

1,4550


p5 = 16 МПа, t5 =111,64-38,36 =73,28 0С

По температуре t5 и давлению p5=p1 определим все остальные параметры

Таблица 1.17 Параметры в точке 5


p5

t 5

?5

h5

s5

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

16

73,28

0,00102

319,697

0,9851









2.3 Расчет третьего подогревателя

Производится аналогично второму подогревателю. Тепловой и материальный балансы третьего подогревателя.

для теоретического цикла:

(16)

для действительного цикла:

(17)



tнас3=73,28+2,72= 760С

pот3t = f(tнас3) = 0,04 МПа

Таблица 1.18 Параметры в точке от3t


pот3t

t от3t

?от3t

hот3t

sот3t

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,04

75,857

3,39411

2288,170

6,6722


pот3=f(tнас3)=0,04 МПа

Таблица 1.19 Параметры в точке от3


p от3

t от3

?от3

hот3

sот3

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,04

76

3,57908

2395,595

6,9854


pдр3 = f(tнас3) = 0,04 МПа

Таблица 1.20 Параметры в точке др3


pдр3

tдр3

?др3

hдр3

sдр3

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,04

75,03

0,0010265

317,65

1,0261










Теоретическая и действительная работа расширения кг пара в регенеративном цикле:





Теоретическая и действительная работа расширения кг пара в цикле без регенерации:









Теоретическая и действительная работа сжатия 1кг питательной воды для циклов с регенерацией и без нее, в принятой схеме одинаковы:



(кДж/кг)



(кДж/кг)

Теоретическая и действительная работы циклов с регенерацией и без нее рассчитываются по формулам:

















Подведенная удельная теплота в цикле с регенерацией и без регенерации:













Секундные расходы пара в точке 1 для действительных циклов с регенерацией и без нее:









Так как принимается, что , то для всех остальных точек полные расходы рабочего тела рассчитываются по формуле:



















































Расход циркуляционной воды Gцв определяется из теплового баланса конденсатора, который для цикла с регенерацией имеет вид:

,

здесь Сpm = 4,19 кДж/кг∙К – теплоемкость воды.





Для цикла без регенерации баланс конденсатора имеет вид:

,

где





Кратность циркуляции охлаждения определяется по формулам:









Секундный расход натурального топлива:









Секундный расход условного топлива:









Часовой расход натурального топлива:









Часовой расход условного топлива:









Годовой расход натурального топлива:









Годовой расход условного топлива:









Термический КПД циклов с регенерацией и без нее:









Абсолютный внутренний КПД циклов с регенерацией и без нее:







Эффективный КПД циклов с регенерацией и без нее:

,

где – коэффициент использования располагаемой теплоты, численно равный КПД котельного агрегата.





Электрический КПД-нетто установок с регенерацией и без нее:










Рисунок 1.2. Принципиальная схема паротурбинной установки без регенерации

Таблица 1.21 – Параметры в характерных точках цикла


Точки

p

t

?

h

s

?

D

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)



кг/с

1

16

610

0,02360

3601,0

6,6722

1

160,49

2t

0,005

32,88

22,057

2033,9

6,6722

0,77116

123,763

2

0,005

32,88

23,516

2159,3

7,0820

0,813258

130,52

3

0,005

32,88

0,0010052

137,77

0,4762

1

160,49

4t

16

33,26

0,00100

153,76

0,4762

1

160,49

4

16

34,92

0,00100

160,61

0,4984

1

160,49

5

16

73,28

0,00102

319,697

0,9851

1

160,49

6

16

111,64

0,00104

479,83

1,4235

1

160,49

пв

16

150

0,00108

641,98

1,8251

1

160,49

от1t

0,5

151,836

0,36362

2685,048

6,6722

0,080911

12,985

от1

0,5

167

0,39110

2783,413

6,9022

0,067327

10,805

др1

0,5

151,85

0,0010928

640,1

1,8604

0,067327

10,805

от2t

0,16

113,298

0,99102

2491,547

6,6722

0,074435

11,946

от2

0,16

113,298

1,04373

2598,903

6,9536

0,061634

9,892

др2

0,16

113,32

0,0010547

475,38

1,4550

0,128961

20,697

от3t

0,04

75,857

3,39411

2288,170

6,6722

0,073494

11,795

от3

0,04

76

3,57908

2395,595

6,9854

0,054481

9,273

др3

0,04

75,03

0,0010265

317,65

1,0261

0,183442

29,97


Таблица 1.22 – Характеристики паротурбинной установки

Величина

Размерность

Паротурбинная установка

с

регенерацией

без

регенерации

Расход пара в голову турбины, D1

кг/с

160,49

143,83

Расход циркуляционной воды, Gцв

кг/с

6361,54

6869,91

Кратность циркуляции, m

-

48,74

47,764

Годовой расход натурального топлива, B

т/год

525390

5475560

Годовой расход условного топлива, Bу

т у.т./год

537500

560048

Термический КПД цикла, ?t

%

48,86

45,0

Абсолютный внутренний КПД цикла, ?i

%

43,0

41,2

Эффективный КПД установки, ?е

%

40,85

39,14

Электрический КПД-нетто установки, ?энт

%

39,63

37,97


  1   2   3


Министерство образование и науки РФ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации