Контрольная работа: Расчет цикла паротурбинных установок

на тему: "Расчет цикла ПТУ"

Исходные данные

№ вар

10^-5 Па

120

540

1,7

1,4

Примечание. Значение P для всех вариантов 0,04*10Па.

Требуется определить:

1. Термический КПД циклов η_t.

2. Коэффициент полезного действия установки брутто (без учёта расхода энергии на собственные нужды) .

3. Удельный d, кг/(кВт*ч), и часовой , кг/ч, расходы пара.

4. Часовой B, кг/ч, и удельный b, кг/(кВт*ч), расходы топлива.

5. Удельный расход тепла q, кДж/(кВт*ч).

6. Коэффициент использования тепла (только для теплофикационного цикла). K.

7. Относительное увеличение КПД от применения промперегрева и регенерации Δ η_t / η_t * 100%.

8. Изобразить: схемы установки; циклы в координатах P, V; I, S; T, S.

1. Расчёт цикла ПТУ, работающей по циклу Ренкина

На рисунке 1 приведена схема ПТУ, работающей по циклу Ренкина.

Рисунок 1.

Параметры во всех точках цикла определяем при помощи «Water Stem Pro» и сводим в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры воды и водяного пара в характерных точках цикла.

Параметры

Обозначение точек

2¹

Давление P, Па

Удельный объём υ, м³/кг

Температура t,⁰С

Удельная энтальпия ј, кДж/кг

Удельная энтропия S, кДж/(кг*к)

Степень сухости x

12000000

0,2875

540

3452,3

6,6200

1,000

4000

26,69

28,6

1991,6

6,6200

0,770

4000

0,001

28,6

121,41

0,4224

12000000

0,000987

31,5

131,93

0,4224

1,000

Расчет цикла сведен в таблице 2.

Таблица 2. Расчёт цикла ПТУ, работающей по циклу Ренкина

Показатели

Расчетные формулы

Размерность

Цифровое значение

Теоретическая работа турбины

Теоретическая работа насоса

Подведенное тепло

Отведенное тепло

Полезная работа на 1 кг пара в идеальном цикле

Термический КПД цикла Ренкина

Термический КПД цикла без учета работы насоса

Относительная разность КПД h_t, h_t¹

Термический КПД цикла Карно в том же интервале

Отношение КПД цикла Ренкина к КПД цикла Карно

Удельный расход пара на

теоретический, кВт*ч

Часовой расход пара

l_T = i₁ – i₂

l_Н = i₃ – i¹₂

q₁= i₁ – i₃

q₂= i₂ – i^¢₂

l_ц= q₁ – q₂ = l_т – l_н

D₀ = d₀ * N

кДж/кг

–

кДж/кг

кг/(кВт*ч)

кг/ч

1459,7

11,778

3323,1

1875,1

1447,9

0,4377

0,4357

0,4574

0,629

0,696

2,4662

2466190,9

После расчёта идеального цикла переходим к расчёту цикла с учётом потерь (таблица 3).

Таблица 3. Расчет цикла Ренкина с учетом потерь

Показатели

Расчётные формулы

Размерность

Цифровое значение

Энтальпия пара в конце действительного процесса расширения в турбине

Степень сухости в конце действительного процесса расширения

Энтропия в конце действительного процесса расширения

Внутренний КПД цикла

КПД установки брутто (без учёта расхода энергии на собственные нужды)

Удельный расход пара на выработку электроэнергии

Часовой расход пара

Часовой расход топлива (условного)

Удельный расход топлива (условного)

Удельный расход количества теплоты

кДж/кг

кДж/(кг*К)

кг/(кВт*ч)

кг/ч

Кг/(кВт*ч)

2440,1

0,8606

7,3569

0,372

0,3184

2,9905

299052,8

38591,2

0,3859

11307,2

Изображение в H-S координатах цикла ПТУ работающей по циклу Ренкина и с учетом потерь приведена в приложении №1.

2. Расчет цикла ПТУ с промежуточным перегревом пара

На рисунке 2 показана схема цикла ПТУ с промежуточным перегревом пара.

Рисунок 2.

Параметры во всех точках цикла определяем при помощи «Water Stem Pro» и сводим в таблицу 4.

Таблица 4. Параметры воды и водяного пара в характерных точках цикла

Параметры

Обозначение точек

2^I

Давление P, Па

Удельный объем v, м ³/кг

Температура t,⁰С

Удельная энтальпия h, кДж/кг

Удельная энтропия S, кДж/кг

Степень сухости x

120*10⁵

0,0294

540

3454,8

6,6315

25*10⁵

0.0961

293.95

2996.3

6.6315

25*10⁵

0.1506

540

3550.6

7.4450

0.04*10⁵

30.885

28.63

2240.6

7.4450

0.87

0,04*10⁵

0,0010

28,98

121,41

0,4224

120*10⁵

0,0010

31,46

131,70

0,4224

Расчет цикла ПТУ с промежуточным перегревом без учета работы насосов сведен в таблице 5.

Таблица 5 Расчет цикла ПТУ с промежуточным перегревом

Показатели

Расчётные формулы

Размерность

Цифровое значение

Теоретическая работа турбины

Подведённое тепло

Отведённое тепло

Термический КПД

Отношение КПД цикла к КПД цикла Карно Удельный расход пара (теоретический)

Часовой расход топлива (теоретический)

Энтальпия пара в конце действительного процесса расширения

Внутренний КПД цикла

КПД установки брутто Удельный расход пара на выработку электроэнергии

Часовой расход пара

Часовой расход топлива

Удельный расход топлива

Удельный расход тепла

Повышение экономичности от применения промперегрева

кДж/кг

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кДж/кг

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кг/(кВт*ч)

кДж/(кВт*ч)

1768,5

3889,1

1875,1

0,4547

0,7231

2,0356

203561,3

2437,1

3065,1

0,3865

0,3308

2,4684

246839,7

37147,7

0,3715

10884,3

3,8858

Изображение в H-S координатах цикла ПТУ с промежуточным перегревом пара приведена в приложении №2.

3. Расчет цикла ПТУ с регенеративным отбором пара

С подогревателями смешивающего типа

На рисунке 3 показана схема с регенеративным отбором пара с подогревателями смешивающего типа.

Рисунок 3

Параметры во всех точках цикла определяем при помощи «Water Stem Pro» и сводим в таблицу 6.

Таблица 6. Параметры воды и водяного пара в характерных точках цикла

Параметры

Обозначение точек

О₁

О₂

О₃

2^I

Давление P, Па

Удельный объем v, м ³/кг

Температура t,⁰С

Удельная энтальпия h, кДж/кг

Удельная энтропия S, кДж/(кг*К)

Степень сухости x

Удельная энтальпия конденсата, кДж/кг

120*10⁵

0,0294

540

3454,8

6,6315

8*10⁵

0,2427

169,61

2751,1

6,6315

0,99

717,43

4*10⁵

0,4459

142,93

2624,5

6,6315

0,95

601,64

1*10⁵

1,5165

99,09

2400,9

6,6315

0,89

415,26

0.04*10⁵

30.885

28.63

2240.6

7.4450

0.87

0,04*10⁵

0,0010

28,98

121,41

0,4224

Доли отбираемого пара составляет:

α₁ = (h₁^о1 – h₂^o¹) / (h₁^o-h₂^o¹) = 0,054

α₂ = h₂– h₃ – α₁*(h₁ – h₂) / (h₂⁰-h₂^o¹)= 0.08

α₃ = (h₃^o¹ – h₂¹) – (α₁ – α₂)* (h₂^o¹ – h₃^o¹) / (h₃⁰ – h₂^o¹)=0.11

Данные расчетов сводятся в таблицу 7.

Таблица 7. Расчет цикла ПТУ с регенеративным отбором пара с подогревателями смешивающего типа

Показатели

Расчетные формулы

Размерность

Цифровое значение

Теоретическая работа турбины

Подведенное тепло

Отведенное тепло

Термический КПД цикла с регенерацией

Удельный расход пара

Часовой расход пара (теоретический)

Экономия, полученная в результате введения регенеративного подогрева

КПД установки брутто (где взяты из условия задания)

Удельный расход пара на выработку электроэнергии

Часовой расход пара

Часовой расход топлива

Удельный расход топлива

кДж/кг

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кг/(кВт*ч)

1323.24

2737.34

1414,1

0,4834032

2,720597

272059,7

10,44

0,352

3.2990

29901,3

34944,32

0,3494432

С подогревателями поверхностного типа

На рисунке 4 показана схема цикла ПТУ с регенеративным отбором пара с подогревателями поверхностного типа.

Рисунок 4

Параметры во всех точках цикла будут точно такими же, как в предыдущей схеме (таблица 6).

Доли отбираемого пара составят:

α₁ = (h₁^о1 – h₂^o¹) / (h₁^o-h₂^o¹) = 0,057

α₂=(1 – α₁)* (h₂^o¹ – h₃^o¹) / (h₂⁰ – h₃^o¹) = 0,89

α₃= (1 – α₁ – α₂)* (h₃^o¹ – h₂¹) / (h₃⁰ – h₂¹) = 0,14

Расчет цикла ПТУ с регенеративным отбором пара с подогревателями поверхностного типа приведен в таблице 8.

Таблица 8. Расчет цикла ПТУ с регенеративным отбором пара с подогревателями поверхностного типа

Показатели

Расчетные формулы

Размерность

Цифровое значение

Теоретическая работа турбины

Подведенное тепло

Отведенное тепло

Термический КПД цикла с регенерацией

Удельный расход пара

Часовой расход пара (теоретический)

Экономия, полученная в результате введения регенеративного подогрева

КПД установки брутто (где взяты из условия задания)

Удельный расход пара на выработку электроэнергии

Часовой расход пара

Часовой расход топлива

Удельный расход топлива

кДж/кг

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кг/(кВт*ч)

1305,93

2737,34

1348,46

0,4771

2,7567

275665,4

8,99

0,347

3,3427

334273,6

35407,44

0,354

Изображение в H-S координатах цикла ПТУ с регенеративным отбором пара приведена в приложении №3.

4. Расчет теплофикационного цикла с противодавлением

На рисунке 5 показана схема теплофикационного цикла ПТУ с противодавлением.

Рисунок 5

Параметры во всех точках цикла определяем при помощи «Water Stem Pro» и сводим в таблицу 9.

Таблица 9. Параметры воды и водяного пара в характерных точках цикла

Параметры

Обозначение точек

О_т

О_т¹

2^I

Давление P, Па

Удельный объем v, м ³/кг

Температура t,⁰С

Удельная энтальпия h, кДж/кг

Удельная энтропия S, кДж/(кг*К)

Степень сухости x

120*10⁵

0,0294

540

3454,8

6,6315

1,7*10⁵

0,94795

114,58

2482,2

6,6315

1,7*10⁵

0,001

114,58

483,22

1,4752

1,4*10⁵

1,1255

108,75

2451,9

6,6315

1,4*10⁵

0,001

108,75

458,42

1,4109

Расчет теплофикационного цикла ПТУ с противодавлением приведен в таблице 10.

Таблица 10. Расчет теплофикационного цикла ПТУ с противодавлением

Показатели

Расчётные формулы

Размерность

Цифровое значение

Теоретическая работа турбины

Подведённое тепло

Отведённое тепло

Термический КПД

Коэффициент использования теплоты

КПД установки брутто

Удельный расход пара на выработку электроэнергии

Часовой расход пара

Часовой расход топлива на выработку электроэнергии и тепла

Удельный расход топлива

Тепло, отданное потребителю

Коэффициент использования теплоты действительный

кДж/кг

кг/(кВт*ч)

кг/ч

кг/(кВт*ч)

кДж/ч

1002,9

2998,8

1995,9

0,3344

0,2433

4,35284

435284

50510,06

0,50510

868773300

0,83028

Изображение в H-S координатах теплофикационного цикла ПТУ с противодавлением приведена в приложении №4.

5. Расчет цикла ПТУ с теплофикационным отбором пара

На рисунке 6 показана схема цикла ПТУ с теплофикационным отбором пара.

Рисунок 6.

Количество отбираемого пара на теплофикацию задано потреблением тепла на производственные нужды и отопление, поэтому в расчете условно принимаем его равным 40% от общего расхода пара, то есть доля отбираемого пара будет равна .