Расчет паротурбинной установки, работающей по циклу Ренкина

Размещено на http://www.allbest.ru

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  для четырех случаев:

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

2) ПТУ работает на перегретом паре с начальными параметрами , ;

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

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

паротурбинная установка цикл тепло

Таблица 1 - Исходные данные.

ПТУ работает на сухом насыщенном паре.

Структурная схема ПТУ:

где

ПГ - парогенератор;

ПТ - паровая турбина;

ЭГ - электрогенератор;

К - конденсатор;

ПН - питательный насос.

Процесс парообразование в , и диаграммах, выглядит следующим образом:

а) в - диаграмме, б) в - диаграмме, в) в - диаграмме;

1-2 - адиабатное расширение пара в турбине;

2-3 - изобарно-изотермическая конденсация влажного пара в конденсаторе (; );

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

3(3')-4 - изобарный процесс - подогрева воды в экономайзере парогенератора ();

4-1 - изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе (; ).

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

Параметры определяются по - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

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

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

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

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

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

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 , и диаграммах, выглядит следующим образом:

Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре.

Таблица 3 - Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре.

Параметры определяются по - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

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

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

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

Работа, совершаемая паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

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 давлении) и поступает в цилиндр низкого давления, где, продолжая расширяться, снова совершает работу.

Процесс парообразование в , и диаграммах, выглядит следующим образом:

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

Параметры определяются по - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

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

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

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

Работа, совершаемая паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

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 , и диаграммах, выглядит следующим образом:

Таблица 5 - Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре при этом используется регенерация с одним отбором пара.

Параметры определяются по - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

Доля отобранного пара:

где  - энтальпия пара, отбираемого из турбины;

 - энтальпия конденсата при давлении отбора.

Полезная работа в регенеративном цикле:

Количество теплоты подведенной в данном цикле:

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

Работа, совершаемая паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

Сравнение циклов паротурбинной установки.

Таблица 6 - Результаты расчетов.

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.

Размещено на Allbest.ru