Расчет цикла паротурбинной установки

                                        

                                РАСЧЕТ  ЦИКЛА

ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

 

   Для паротурбинной установки (ПТУ), работающей по обратимому ( теоретическому ) циклу Ренкина, расчетом определить :

         - параметры воды и пара в характерных точках цикла;

         - количество 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 тепла на выработку электроэнергии.

 

1. ПТУ работает  на сухом насыщенном паре с  начальным давлением  = 10.0  МПа;

 

Рисунок 1.   Принципиальная схема ПТУ.

      Схема паровой установки:

                            ПГ - парогенератор

                            ПТ - паровая турбина

                            ЭГ - электрогенератор

                            К - конденсатор

                           ПН - питающий насос

      

 

 

 

 

Фазовые Pυ- , TS- , hS- диаграммы дают возможность проследить, как изменяется состояние рабочего тела ( ) и его параметры в цикле Ренкина:

  

Рисунок 2.   Pυ- , TS- , hS- диаграммы.

 

Таблица 1.   Параметры в характерных точках цикла.

№ т.	Р, МПа	t ,	h, кДж/кг	υ, м /кг	S, кДж/кг∙гр	х
1	10.0	310.96	2725	0.01803	5.615	1
2	0.0045	31.033	1610.47	18.99	5.2785	0.61
3	0.0045	31.033	130.00	0.0010047	0.4507	0
4	10.0	3.42	140.04	0.0010047	0.4507	-
5	10.0	310.96	1407.7	0.0014521	3.360	0

Теплоту   , подведенную при P1 =Const  в процессах 4-5-1 можно определить по изменению энтальпии:

                   ,

          =2725-140.04=2584.96 (кДж/кг)

Отвод теплоты в конденсаторе осуществляется по изобаре Р2=Const ,следовательно:

                        ,

          

=1610.47-130.00=1480.47          (кДж/кг)

Работа, совершенная паром  в турбине, в адиабатном процессе расширения определяется величиной  располагаемого теплового перепада:

                   , 

            =2725-1610.47=1114.53 (кДж/кг)

Работа, затраченная  на сжатие в насосе:

                        ,

 

Зная работу, затраченную на сжатие в насосе, можно найти энтальпию в 4- ой точке:

                                         

130,00+10.04=140.04 (кДж/кг)

 

Определим температуру в 4 - ой точке:

                         

                t ₄=140.04/4.19=33,42  (°С)

Полная работа в цикле:

                       ,

              =1114.53-10.04=1104.49  (кДж/кг)

Термический КПД цикла Ренкина:

                             

           h_t =1104.49 / 2584.96=0.43   

                 h_t=0.43 ∙ 100=43 %

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВт ч электроэнергии:

                             

           d₀=3600 / 1114.53=3.23 (кг/кВт ч)

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВт ч электроэнергии:

                                 ,

               q₀=3.23 ∙ 2584.96=8349.42 (кДж/кВт ч)

 

 

 

2 . ПТУ работает на перегретом паре с начальными параметрами  Р1=10.0 МПа и t1=550 .

 

 

 

 

 

Рисунок 3.   Принципиальная схема ПТУ.

Схема паровой установки:

                            ПГ - парогенератор

                            ПТ - паровая турбина

                           ЭГ - электрогенератор

                           К  - конденсатор

                          ПН - питающий насос

 

Фазовые Pυ- , TS- , hS- диаграммы дают проследить , как изменяется состояние рабочего тела ( ) и его параметры в цикле Ренкина:

Рисунок 4.   Pυ- , TS- , hS- диаграммы

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.   Параметры в характерных точках цикла.

№ т.	Р , МПа	t ,	h, кДж/кг	υ, м /кг	S, кДж/кг∙гр.	Х
1	10.0	550	3496.5	0.03559	6.7485	-
2	0.0045	31.033	1950.25	23.35	6.4715	0.75
3	0.0045	31.033	130.00	0.0010047	0.4507	0
4	10.0	33.42	140.04	0.0010047	0.4507	-
5	10.0	310.96	1407.7	0.0014521	3.360	0
6	10.0	310.96	2725	0,01803	5,615	1

Теплоту   , подведенную при P1 =Const  в процессах 4-5-6-1 можно определить по изменению энтальпии:

                      ,

       =3496.5-140.04=3356.46 ( кДж/кг)

Отвод теплоты  в конденсаторе осуществляется по изобаре  Р2=Const, следовательно:

                          ,

         =1950.25-130.00=1820.25 ( кДж/кг)

Работа, совершенная  паром в турбине, в адиабатном процессе расширения определяется величиной  располагаемого теплового перепада:

                        

        = =3496.5-1950.25=1546.25 ( кДж/кг)

Работа, затраченная  на сжатие в насосе:

                      

 

Полная работа в цикле: 

            1546.25-10.04=1536.21 ( кДж/кг)

Термический КПД цикла Ренкина:

                                

          h_t=1536.21/3356.46=0,447  

                     h_t= 0,447 ∙ 100=44,7 %

Теоретический удельный расход пара, необходимый для выработки 1 кВт ч электроэнергии:

                           

             d₀=3600/1546.25=2.33 (кг/кВт ч)

Теоретический удельный расход тепла, необходимый  для выработки 1 кВт ч электроэнергии:

                              

            q₀=2.33 ∙ 3356.46=7820.55 ( кДж/кВт ч)

 

 

3. ПТУ работает  на перегретом паре с начальными  параметрами  Р1=10.0 МПа и t1=550 С, но при этом используется вторичный перегрев пара до температуры  tn=540°С при давлении  Pn=1.7 МПа

 

 

Рисунок 5.   Принципиальная схема ПТУ.

Схема паровой  установки:

                            ПГ - парогенератор

                            ПТ - паровая турбина

                            ЭГ - электрогенератор

                           К - конденсатор

                           ПН - питающий насос

                           ВПП -вторичный перегрев пара

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.    Pυ- , TS- , hS- диаграммы

 

Таблица 3.   Параметры в характерных точках цикла.

№ т.	Р , МПа	t ,	h, кДж/кг	υ, м /кг	S, кДж/кг∙гр	х
1	10.0	550	3496,5	0.03559	6.7485	-
А	1.7	270	2963	0.14855	6.7485	-
B	1.7	540	3580.5	0.2086	7.615	-
2	0,0045	31,033	2289.76	27,71	7.615	0.89
3	0,0045	31,033	130,00	0,0010047	0,4507	0
4	10.0	33.42	140.04	0,0010047	0,4507	-
5	10.0	310.96	1407.7	0,0014521	3.360	0
6	10.0	310.96	2725	0.01803	5.615	1

 

Теплоту   , подведенную при P1 =Const  в процессах 4-5-6-1 и в процессе a-b можно определить по изменению энтальпии:

                        ,

       =(3496.5-140.04)+(3580.5-2963)=3973.96 ( кДж/кг)

Отвод теплоты  в конденсаторе осуществляется по изобаре Р2=Const ,следовательно:

                          ,

       =2289.76-130=2159.76 ( кДж/кг)

Работа, совершенная паром в турбине, в адиабатном процессе расширения определяется величиной располагаемого теплового перепада:

                        

   = =(3496.5-2289.76)+(3580.5-2963=2159.76) (кДж/кг)

Работа, затраченная  на сжатие в насосе

                      

  

Полная работа в цикле: 

              1824.24-10.04=1814.2 ( кДж/кг)

Термический КПД цикла Ренкина:

                                      

                h_t=1814.2/3973.96=0,457

                       h_t=0.457 ∙ 100=45.7  %

Теоретический удельный расход пара, необходимый  для выработки 1 кВт ч электроэнергии:

                             

                d₀=3600 / 1824.24=1.97 (кг/кВт ч)

Теоретический удельный расход тепла, необходимый для выработки 1 кВт ч электроэнергии:

                              

        q₀=1.97 ∙ 3973.96=7828.72 (кДж/кВт ч)

Результаты  расчетов сведены в таблицу:

 

Таблица 4.   Итоговые результаты расчётов.

№	q1 кДж/кг	q2 кДж/кг	lТ=HP      кДж/кг	lH кДж/кг	lЦ кДж/кг		do кг/кВт∙ч	q0 кДж/кВт∙ч
1	2584.96	1480.47	1114.53	10.04	1104.49	0.43	3.230	8349.42
2	3356.46	1820.25	1546.25	10.04	1536.21	0,447	2.33	7820.55
3	3973.96	2159.76	1824.24	10.04	1814.2	0,457	1.97	7828.7