При отборе пара на подогрев конденсата, с одной стороны, уменьшается расход теплоты на получение пара, но с другой, одновременно уменьшается работа пара в турбине. Несмотря на противоположный характер этих влияний, отбор всегда повышает . Это объясняется тем, что при подогреве питательной воды за счет теплоты конденсации отобранного пара устраняется подвод теплоты от внешнего источника на участке 4 – 4', и таким образом средняя температура подвода теплоты от внешнего источника в регенеративном цикле увеличивается (подвод внешней теплоты q1 осуществляется только на участке 4' – 5 – 6 – 7).

Кроме этого, регенеративный подогрев питательной воды уменьшает необратимость в процессе передачи теплоты от газов к воде на участке 4' – 5, так как уменьшается разность температур между газами и предварительно подогретой водой.

Задачи, связанные с осуществлением регенеративного цикла, удобно решать, пользуясь диаграммой. Для этого рассмотрим схему и регенеративный цикл п. с.у. с одним отбором (рис. 9). Пересечение адиабаты расширения 1 – 2 (рис. 9,б) с изобарой отбора дает точку 0, характеризующую состояние пара в отборе.

Рис. 9. Схема п. с. у. с одним регенеративным отбором пара

(а) и изображение процессов i – s-диаграмма (б)

Из рис. 9,а видно, что от 1 кг пара, поступающего в турбину, кг пара расширяется только до давления отбора , производя полезную работу , а () кг расширяется в турбине до конечного давления . Полезная работа этого потока пара . Общая работа 1 кг пара в регенеративном цикле:

(8)

или

. (9)

Количество теплоты, затраченной на получение 1 кг пара:

(10)

Термический КПД регенеративного цикла:

. (11)

Процессы в регенеративных подогревателях рассматриваются как изобарные, и считается, что из подогревателя вода выходит в состоянии насыщения при давлении пара в соответствующем отборе (и т. п.).

Количество отобранного пара определяется из балансового уравнения теплоты для смешивающего подогревателя:

(12)

откуда:

, (13)

где – энтальпия жидкости при давлении отбора ; – энтальпия пара, отбираемого из турбины; – энтальпия конденсата, выходящего из конденсатора. Аналогично можно определить расход пара в местах любого отбора.

Применение регенеративного подогрева питательной воды увеличивает термический КПД цикла п. с. у. на 8...12%.

Целью выполнения самостоятельной работы является освоение методики расчета регенеративного цикла паротурбинной установки и определение основных термодинамических показателей исследуемого цикла, включая термический КПД, с оценкой эксергетических потерь в основных элементах паросиловой установки.

2. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

Рис. 10. Схема паротурбинной установки с регенерацией теплоты

В паровой котел ПК поступает питательная вода из подогревателя 3, подаваемая под давлением питательней насосом (ПН). В топке котла при сгорании пылевидного топлива образуются продукты горения высокой температуры, передается тепло воде, протекающей по трубам, в которых образуется пар. Собираемый пар в барабане котла протекает через пароперегреватель и перегревается до температуры выше насыщения. Из котла пар по трубопроводу поступает в паровую турбину (Т) с параметрами . В турбине пар расширяется адиабатно от давления до и поступает в конденсатор (К). Параметры пара за турбиной .

Поступивший в конденсатор пар конденсируется, превращается в воду, т. к. он отдает свое тепло парообразования циркуляционной холодной воде, протекающей внутри трубок конденсатора. Переданное тепло парообразования пара нагревает циркуляционную воду от до . Циркуляционная нагретая вода подается циркуляционным насосом (ц. н.) на градирню , в которой циркуляционная вода охлаждается окружающим воздухом до первоначальной температуры . Таким образом, отданное паром циркуляционной воде тепло в конденсаторе с помощью градирни затем рассеивается в окружающую среду. Из конденсатора (К) конденсат в количестве с температурой и энтальпией подается конденсатным насосом (к. н.) в подогреваЗдесь вода подогревается паром, отбираемым из третьего отбора турбины. Подогреватель 1 поверхностный. По трубам подогревателя протекает питательная вода, а между трубками протекает пар, поступающий из отбора турбины. Этот пар в количестве с энтальпией и давлением , отдавая тепло питательной воде, конденсируется и поступает в конденсатор турбины с энтальпией воды . Процессы в каждом элементе установки показаны на рис. 2 в диаграмме.

После подогревателя 1 питательная вода с энтальпией поступает в подогреватель 2 смешивающего типа (деаэратор) (рис. 1). Вместе с этим в подогреватель 2 поступает конденсат из подогревателя 3 с энтальпией и пар из второго отбора турбины в количестве с давлением и энтальпией

В смешивающем подогревателе поступающий пар второго отбора непосредственно соприкасается с водой, отдает тепло парообразования воде, подогревая ее до своей температуры конденсации. Таким образом, в подогревадеаэраторе) смешиваются три потока: пар II-го отбора, питательная вода из 1-го подогревателя и конденсат пара 3-го подогревателя. Пар, поступающий во 2-й подогреватель, конденсируется, и вся смесь воды приобретает температуру конденсата пара. Питательный насос (п. н.) подает воду в подогреватель 3 высокого давления. Энтальпия воды – .

В подогревателе 3 питательная вода подогревается паром 1-го отбора до энтальпии . Количество отбираемого пара из 1-го отбора турбины при давлении и энтальпии . Здесь так же, как и в подогревателе I, питательная вода протекает по трубкам, а между трубками протекает пар, отдавая теплоту парообразования воде и конденсируясь. Конденсат поступает в подогреватель 2 с энтальпией .

После подогревателя 3 питательная вода подается с энтальпией в паровой котел.

Цикл паросиловой установки с тремя регенеративными отборами пара показан на рис. 11 в

Рис.11. Цикл паросиловой установки
с тремя регенеративными отборами пара

Действительный процесс расширения пара в турбине показан на схеме линией 1-2 д. Точки I, II, III характеризуют состояния пара в отборах турбины. Процесс конденсации пара представлен изотермой 2g–3, которой соответствует давление пара .

Процесс сжатия питательной воды в насосах (конденсатном и питательном) от давления до давления показан политропной 3–5. Нагрев питательной воды в подогревателях соответствует линии 5–6, а процесс подогрева воды в котле до кипения соответствует линии 6–7 (рис. 11).

Изобара 7–8 (она же изотерма) иллюстрирует процесс парообразования воды в котле, и изобара 8–1 показывает процесс перегрева пера от температуры насыщения при давлении до температуры перегретого пара .

Изобары иллюстрируют процессы конденсации пара в подогревателях от точек 1, II, III до нижней пограничной линии точек а, б, в (см. рис. 11).

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Исходные данные для расчета паросиловой установки по схеме, представленной на рис. 1, приведены в таблице 1:

– теплотворная способность топлива, кдж/кг;

– КПД котельной установки;

– КПД паропровода;

– относительный внутренний КПД турбины;

– механический КПД турбины;

– КПД электрического генератора.

В работе требуется:

1) определить параметры пара во всех характерных точках паросилового цикла;

2) вычислить расходы пара в отборы турбины;

3) сделать выкопировку из диаграммы процесса расширения пара в турбине;

4) используя эксергетический метод в рассматриваемом цикле, определить потери работоспособности в каждом элементе установки.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРА ПО ОТБОРАМ ТУРБИНЫ

Используя заданные начальные параметры пара перед турбиной и заданные давления пара по отборам при заданном относительно внутреннем КПД, по отсекам турбины построить в диаграмме действительный процесс расширения пара в турбине и определить остальные параметры по отборам и в конце турбины.

Начальные параметры пара и находим по диаграмме водяного пара в точке 1 (рис. 12).

Рис.12. диаграмма водяного пара

Относительно внутренний КПД первого отсека турбины между давлениями и задан и равен отношению:

. (14)

Здесь в числителе – действительная работа пара в первой группе ступеней , превращаемая в механическую работу вращения ротора турбины, а в знаменателе – теоретическая, располагаемая работа пара , которую находим по диаграмме, между изобарами Рl и РI. Так как величина относительно внутреннего КПД рассматриваемой группы ступеней турбины задана, то с помощью (14) легко находится энтальпия за ступенями турбины до первого отбора.

Из выражения (14) следует, что

(15)

Аналогично находим состояния пара в остальных отборах.

Точка 4 характеризует, как уже было сказано выше, состояние пара в 1-м отборе. Эти параметры пара первого отбора являются начальными параметрами пара перед второй группой ступеней: .

Теоретическая работа для второй группы ступеней равна и определяется между двумя изобарами и . Состояние пара за второй группой ступеней находим с помощью выражения (15):

. (16)

На пересечении линии с изобарой находится точка 6, характеризующая состояние пара во втором отборе. Параметры пара перед третьей группой ступеней: .

Теоретическую работу в третьей группе ступеней легко находим между двумя изобарами и по изоэнтропе . Она равна .

По заданной величине относительного КПД группы ступеней турбины по выражению (16) находим:

. (17)

На пересечении изобары и энтальпии находим точку 6 (рис. 12).

Таким образом, состояние пара в третьей отборе перед четвертой группой ступеней следующие: .

По изоэнтропе находим теоретическую работу в четвертой группе ступеней, . Так как и для этой группы ступеней задана величина , то по (15) находим энтальпию пара за турбиной:

. (18)

Таким образом, с помощью заданных начальных параметров пара Р1 и перед турбиной и противодавления за турбиной Р2, а также заданных давлений пара по отборам турбины и известит величинам КПД каждой группы ступеней турбины строится действительный процесс расширения пара в диаграмме водяного пара для турбины.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ В
ПОДОГРЕВАТЕЛЯХ

В подогревателях 1,2,3 (рис. 13) подогревается питательная вода. В подогревателях 1 и 3 она подогревается на 6–8°С ниже температуры конденсирующегося пара. Во втором, смешивающем подогревателе питательная вода нагревается до температуры конденсирующегося пара.

Рис. 13. Регенеративная схема паросиловой установки

Для того чтобы определить указанные температуры, необходимо воспользоваться выражением:

(19)

Здесь – температура насыщенного пара, ее находим по давлениям в таблицах насыщенного водяного пара.

Для второго, смешивающего подогревателя температура воды равна температуре конденсирующегося пара:

. (20)

Энтальпия воды определяется из выражения:

, (21)

= 4,19 – теплоемкость воды для средних параметров пара, в кДж/(кг. гр.).

Энтропия воды определяется из выражения:

, (22)

где +273, К.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ПАРА В ПОДОГРЕВАТЕЛЕ

Используя уравнения теплового баланса, определим величины расходов пара в каждый подогреватель. Для рассмотрения данного вопроса предположим, что в схеме паросиловой установки (рис. 13) циркулирует 1 кг воды. В паровом котле рабочее тело-вода превращается в перегретый пар, в конденсаторе пар превращается в конденсат, а протекающий конденсат по подогревателям является питательной водой для котла.

На схеме (рис. 13) нанесены энтальпии конденсата и питательной воды и на всех подводящих линиях схемы, и количества пара по отборам .

Рассмотрим тепловой баланс 3-го подогревателя, в который поступает пар из 1-го отбора.

Уравнение теплового баланса между двумя средами греющего пара и нагреваемой воды представится в виде:

, (23)

откуда находим

. (24)

Уравнение теплового баланса 2-го подогревателя:

, (25)

откуда находим

. (26)

Уравнение теплового баланса 1-го подогревателя:

. (27)

Откуда

. (28)

7. РАСХОД ПАРА И РАСХОД ТОПЛИВА В ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКЕ

Действительная работа одного килограмма пара в регенеративной паросиловой установке (в кДж/кг) равна:

(29)

Внутренний КПД термодинамического регенеративного цикла паросиловой установки

(30)

Теоретическая работа 1 кг пара в рассматриваемом регенеративном цикле:

. (31)

Удельный расход пара в установке в кг/кВт. ч

. (32)

Часовой расход пара в кг/ч

. (33)

Расход топлива в кг/ч

. (34)

Удельный расход топлива в кг/кВт. ч

. (35)

Эффективный КПД паросиловой установки

. (36)

Выражение (36) показывает, какая часть тепловой энергии топлива в электрическом генераторе передана потребителям. Такой метод называет методом КПД.

Как следует из рис. 10, для преобразования тепловой энергии топлива в электрическую энергию используются: паровой котел, паровая турбина, конденсатор, градирня, теплообменники, насосы. Однако метод КПД, представленный уравнениями, вытекающими из первого закона термодинамики, не вскрывает необратимость процессов происходящих в теплообменных аппаратах. Между тем в паросиловой установке только в паровой турбине происходит превращение тепловой энергии в механическую работу при расширении пара по адиабатическому процессу. Остальные аппараты являются теплообменными аппаратами. Здесь происходят передачи тепловой энергии от одной к другой среде. Здесь и кроются большие потери тепловой энергии вследствие необратимости этого процесса.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4