191051_с-АЭС-31_2021_9. Расчет двухконтурной аэс мощностью 2500 мвт на насыщенном паре давлением 6,5 мпа

Название	Расчет двухконтурной аэс мощностью 2500 мвт на насыщенном паре давлением 6,5 мпа
Дата	26.03.2023
Размер	285.26 Kb.
Формат файла
Имя файла	191051_с-АЭС-31_2021_9.docx
Тип	Курсовая #1016377

Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Тепловая и атомная энергетика» имени А.И. Андрющенко

Курсовая работа по дисциплине

«Основы термодинамических циклов АЭС и
теплоэнергетических установок»

на тему: «Расчет двухконтурной АЭС мощностью 2500 МВт на
насыщенном паре давлением 6,5 МПа»

Выполнил: студент ИнЭН

гр. с-АЭС-31 Ефимов М.А.

Проверил: доцент каф. ТАЭ

Осипов В.Н.

Саратов 2022

Содержание

1.	Введение…………………………………………………………………………...	3
2.	Задание…………………………………………………………………………….	4-5
3.	Тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР………………………………………..	5
4.	Расчет термодинамических параметров в характерных точках……………….	5-12
5.	Таблица термодинамических параметров………………………………………	12
6.	Расчет основных характеристик и показателей АЭС…………………………..	14-15
7.	Построение термодинамического цикла АЭС в Ts-диаграмме………………..	16
8.	Построение процесса расширения в паровой турбине цикла АЭС в hs-диаграмме…………………………………………………………………………..	17
9.	Заключение………………………………………………………………………...	18
10.	Список использованной литературы……………………………………………..	19

Введение

Целью курсовой работы является исследование и расчет термодинамических циклов АЭС.

Одна из форм более полного и глубокого изучения курса «Основы термодинамических циклов АЭС и теплоэнергетических установок» – выполнение работы по расчету и исследованию циклов АЭС с помощью принципиальных схем, термодинамических циклов и профессиональных программ. Приводятся расчетные зависимости параметров, основных характеристик и показателей эффективности.

Получая результаты расчетов и анализируя их, возможно приобретение навыков ведения научно-исследовательской работы. Изучается теоретический материал и методика выполнения расчетов по методическому указанию, соответствующему разделу в лекциях и рекомендованной литературе.

Задание

Двухконтурная АЭС на насыщенном водяном паре водяном паре (рис. 1) с реактором ВВЭР тепловой мощности

имеет параметры ПТУ: p₀, x₀ = 1, p_пп, p_к. Температура питательной воды t_пв. Степень сухости пара на выходе из сепаратора x_с = 0,99, недогрев пара на выходе из пароперегревателя до температуры греющего пара Δt_пп = 20 ^оС, недогрев воды на выходе из регенеративных подогревателей до температуры насыщения греющего пара δt = 5 ^оС. Нагрев воды в каждом из подогревателей принять одинаковым. Все дренажи принять при температуре насыщения греющего пара. Давление конденсата на выходе из конденсатного насоса p_кн = 1,5 МПа.

Внутренние относительные КПД турбин η_oi^чвд = 0,86, η_oi^чнд = 0,88. Внутренние относительные КПД насосов η_oi^пн = 0,78, η_oi^кн = 0,80.

Коэффициент потерь теплоты в парогенераторе принять η_пг = 0,95, КПД реактора η_р = 0,95, электромеханический КПД электрогенератора принять η_мг = 0,98.

Исходные данные для расчета сведены в таблицу 1.

№ варианта	Q_р	p₀	p_пп	p_к	t_пв
	Тепловая мощность реактора	Давление пара на выходе из парогенератора	Давление пара в промперегревателе	Давление пара на входе в конденсатор	Температура питательной воды
	МВт	МПа	МПа	кПа	^оС
5	2500	6,5	0,55	4	190

Таб. 1. Исходные данные

Задание:

Для всех характерных точек цикла АЭС с помощью таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара, а также h – s – диаграммы определить: давление p, температуру t, удельный объем v, энтальпию h, энтропию s, степень сухости x, относительный расход рабочего тела α.
Рассчитать действительные работу цикла и теплоту, подведенную в цикле и абсолютный внутренний КПД цикла АЭС.
Рассчитать удельные расход пара и теплоты на выработку 1 кВт*ч электроэнергии.
Рассчитать расход пара в голову турбины и электрическую мощность установки.
В T – s диаграмме, используя значения параметров в характерных точках, в масштабе построить термодинамический цикл АЭС.
В h – s диаграмме, используя значения параметров в характерных точках, в масштабе построить процесс расширения пара в паровой турбине.

Тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР

Рис. 1. Принципиальная схема двухконтурной АЭС на насыщенном водяном паре

Р – атомный реактор; ПГ – парогенератор; ЦН – циркуляционный насос; ЧВД – часть высокого давления паровой турбины; С – сепаратор; ПП – пароперегреватель; ЧНД – часть низкого давления паровой турбины; ЭГ – электрогенератор; К – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПНД – подогреватель низкого давления; Д – деаэратор; ПН – питательный насос; ПВД – подогреватель высокого давления

Расчет термодинамических параметров в характерных точках схемы

Расчет схемы АЭС необходимо начинать с определения параметров в характерных точках термодинамического цикла (рис. 2). Параметры теоретических процессов обозначаются индексом «t». Точки соответствуют схеме, показанной на рис. 1.

Параметры характерных точек определяются с помощью данных термодинамических свойств воды и водяного пара (таблиц, h – s – диаграммы или специальных программ).

Точка 0 – параметры пара на выходе из ПГ определяются по заданным p₀ и x₀ = 1 как сухой насыщенный пар. Получаем: p₀= 6,5 МПа; t₀ = 280,86 ^оС; h₀ = 2778,9 кДж/кг; s₀ = 5,8515 кДж/кг*К; x₀ = 1; v₀ = 0,02973 м³/кг.

Точка 1 – параметры пара перед ЧВД соответствуют параметрам пара на выходе из ПГ, т.е. p₁ = p₀ и x₁ = x₀ = 1. Получаем: p₁= 6,5 МПа; t₁ = 280,86 ^оС; h₁ = 2778,9 кДж/кг; s₁ = 5,8515 кДж/кг*К; x₁ = 1; v₁ = 0,02973 м³/кг.

Точка 2t – параметры пара после теоретического адиабатного расширения в ЧВД (процесс 1 – 2t) определяются по p₂_t = p_пп и s₂_t = s₁. Получаем: p₂_t= 0,55 МПа; t_2t = 155,47 ^оС; h_2t = 2350,8 кДж/кг; s_2t = 5,8515 кДж/кг*К; x_2t = 0,80844; v_2t = 0,27718 м³/кг.

Точка 2 – параметры пара после действительного адиабатного расширения в ЧВД (процесс 1 – 2) определяются по p₂ = p_пп и

Получаем: p₂= 0,55 МПа; t₂ = 155,47 ^оС; h₂ = 2410,734 кДж/кг; s₂ = 5,9916 кДж/кг*К; x₂ = 0,83706; v₂ = 0,28695 м³/кг.

Точка 3 – параметры пара после изобарного процесса сепарации пара в С (процесс 2 – 3) определяются по p₃ = p_ппи x₃ = x_с = 0,99. Получаем: p₃= 6,5 МПа; t₃ = 155,47 ^оС; h₃ = 2731,4 кДж/кг; s₃ = 6,7396 кДж/кг*К; x₃ = 0,99; v₃ = 0,33918 м³/кг.

Точка 4 – параметры пара после изобарного процесса перегрева пара в ПП (процесс 3 – 4) определяются по p₄ = p_пп и t₄ = t₁ - Δt_пп.

Получаем: p₄= 0,55 МПа; t₄ = 260,86 ^оС; h₄ = 3023,7 кДж/кг; s₄ = 7,3454 кДж/кг*К; x₄ = -; v₄ = 0,45776 м³/кг.

Точка 5t – параметры пара после теоретического адиабатного расширения в ЧНД (процесс 4 – 5t) определяются по p₅_t = p_к и s₅_t = s₄. Получаем: p₅_t= 0,004 МПа; t_5t = 28,962 ^оС; h_5t = 2213 кДж/кг; s_5t = 7,3454 кДж/кг*К; x_5t = 0,85989; v_5t = 29,918 м³/кг.

Точка 5 – параметры пара после действительного адиабатного расширения в ЧНД (процесс 4 – 5) определяются по p₅ = p_к и

Получаем: p₅= 0,004 МПа; t₅ = 28,962 ^оС; h₅ = 2310,284 кДж/кг; s₅ = 7,6678 кДж/кг*К; x₅ = 0,89992; v₅ = 31,311 м³/кг.

Точка 6 – параметры воды после изобарного процесса конденсации пара в К (процесс 5 – 6) определяются по p₆ = p_к и x₆ = 0 как вода в состоянии насыщения. Получаем: p₆= 0,004 МПа; t₆ = 28,962 ^оС; h₆ = 121,41 кДж/кг; s₆ = 0,42276 кДж/кг*К; x₆ = 0; v₆ = 0,00101 м³/кг.

Точка 7t – параметры воды после теоретического адиабатного сжатия в КН (процесс 6 -7t) определяются по p₇_t = p_кн и s₇_t = s₆. Получаем: p_7t= 1,5 МПа; t_7t = 29,034 ^оС; h_7t = 123 кДж/кг; s_7t = 0,42276 кДж/кг*К; x_7t = -; v_7t = 0,00101 м³/кг.

Точка 7 – параметры воды после действительного адиабатного сжатия в КН (процесс 6 – 7) определяются по p₇ = p_кн и

Получаем: p₇= 1,5 МПа; t₇ = 29,131 ^оС; h₇ = 123,3975 кДж/кг; s₇ = 0,42435 кДж/кг*К; x₇ = -; v₇ = 0,00101 м³/кг.

Точка 8 – параметры воды после изобарного процесса нагрева воды в ПНД (процесс 7 – 8) определяются по p₈ = p₇ и t₈ = t₇ + Δt_п, где Δt_п с учетом принятого равномерного нагрева воды в трех подогревателях (ПНД, Д, ПВД) определяется по формуле

Получаем: p₈= 1,5 МПа; t₈ = 82,754 ^оС; h₈ = 347,66 кДж/кг; s₈ = 1,1071 кДж/кг*К; x₈ = -; v₈ = 0,00104 м³/кг.

Точка 9 – параметры воды после изобарного процесса нагрева воды в Д (процесс 8 – 9) определяются по p₉ = p₈ и t₉ = t₈ + Δt_п.

Получаем: p₉= 1,5 МПа; t₉ = 136,377 ^оС; h₉ = 574,44 кДж/кг; s₉ = 1,7005 кДж/кг*К; x₉ = -; v₉ = 0,00108 м³/кг.

Точка 10t – параметры воды после теоретического адиабатного сжатия в ПН (процесс 9 – 10t) определяются по p₁₀_t = p₀ и s₁₀_t = s₉. Получаем: p_10t= 6,5 МПа; t_10t = 136,89 ^оС; h_10t = 579,86 кДж/кг; s_10t = 1,7005 кДж/кг*К; x_10t = -; v_10t = 0,00108 м³/кг.

Точка 10 – параметры воды после действительного адиабатного сжатия в ПН (процесс 9 – 10) определяются по p₁₀ = p₀ и

Получаем: p₁₀= 1,5 МПа; t₁₀ = 137,25 ^оС; h₁₀ = 581,39 кДж/кг; s₁₀ = 1,7045 кДж/кг*К; x₁₀ = -; v₁₀ = 0,00108 м³/кг.

Точка пв – параметры воды после изобарного процесса нагрева воды в ПВД (процесс 10-пв) определяются по p_пв = p₀ и t_пв. Получаем: p_пв= 6,5 МПа; t_пв = 190 ^оС; h_пв = 810 кДж/кг; s_пв = 2,2282 кДж/кг*К; x_пв = -; v_пв = 0,00114 м³/кг.

Точка 11 – параметры греющего пара перед ПП соответствуют параметрам пара на выходе из ПГ, т.е. p₁₁ = p₀ и x₁₁ = x₀ = 1. Получаем: p₁₁= 6,5 МПа; t₁₁ = 280,86 ^оС; h₁₁ = 2778,9 кДж/кг; s₁₁ = 5,8515 кДж/кг*К; x₁₁ = 1; v₁₁ = 0,02973 м³/кг.

Точка др.с – параметры дренажа из С определяются по p_дп.с = p₂ и x_др.с = 0 как вода в состоянии насыщения. Получаем: p_др.с= 0,55 МПа; t_др.с = 155,47 ^оС; h_др.с = 655,88 кДж/кг; s_др.с = 1,8975 кДж/кг*К; x_др.с = 0; v_др.с = 0,0011 м³/кг.

Точка др.пп – параметры дренажа из ПП определяются по p_др.пп = p₁₁ и x_др.пп = 0 как вода в состоянии насыщения. Получаем: p_др.пп= 6,5 МПа; t_др.пп = 280,86 ^оС; h_др.пп = 1241,2 кДж/кг; s_др.пп = 3,076 кДж/кг*К; x_др.пп = 0; v_др.пп = 0,00134 м³/кг.

В принятой системе регенеративного подогрева питательной воды греющий пар, забираемый из отборов паровой турбины, в каждом подогревателе (ПВД и ПНД) полностью конденсируется и превращается в кипящую жидкость, называемую дренажем. В соответствии с этим параметры греющего (отбираемого) пара и дренажа обозначаются индексами «от» и «др».

Расчет первого отбора и дренажа (в ПВД).

Температура насыщения греющего пара в 1-м отборе определяется по формуле

где

недогрев воды на выходе из регенеративных подогревателей до температуры насыщения греющего пара.

Давление в 1-м отборе определяется по найденной температуре насыщения

Точка от1t – параметры греющего пара в 1-м теоретическом отборе из ЧВД (процесс 1 – от1t) определяются по p_от1_t = p_от1 и s_от1_t = s₁. Получаем: p_от1t= 1,3989 МПа; t_от1t = 195,02 ^оС; h_от1t = 2500,4 кДж/кг; s_от1t = 5,8515 кДж/кг*К; x_от1t = 0,85271; v_от1t = 0,1203 м³/кг.

Точка от1 – параметры греющего пара в 1-м действительном отборе из ЧВД (процесс 1 – от1) определяются по p_от1 и

Получаем: p_от₁= 1,3989 МПа; t_от₁ = 195,02 ^оС; h_от₁ = 2539,39 кДж/кг; s_от₁ = 5,935 кДж/кг*К; x_от₁ = 0,87265; v_от₁ = 0,12308 м³/кг.

Точка др1 – параметры дренажа из ПВД определяются по p_др1 = p_от1 и x_др1 = 0 как вода в состоянии насыщения. Получаем: p_др1= 1,3989 МПа; t_др1 = 195,02 ^оС; h_др1 = 829,97 кДж/кг; s_др1 = 2,2837 кДж/кг*К; x_др1 = 0; v_др1 = 0,00115 м³/кг.

Расчет второго отбора (в Д).

Температура насыщения греющего пара в 2-м отборе определяется по формуле

Давление в 2-м отборе определяется по найденной температуре насыщения

Точка от2t – параметры греющего пара в 2-м теоретическом отборе из ЧНД (процесс 4 – от2t) определяются по p_от2_t = p_от2 и s_от2_t = s₄. Получаем: p_от2_t= 0,37581 МПа; t_от2t = 233,68 ^оС; h_от2t = 2931,9 кДж/кг; s_от2t = 7,3454 кДж/кг*К; x_от2t = -; v_от2t = 0,61317 м³/кг.

Точка от2 – параметры греющего пара в 2-м действительном отборе из ЧНД (процесс 4 – от2) определяются по p_от2 и

Получаем: p_от₂= 0,37581 МПа; t_от₂ = 239,05 ^оС; h_от₂ = 2942,916 кДж/кг; s_от₂ = 7,3671 кДж/кг*К; x_от₂ = -; v_от₂ = 0,62006 м³/кг.

Расчет третьего отбора и дренажа (в ПНД).

Температура насыщения греющего пара в 3-м отборе определяется по формуле

Давление в 3-м отборе определяется по найденной температуре насыщения

Точка от3t – параметры греющего пара в 3-м теоретическом отборе из ЧНД (процесс 4 – от3t) определяются по p_от3_t = p_от3 и s_от3_t = s₄. Получаем: p_от3_t= 0,06441 МПа; t_от3t = 87,757 ^оС; h_от3t = 2597,6 кДж/кг; s_от3t = 7,3454 кДж/кг*К; x_от3t = 0,9745; v_от3t = 2,4913 м³/кг.

Точка от3 – параметры греющего пара в 3-м действительном отборе из ЧНД (процесс 4 – от3) определяются по p_от3 и

Получаем: p_от3= 0,06441 МПа; t_от3 = 87,757 ^оС; h_от3 = 2648,732 кДж/кг; s_от3 = 7,4874 кДж/кг*К; x_от3 = 0,99689; v_от3 = 2,5485 м³/кг.

Точка др3 – параметры дренажа из ПНД определяются по p_др3 = p_от3 и x_др3 = 0 как вода в состоянии насыщения. Получаем: p_др3= 1,3989 МПа; t_др3 = 87,757 ^оС; h_др3 = 367,54 кДж/кг; s_др3 = 1,1666 кДж/кг*К; x_др3 = 0; v_др3 = 0,00104 м³/кг.

Расчет расходов рабочего тела в точках и составление тепловых балансов

Расчет расходов рабочего тела выполняется в относительных единицах α, т.е. по отношению к расходу пара на входе в ЧВД турбины.

Таким образом, в точке 1 принимается α₁ = 1.

Для расчета расходов рабочего тела в остальных точках требуется составление материальных и тепловых балансов элементов схемы. При этом, если в расчетах использовать теоретические значения параметров в точках, то будут получены теоретические расходы рабочего тела. Если использовать действительные параметры, то будут получены действительные расходы рабочего тела. В настоящей работе приняты для дальнейших расчетов только действительные параметры в точках.

Материальные балансы по основным точках схемы (рис. 1):

Точка 2 – α₂ = α₁ – α_от1 = 1 – α_от1.

Точка 3 – α₃ = α₂ – α_др.с = 1 – α_от1 – α_др.с.

Точка 4 – α₄ = α₃.

Точка 5 – α₅ = α₄ – α_от2 – α_от3 = 1 – α_от1 – α_др.с – α_от2 – α_от3.

Точка 6 – α₆ = α₅ + α_др3 = 1 – α_от1 – α_от2, где α_др3 = α_от3 + α_др.с.

Точка 7 – α₇ = α₆.

Точка 8 – α₈ = α₇.

Точка 9 – α₉ = α₈ + α_др.пп + α_от2 + α_др1. После преобразований и с учетом того, что α_др1 = α_от1, получим α₉ = 1 + α_др.пп.

Точка 10 – α₁₀ = α₉.

Точка пв – α_пв = α₁₀ = 1 + α_др.пп.

Точка 11 – α₁₁ = α_др.пп.

Точка 0 – α₀ = α_пв = 1 + α_др.пп.

Из материальных балансов видно, что относительный расход в точках зависит от относительных расходов в отборах и дренажах, которые определяются из тепловых балансов элементов.

Тепловые балансы по элементам схемы (рис. 1)

Тепловой баланс сепаратора (С)