РАСЧЕТ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЦИКЛА ПАРАВОЙ ТУРБИНЫ. Расчет теплофикационного цикла. Расчет теплофикационного цикла

• Название: Расчет теплофикационного цикла
• Анкор: РАСЧЕТ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЦИКЛА ПАРАВОЙ ТУРБИНЫ
• Дата: 21.12.2022
• Размер: 0.64 Mb.
• Имя файла: Расчет теплофикационного цикла.docx
• Тип: Курсовая; #856416

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Факультет: Аэрокосмический

Кафедра: «Ракетно-космическая техника и энергетические системы»

Дисциплина: «Энергетические машины и установки»


КУРСОВАЯ РАБОТА

по теме:

РАСЧЕТ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЦИКЛА

ПАРАВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА Т-25-29


Описание турбины

Паровая турбина является основным элементом энергетической установки теплофикационного цикла.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема паротурбинной установки с одним регулируемым отбором пара для подогрева сетевой воды.


Рисунок 1- Принципиальная схема паротурбинной установки теплофикационного цикла
В этой установке определенное количество пара после срабатывания в части высокого давления (ЧВД) 1 турбины направляется в подогреватель сетевой воды (бойлер) 2, через который циркулирует вода из системы отопления при помощи насоса 3. Остальная часть пара через регулирующий орган 4 поступает в часть низкого давления (ЧНД) 5 турбины, где производится дополнительная механическая работа вращения ротора, преобразуемая турбогенератором 6 в электрическую энергию.

Отработанный в ЧНД турбины пар направляется в конденсатор 7, где происходит его конденсация за счет охлаждения циркуляционной водой, протекающей в трубках 8.

Затем конденсат из конденсатора 7 и подогревателя 2 направляется в деаэраторный бак 9, где происходит освобождение конденсата от растворенных в нем агрессивных газов (кислорода и углекислоты) с целью уменьшения коррозии оборудования. После деаэрации воды питательным насосом 10 подается в парогенератор 11, где за счет теплоты сгорания топлива происходит процесс парообразования и последующий перегрев пара в пароперегревателе 12. Перегретый пар через регулирующий орган 13 поступает в ЧВД паровой турбины.

Система регулирующих органов 13 (регулирующий клапан ЧВД) и 4 (поворотная диафрагма ЧНД) позволяет с помощью автоматических устройств регулировать подачу пара в ЧВД, ЧНД и теплофикационный отбор в зависимости от режима работы. Например, в летний период года отпадает необходимость в теплофикационном отборе, в этом случае поворотная диафрагма 4 перед ЧНД полностью открыта и весь пар поступает в ЧНД и конденсатор турбины. Турбина работает по электрическому графику в конденсационном режиме.

В зимний период года включен регулятор давления 14 отборного пара, который автоматически воздействует на сервомоторы 15, 16 соответствующих регулирующих органов 4 и 13, изменяя расход пара на турбину, в отбор и конденсатор в количествах, предусмотренных тепловым графиком работы.

Паровая турбина Т-25-29 является теплофикационной с номинальной мощностью 25 МВт и рабочим давлением пара 29 Мпа.

Расчет теплофикационного цикла паровой турбины

Тип турбины: Т-25-29 с одним регулируемым отбором пара.

Исходные данные для расчета сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Исходные данные

Наименование параметра	Обозначение	Значение
Номинальная мощность		25000 кВт
Максимальный расход острого пара		180 т/ч
Давление острого пара		2,84 МПа
Температура острого пара		400 ℃
Максимальный расход острого пара в регулируемый отбор		120 т/ч
Давление пара в отборе		0,14 МПа
Давление в конденсаторе		0,0065 МПа
Относительный внутренний КПД части высокого давления		0,82
Относительный внутренний КПД части низкого давления турбины		0,72

Определение термодинамических параметров в основных точках цикла

Точка 1 – состояние острого пара перед турбиной.

Давление , температура . По h, s – диаграмме нахожу:

• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем .
  

Точка 1ꞌ - конец изоэнтропного расширения пара в ЧВД турбины.

Определяю на h, s – диаграмме пересечением линий постоянных энтропии и давления в отборе

По h, s – диаграмме нахожу:

• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем .
  
• 
  температура . Температуру определяю из таблиц насыщенного пара [6] по давлению в отборе
  

Точка 1_от – конец действительного процесса расширения пара в ЧВД турбины.

Энтальпию пара в точке 1_от определяю по формуле (1):

,

(1)

Подставив известные величины, получим:



Энтропию и удельный объем нахожу из h, s – диаграммы по известным параметрам и :

• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 2 – конец изоэнтропного расширения пара в турбине.

Определяю пересечением линий постоянной энтропии и давления в конденсаторе . По h, s – диаграмме нахожу:

• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 2ꞌ – конец изоэнтропного расширения пара в ЧНД турбины.

Определяется пересечением линий постоянных энтальпии и давления в конденсаторе . По h, s – диаграмме нахожу:

• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 2_Д – конец действительного процесса расширения пара в ЧНД турбины

Энтальпия пара в точке 2_Д определяю по формуле (2):

,

(2)

По h, s – диаграмме нахожу:

• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 3ꞌ - конец процесса конденсации пара в конденсаторе турбины

Параметры в точке нахожу по таблице 3 приложения Б, по заданному давлению: :

• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 3ꞌꞌ - конец процесса конденсации пара в подогревателе сетевой воды (бойлере).

Параметры в точке нахожу по таблице 3 приложения Б по давлению :

• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 3 – состояние конденсата перед питательным насосом.

Определяю действительный теплоперепад в турбине по формуле (3):

(3)

Подставив значения, находим:



Определяю максимальный расход пара в конденсатор при заданной мощности турбины по формуле (4):

(4)

где – номинальная мощность турбины;

– механический КПД турбины;

– электрический КПД генератора.



Определяю фиксированные расходы пара в конденсатор по формулам (5), (6):

		(5)
	(6)

Таким образом диапазон расхода пара составляет 21941,4…109707 .

Определяю фиксированные расходы пара в отбор по формулам (7), (8):

где – максимальный расход острого пара в регулируемый отбор.	(7)
	(8)

Таким образом диапазон расхода пара составляет 24000…120000 .

Энтальпию в точке нахожу по уравнению (9):

(9)

где ;

.



Остальные параметры кипящей воды в точке 3 нахожу в таблице 3 приложения Б по величине :

• 
  давление ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 4 – конец изоэнтропного сжатия конденсата в питательном насосе.

Механическая работа вращения ротора насоса полностью переходит в теплоту. При этом принимаем увеличение температуры и энтальпии конденсата после повышения давления до величины соответственно на 2,5 ℃ и 10 . Тогда параметры в точке 4 будут равны:

• 
  давление ,
  
• 
  энтропия ,
  
• 
  энтальпия ,
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  температура .
  

Точка 4_Д – конец адиабатного сжатия конденсата в питательном насосе (состояние конденсата перед парогенератором).

Энтальпию в точке 4_Д определяю из уравнения (10):

(10)

где – внутренний относительный КПД питательного насоса



Нахожу остальные параметры из таблицы 4 приложения В по известным и :

• 
  температура ;
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  энтропия .
  

Точка 5 начало парообразования в парогенераторе.

Параметры нахожу по давлению из таблице 3 приложения Б:

• 
  температура ;
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия .
  

Точка 6 – конец парообразования в парогенераторе.

Параметры нахожу по давлению из таблицы 3 приложения В:

• 
  температура ;
  
• 
  удельный объем ,
  
• 
  энтальпия ,
  
• 
  энтропия .
  

Полученные значения термодинамических параметров записываю в форме таблицы и строю цикл в h, s – диаграмме, показан на рисунке 1 приложение А.
Таблица 2 – Результаты расчета

	Параметры
№ точек на диаграмме			,		.
1	2,84	400	0,105	3234	6,95
1ꞌ	0,14	109,32	1,2	2575	6,95

Продолжение таблицы 2

1от	0,14	109,32	1,26	2694	7,26
2	0,0065	37,65	21	2145	6,95
2ꞌ	0,0065	37,65	19	2246	6,95
2Д	0,0065	37,65	20	2371	7,67
3ꞌ	0,0065	37,65	0,001	157,64	0,54
3ꞌꞌ	0,14	109,32	0,0010513	458,42	1,41
3	0,06	85,95	0,0010333	358,16	1,15
4	2,84	88,45	0,00103	368,16	1,15
4Д	2,84	87	0,00103	369,27	1,15
5	2,84	231	0,00121	995	2,62
6	2,84	231,01	0,082	2820,4	6,29

Определение энергетической эффективности цикла

1. 
   Определяю термический КПД обратимого (идеального) теплофикационного цикла в конденсационном режиме по уравнению (11):
   

(11)

2. 
   Определяю относительный внутренний КПД действительного цикла по уравнению (12):
   

(12)

где - относительный внутренний КПД турбины ;

– относительный внутренний КПД питательного насоса .

3. 
   Определяю абсолютный внутренний КПД действительного цикла по уравнению (13):
   

(13)

4. 
   Определяю абсолютный эффективный КПД теплофикационной установки по уравнению (14):
   

(14)

где – КПД парогенератора ;

– механический КПД турбины;

– электрический КПД генератора.

5. 
   Определяю расход условного топлива при номинальном режиме теплофикационных турбин для и по уравнению (15):
   

(15)

где – расход пара в турбину при номинальном режиме, выбираю из диапазона расхода пара ;

– низшая теплота сгорания топлива.

6. 
   Определяю расход условного топлива на тепловое потребление для подогрева сетевой воды в бойлере турбины по уравнению (16):
   

(16)

7. 
   Определяю расход условного топлива на выработку только электроэнергии в номинальном режиме теплофикационной турбины по уравнению (17):
   

(17)

8. 
   Определяю КПД ТЭЦ при выработке только электроэнергии в номинальном режиме по уравнению (18):
   

(18)

9. 
   Определяю КПД ТЭЦ при выработке только тепловой энергии в номинальном режиме по уравнению (19):
   

(19)

10. 
    Определяем расход условного топлива на выработку электрической энергии на конденсационной станции (КЭС) при раздельной выработке по уравнению (20):
    

(20)

где – максимальный расход пара в конденсатор при номинальной мощности турбины.

11. 
    Расход условного топлива при раздельной выработке тепловой энергии в отдельной котельной принимаем равным расходу условного топлива на тепловое потребление в бойлере теплофикационной турбины при условии
    

.

Тогда получим

12. 
    Суммарный расход условного топлива при раздельной выработке электрической энергии и теплоты для номинального режима составит:
    

(21)

13. 
    Экономия топлива теплофикационного цикла на ТЭЦ по сравнению с раздельной выработкой электрической энергии и теплоты в номинальном режиме составит:
    

(22)

14. 
    Определяю коэффициент использования теплоты топлива, равный отношению полезно использованной теплоты ко всей затраченной теплоте:
    

14.1 Для теплофикационного цикла:

(23)

14.2 Для раздельной выработки электроэнергии и теплоты:

(24)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А



Рисунок 1 – Вид диаграммы h-s

Приложение Б
Таблица 3 – Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлению)





Приложение В
Таблица 4 – Термодинамические свойства воды и перегретого пара