С одержание Часть 1 Термодинамический расчет цикла

• Название: С одержание Часть 1 Термодинамический расчет цикла
• Дата: 15.02.2022
• Размер: 374.6 Kb.
• Имя файла: Kursovaya_Osintseva_Avtosokhranenny.docx
• Тип: Документы; #362103
• страница: 1 из 3

С ОДЕРЖАНИЕ:

Часть 1 Термодинамический расчет цикла………………………….………5

1. 
   Расчет теоретического цикла без учета потерь……………………..6
   
2. 
   Расчет цикла с потерями энергии (действительного цикла)………13
   
3. 
   Сравнение комбинированного и раздельного получения электрической энергии и теплоты на теплофикацию...……….……19
   

Основные обозначения……...…………………………………….….22

Часть 2 Тепловой расчет конденсатора.………………………………...….23
Основные обозначения……………………………………………..31

Часть 3 Гидродинамический расчет конденсатора………………….….…32

Заключение……………………………………………………………….…..…..34

Список использованных источников..…………...……………………..…..35

Часть 1. Термодинамический расчет цикла
Задание
1. Рассчитать теоретический цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара и с отбором пара на теплофикацию.

2. Рассчитать действительный цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара и с отбором пара на теплофикацию.
Для каждого цикла определить:

а) термодинамические параметры и функции в характерных точках цикла и свести их в таблицу;

б) количество удельной подведенной и отведенной теплоты, удельную работу турбины, удельную полезную работу цикла, термический КПД цикла;

в) расходы пара, топлива и охлаждающей воды в конденсаторе.

г) для действительного цикла сравнить расход топлива на комбинированную и раздельную выработку электрической энергии и теплоты.
Изобразить схему установки и циклы в (p-v), (T-s), (h-s) диаграммах.
Примечание: работой насосов при расчете пренебречь!

1. 
   Расчет теоретического цикла
   

Рис. 1. Схема и h – s диаграмма цикла с промежуточным перегревом пара и отбором пара на теплофикацию

Таблица 1

Термодинамические параметры и функции в характерных точках теоретического цикла

Состояние	Параметры и функции
	p, бар	t, оС	h, кДж/кг	s,кДж/(кг·К)	x	v, м3/кг
1	150	430			-
a	55	285,9	2849	6.036	-	0.0382
b	55	430			-
0	4	143,6	2651	6,692	0,9594	0,4433
0ʹ	4	143,6	605	1,78	0	0,0011
2	0,10	45.8	2116	6.692	0.8056	11.84
3	0.10	45.8	192	0.649	0	0.001
пв		76.88	322	1.0054	0

Состояние 1. По начальным параметрам перегретого пара перед турбиной р₁ и t₁ находятся удельные энтальпия h₁, энтропия s₁ и объем v_1.







Состояние а. Процесс расширения пара в части высокого давления (ЧВД) носит адиабатный характер, следовательно по давлению р_а и энтропии s_а определяются параметры пара на входе в промежуточный пароперегреватель в точке а.

t_а = + 269,9 = 285,9 ^оС

h_a = + 2790 = 2849

v_a = + 0.0356 = 0.038

Состояние b. Параметры и функции перегретого пара после промежуточного пароперегревателя перед частью низкого давления (ЧНД) (в точке b) определяются по давлению р_b= р_а и температуре t_b = t₁.







Состояние 2. Процесс расширения пара в части низкого давления (ЧНД) носит адиабатный характер. По давлению р₂ и энтропии s₂ = s_b определяется состояние пара (пар влажный). Тогда вычисляется степень сухости пара из формулы для расчета энтропии влажного пара , где – параметры насыщения при заданном давлении:

= = 0.8056

Энтальпия и удельный объем влажного пара в точке 2 равны:



h₂ = 192*(1 – 0.8056) + 2580*0.8056 = 2116

v₂ = 0.001*(1 – 0.8056) + 14.7*0.8056 = 11.84

где - параметры кипящей воды;

- параметры сухого насыщенного пара при давлении влажного пара p₂.

Температура влажного пара равна температуре насыщения при данном давлении, следовательно, .

Состояние 3. Процесс конденсации пара 2–3 проходит при постоянных давлении и температуре, р₃ = р₂, t₃ = t_2. Параметры кипящей воды берутся из таблицы.

Состояние О. Так как процесс расширения пара в турбине b–о–2 адиабатный, то . По давлению и энтропии определяется состояние пара (влажный или перегретый).

Пар в точке отбора является влажным, поэтому вычисляется степень сухости пара

= = 0,9594

а затем по найденной степени сухости считаются энтальпия и удельный объем влажного пара:



h₀ = 605*(1 – 0.9594) + 2738*0.9594 = 2651

v₀ = 0.0011*(1 – 0.9594) + 0,462*0.9594 = 0,4433

где - параметры кипящей воды;

- параметры сухого насыщенного пара при давлении влажного пара в отборе p_о.

Состояние О^′. Процесс о–о´ является изобарным, поэтому . а параметры кипящей воды при давлении р₀ находятся из таблицы.

Температура в точке о´ равна температуре насыщения при давлении в отборе:

.

Состояние «пв». В точке «пв» сливаются два потока конденсата – из отбора и конденсатора (давление последнего потока предварительно повышается насосом до давления отбора). Для определения термодинамических функций в данной точке необходимо знать долю каждого потока.

Вычисление доли расхода пара, направляемого в отбор, , где D – полный расход пара, D_o – расход пара в теплофикационном отборе, производится следующим образом.

Внешняя полезная работа адиабатного процесса расширения пара в турбине совершается за счет убыли энтальпии, следовательно удельная работа турбины, равная работе цикла (работой насосов пренебрегаем) равна

,

Доля отбора пара определяется из совместного решения выражений для мощности установки и работы турбины.



)





Энтальпия питательной воды в точке «пв» находится из теплового баланса слияния потоков конденсата.




Аналогично можно приближенно найти энтропию питательной воды:

.



Приближенный расчет температуры воды проводится с учетом соотношения h = с_pв t_{; где} с_pв = 4,19 кДж/(кг·К).



Расчет удельных количеств подведенной и отведенной теплоты, термического КПД цикла и коэффициента использования теплоты пара.

В изобарных процессах подвода и отвода теплоты количество теплоты определяется разностью энтальпий:

,

q₁ = 3082 – 322 + 3257 – 2849 = 3168

,

где – удельное количество теплоты, отводимое в конденсаторе,

– удельное количество теплоты, отданной тепловому потребителю.

q_k = (1 – 0.3151)(2116 – 192) = 1318

q_т = 0.3151(2651 – 605) = 644,7

q₂ = 1318 + 644,7 = 1963

q₀ = q₁ – q₂ = 1205

Формула для расчета полезной работы цикла и работы турбины:

,



Термический КПД цикла:



Коэффициент использования теплоты пара:



Расчет расходов пара, топлива, охлаждающей воды в конденсаторе, теплового потока теплофикации.

Полный расход пара можно найти, зная долю пара, направляемого в отбор, или по величинам мощности и удельной работы цикла:



Теплота, подводимая к рабочему телу в котельной установке, выделяется при сгорании топлива. Тогда расход топлива можно найти из соотношения





Теплота, выделяющаяся при конденсации пара, нагревает охлаждающую воду, расход которой определяется из уравнения баланса теплоты



М_в = = = 2957

Тепловой поток на теплофикацию

= 644,7 ∙ 141 = 90903

2. 
   Расчет цикла с потерями энергии (действительного цикла).
   

Рис. 2. Действительный теплофикационный цикл в h – s координатах

Таблица 2
Термодинамические параметры и функции в характерных точках действительного цикла

Состояние		Параметры и функции
	p,бар	t,оС	h, кДж/кг	s,кДж/(кг·К)	v,м3/кг	x
1	150	430	3082	6.036	0.01738	-
aд	55	295.1	2882	6,097	0.0396	-
b	55	430	3257	6.692	0.05516	-
0д	4	143.6	2736	6.895	0.4615	0.999
	4	143.6	605	1.78	0.0011	0
2д	0,1	45.8	2276	7.195	12.83	0,8727
3	0.1	45.8	192	0.649	0.001	0
пвд		72.27	302.8	0.9523		0

Реальные (действительные) процессы в турбине и насосе являются необратимыми и, в соответствии со вторым законом термодинамики, идут с возрастанием энтропии. Потери из-за необратимости процессов повышения давления в насосе и расширения в турбине оцениваются значениями внутренних относительных КПД.

Внутренний относительный КПД турбины

= 0,86



где h – энтальпия пара после теоретического процесса расширения от давления p_o до давления p_2.

Энтальпии в действительных точках рассчитываются по найденным величинам действительных работ:

Состояние_а'>Состояние а_д:



Определение температуры и энтропии по известным значениям давления p_ад = p_а= 55 бар и энтальпии:

t_ад= + 269,9 = 295.1 ^оС

S_ад = +5.93 = 6,097

v_ад = +0.0356 =0.0396

Состояние Од:

Определение энтальпии:



Пар в точке отбора является влажным, поэтому вычисляется степень сухости пара

x = = = 0.999

Температура в этой точке равна температуре насыщения t_0д = t_s (p = 4 бар ) = 143.6^оС

Затем по найденной степени сухости считаются энтропию и удельный объем влажного пара:

s_0д = s`(1-x) + s``x = 1.78(1-0.999)+6.9∙0.999=6.895

u_0д = u`(1-x) + u``x = 0.0011(1-0.999)+0.462∙0.999=0.4615

Состояние 2д:

Определение удельной энтальпии:



Определение степени сухости в данной точке:

=

Температура в этой точке равна температуре насыщения t_2д=t_s(p=0.1бар)=45.8^оС

Определение энтропии и удельного объема:

=0.649· ( 1-0,8727 )+8.15· 0,8727=7,195

=0.001· ( 1-0,8727 )+14.7· 0,8727=12.83

Состояние ПВд:

Определение доли отбора в действительном процессе:














Аналогично найдем энтропию питательной воды:





Приближенный расчет температуры воды проводится с учетом соотношения h= с_pвt_{; где} с_pв = 4,19 кДж/(кг·К).



С учетом механических потерь и потерь в электрогенераторе удельная эффективная работа будет равна

= 1058∙0.99∙0.97 = 1016

Определение полного действительного расхода пара:



Определение удельного количества тепла:

–

q₂ = q_kд + q_тд = 2097

Внутренний КПД, учитывающий потери энергии за счет необратимости процессов в действительном цикле, рассчитывают по формуле:

= = 0.3355

Эффективный КПД учитывает все потери:

= 0.3355∙0.86∙0.92∙0.99∙0.97 = 0.2549

где – удельное количество подведенной теплоты с учетом потерь в котельной установке.

Коэффициенты использования теплоты пара и топлива в действительном цикле:

= = 0.5176

=0.5176∙0.92= 0.4762

Определение расхода топлива:



Тепловой поток конденсатора:

_{= 1525∙165.7=252,7 МВт}

М_вд = = = 4021

Тепловой поток на теплофикацию

= 571.5 ∙ 165.7 = 94698

Q_1д = q_1д∙D_д = 3154∙165.7=522618

3. 
   Сравнение комбинированного и раздельного получения электрической энергии и т еплоты на теплофикацию.
   

Таблица 3

Термодинамические параметры и функции в характерных точках действительного цикла без отбора на теплофикацию

Состояние	Параметры и функции
	t,оС	p, бар	h,кДж/кг	s,кДж/(кг·К)	v,м3/кг	x
1	150	430	3082	6.036	0.01738	-
ад	55	295.1	2882	6.097	0.0396	-
b	55	430	3257	6.692	0.05516	-
2д	0.1	45.8	2276	7.195	12.83	0,8727
3	0.1	45.8	192	0.649	0.001	0

Определение работы турбины и работы цикла:



Определение расхода пара:



Определение количества подведенной и отведенной теплоты:







При раздельном производстве электрической и тепловой энергии теплоту теплофикации получают в котельной низкого давления с таким же КПД, что и в парогенераторе паротурбинного цикла , а электрическую энергию в действительном конденсационном цикле с промежуточным перегревом пара с теми же параметрами пара, что и в теплофикационном цикле.

Расход топлива в котельной равен:

= = 2.14



Суммарный расход топлива при раздельном способе получения тепловой и электрической энергии

= 2.14+11.08 = 13.22

Экономия топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ по сравнению с раздельной составит

=

где - расход топлива в действительном теплофикационном цикле.

Основные обозначения:

– давление;

– температура;

v – объем;

x – степень сухости пара;

c_p– массовая изобарная теплоемкость;

h – энтальпия;

S - энтропия;

– удельная внешняя работа;

q – удельное количество теплоты;

– термический КПД;

_т–- количество теплоты в единицу времени (тепловой поток);

– -расход пара;

– доля отбора;

– расход топлива;

– теплота сгорания топлива.