расчет паротурбинной установки. ПТУ. теплофикационный цикл паротурбинной установки

• Название: теплофикационный цикл паротурбинной установки
• Анкор: расчет паротурбинной установки
• Дата: 05.05.2023
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: ПТУ.doc
• Тип: Реферат; #1109875

Дисциплина «Паротурбинная техника»

Расчетная работа

«ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЙ ЦИКЛ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ»

Содержание

Определение термодинамических параметров в основных точках цикла 10

Заключение 15

Список используемой литературы 16

Введение
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.

Изменение состояния пара в цикле Ренкина, используемом в современных паротурбинных установках, иллюстрируется в h, s – диаграмме,

представленной на рисунке 2. Питательный насос 10, представленный на рисунке 1, повышает давление воды до величины p₁ и подает ее в парогенератор 11. Изоэнтропный процесс в питательном насосе изображен условно в h, s – диаграмме линий 3-4. Действительный адиабатный процесс повышения давления воды в насосе от давления в деаэраторе 9 до давления p₁ перед парогенератором представлен линией 3-4_д. Далее вода поступает в парогенератор, где вначале происходит предварительный ее подогрев до температуры кипения при постоянном давлении по линии 4-5. Изобарно-изотермический процесс парообразования кипящей воды в парогенераторе обозначен линией 5-6. Затем пар поступает в пароперегреватель 12, где температура повышается до Т₁ по изобаре 6-1. Пренебрегая потерями температуры и давления в паропроводе от пароперегревателя до турбины, считаем, что точка 1 показывает исходное состояние острого пара перед турбиной. Таким образом, подвод теплоты к рабочему телу осуществляется в парогенераторе и пароперегревателе по изобаре 4-5-6-1. Количество теплоты, подведенной к 1 кг рабочего тела, определяется разностью энтальпий рабочего тела в начале и в конце процесса:

q₁ = h₁ – h_4д, кДж/кг.

В дальнейшем пар расширяется в части высокого давления турбины

до давления в камере отбора p_от, как представлено на рисунке 2.



Рисунок 2 – Диаграмма h-s теплофикационного цикла турбины

с регулируемым отбором пара

При этом происходит превращение кинетической энергии пара в механическую работу вращения ротора. Действительный адиабарный процесс расширения пара в ЧВД турбины с учетом потерь на трение происходит по линии 1-1_от и определяется разностью энтальпий в точках 1 и 1_от. Эта разность есть действительный теплоперепад в ЧВД:

Н_д = h₁ – h_1от,

где h₁ – энтальпия острого пара; h_1от – энтальпия пара в отборе.

Идеальный обратимый процесс расширения пара в ЧВД определяется

линией 1-1, а разность энтальпий в точках 1 и 1 есть располагаемый теплоперепад в ЧВД:

Н_о = h₁ – h_1

где h_1 – энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения в ЧВД.

Адиабатное обратимое расширение пара в ЧНД турбины происходит

по линии 1_от -2. Действительный теплоперепад в ЧНД равен:

Н_д = h_1от – h_2д

где h_2д – энтальпия пара в конце процесса расширения в ЧНД.

Располагаемый теплоперепад в ЧНД равен:

Н_о = h₁ – h_2,

где h2 – энтальпия пара в конце обратимого расширения в ЧНД.

Суммарный действительный теплоперепад в турбине представляется

разностью энтальпий в точках 1 и 2_д:

Н_д = h₁ – h_2д.

Суммарный располагаемый теплоперепад в турбине определяется разностью энтальпий в точках 1 и 2:

Н_о = h₁ – h₂.

Отработанный в ЧНД турбины пар поступает в конденсатор, где происходит его конденсация при постоянных давлении и температуре. Процесс конденсации пара в конденсаторе в h, s – диаграмме изображается линией 2_д-3. Конденсация пара, поступающего в отбор, происходит в подогревателе сетевой воды (бойлере) в результате охлаждения водой, циркулирующей в системе отопления. Этот процесс также является изобарно-изотермическим и изображается линией 1_от-3.

Таким образом, в теплофикационной турбине с регулируемым отбором пара теплота теряется только с той частью отработанного пара, которая поступает в конденсатор из ЧНД турбины. Количество этой теплоты, уносимой охлаждающей водой в атмосферу, определится на рисунке 2:

q₂ = h_2д – h_3.



Рисунок 3- Диаграмма режимов турбины

Исходные данные
Выбор типа паровой турбины и давления в конденсаторе производится по таблице 1 приложения.

Выбор исходных данных для расчета производится по таблице 2 приложения.

Выполним расчет теплофикационного цикла с одним регулируемым отбором пара паровой турбины типа Т-170-7.8, имеющей следующие параметры:

- номинальная мощность турбины N_э^н = 158 МВт,

- максимальный расход острого пара G_о ^max= 108 т/час,

- давление острого пара р₁ = 7.8 МПа,

- температура острого пара Т₁ = 515^оС,

- максимальный расход острого пара в регулируемый отбор

G_от^max = 457 т/час,

- давление пара в регулируемом отборе р_от = 0,6 МПа,

- давление в конденсаторе р₂ = 0,011 МПа,

- относительный внутренний КПД части высокого давления

η^ЧВД _оi= 0.8,

- относительный внутренний КПД части низкого давления турбины

η^ЧНД _оi= 0.7.

Определение термодинамических параметров в основных точках цикла

Для построения теплофикационного цикла в h, s – диаграмме в соответствии с рисунком 2 необходимо определить параметры в основных точках цикла.

Точка 1 – состояние острого пара перед турбиной

Давление р₁ = 7.8 МПа, температура Т₁ = 515^оС (берутся из таблицы 2

приложения в соответствии с номером варианта задания). По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара находим:

• 
  энтальпия h₁ = 3433 кДж/кг,
  
• 
  удельный объем υ₁ = 0.043 м³/кг,
  
• 
  энтропия s₁ = 6.757 кДж/кгК.
  

Точка 1 – конец изоэнтропного расширения пара в ЧВД турбины

Определяется на h, s – диаграмме пересечением линий постоянных энтропии s₁ = 6.757 кДж/кгК и давления в отборе р_1 = р_от = 0.6 МПа.

По h, s – диаграмме находим:

энтальпия h_1 = 2486 кДж/кг, удельный объем υ_1 = 1.24 м³/кг,

энтропия s_1 = 6.757 кДж/кгК, температура Т_1 = 106.27^оС.

Точка 1от – конец действительного процесса расширения пара в

ЧВД турбины

Энтальпию пара в точке 1от определим по формуле:

h_1от = h₁ – (h₁ – h_1)· η ^чвд _оi.

Подставив известные величины, получим:

h_1от = 3433 – (3433 – 2486) · 0.8 = 2675.4 кДж/кг.

Энтропию s_1от и удельный объем υ_1от находим из таблиц по известным параметрам h_1от =2675.4 кДж/кг и p_1от = р_от = 0,6 МПа:

s_1от = 6.865 кДж/кгК, υ_1от =1.24 м3/кг, температура Т_1от = Т_1 = 106.27^оС,

т.к. точка 1_от находится в области влажного пара.

Точка 2 – конец изоэнтропного расширения пара в турбине

Определяется пересечением линий постоянной энтропии

s₁ = 6.757 кДж/кгК и давления в конденсаторе р₂ = 0,011 МПа.

По h, s – диаграмме находим:

энтальпия h₂ = 2151.446 кДж/кг, удельный объем пара υ₂ = 10.965 м³/кг,

энтропия s₂ = s₁ = 6.757 кДж/кгК, температура Т₂ = 47.684^оС.

Температуру Т₂ = Т_2 = Т_2д = Т_3 удобней определять из таблиц по давлению р₂.

Точка 2 – конец изоэнтропного расширения пара в ЧНД турбины

Определяется пересечением линий постоянных энтальпии s_1от = 6.865 кДж/кгК и давления в конденсаторе р₂ = 0,011 МПа.

По h, s – диаграмме находим:

энтальпия h_2 = 2186.024 кДж/кг, удельный объем υ_2 = 11.158 м³/кг,

энтропия s_2 = 6.865 кДж/кгК, температура Т_2 = 47.684 ^оС.

Точка 2д – конец действительного процесса расширения пара в

ЧНД турбины

Энтальпию пара в точке 2_д определим по формуле:

h_2д = h_1от – ( h_1от – h_2)· η^чнд_оi.

Подставив известные величины, получим:

h_2д = 2675.4 – (2675.4 –2186.024)·0.7 = 2333 кДж/кг.

Из h, s – диаграммы определим:

s_2д = 7.323 кДж/кгК, υ_2д = 11.984 м³/кг, Т_2д = 47.684^оС, р_2д = р_2 = р₂ = 0,011 МПа.

Точка 3^ – конец процесса конденсации пара в конденсаторе турбины

Параметры в этой точке находим, пользуясь таблицами, по заданному давлению р₂ = р_3 = 0.011 МПа: Т_3 = 13.034^оС, υ_3 = 0.001 м³/кг,

h_3 = 54.71 кДж/кг, s_3 = 0,196 кДж/кгК.

Точка 3– конец процесса конденсации пара в подогревателе сетевой воды (бойлере)

Параметры в этой точке находим, пользуясь таблицами по заданному давлению р_от = р_1 = 0,6 МПа: Т_3 = 85.95^оС, υ_3 = 0.00103 м³/кг,

h_3 = 359.93 кДж/кг, s_3 = 1.145 кДж/кгК.

Точка 3 – состояние конденсата перед питательным насосом

Энтальпию в этой точке находим по уравнению:

h₃ = (G_кh_3+G_отh_3)/(G_к+G_от).

Расходы пара G_к и G_от определяем из диаграммы режимов для номинального режима

N_э^н = 158 мВт (см. рисунок 3 раздела):

G_к = 450 т/час, G_от = 700 т/час.

Получим:

h₃ = 240.496кДж/кг.

Остальные параметры кипящей воды в точке 3 находим из таблиц.

по величине h₃: Т₃ = 58^оС, р₃ = 0,01 МПа, υ₃ = 0.00103 м³/кг, s₃ = 0.806 кДж/кгК.

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 р₄ = р₁ = 7.8 МПа соответственно на 2,5^оС и 10 кДж/кг. Тогда параметры в точке 4 будут равны:

р₄ = 7.8 МПа, Т₄ = 60.5^оС, υ₄ = 0.00103 м³/кг, h₄ = 250.496 кДж/кг, s₄ = s₃ = 0.806 кДж/кгК.

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

Энтальпия в точке 4_д определяется из уравнения:

h_4д = h3 + ((h₄-h₃)/ η^н_oi)

η^н_oi= 0,9 – внутренний относительный КПД питательного насоса.

Тогда:

h_4д = 251.607 кДж/кг.

Находим остальные параметры из таблиц по известным р_4д = р₁ и h_4д:

р_4д = 7.8 МПа, Т_4д = 62^оС, υ_4д = 0.00108 м³/кг, s_4д = 0.856 кДж/кгК.

Точка 5 – начало парообразования в парогенераторе

Параметры находят по давлению р₅ = р₁ из таблиц:

р₅ =7.8 МПа, Т₅ =294^оС, υ₅ = 0.0013 м³/кг, h₅ = 1312 кДж/кг, s₅ = 3.2 кДж/кгК.

Точка 6 – конец парообразования в парогенераторе

Параметры находим по давлению р₆ = р₁ из таблиц:

Р₆ = 7.8 МПа, Т₆ = 294^оС, υ₆ = 0.024 м³/кг, h₆ = 2684 кДж/кг, s₆ = 5.75 кДж/кгК.

Найденные значения термодинамических параметров записываем в таблицу 1 и строим цикл в h, s – рисунок 4.

Таблица 1 - Результаты расчета

Параметры	1	1	1от	2	2	2д
р, МПа	7.8	0.6	0.6	0.011	0.011	0.011
Т, оС	515	106.27	106.27	47.684	47.684	47.684
υ, м3/кг	0.043	1.24	1.24	10.965	11.158	11.984
h, кДж/кг	3433	2486	2675.4	2151.446	2186.024	2333
s, кДж/кгК	6.757	6.757	6.865	6.757	6.865	7.323
Параметры	3	3	3	4	4д	5	6
р, МПа	0.011	0.6	0.01	7.8	7.8	7.8	7.8
Т, оС	13.034	85.95	58	60.5	62	294	294
υ, м3/кг	0.001	0.00103	0.00103	0.00103	0,00108	0.0013	0.024
h, кДж/кг	54.71	359.93	240.496	250.496	251.607	1312	2684
s, кДж/кгК	0.196	1.145	0.806	0.806	0.856	3.2	5.75

Рисунок 4 - Диаграмма h-s

Заключение

В ходе выполнения работы был проведён расчёт теплофикационного цикла с одним регулируемым отбором пара паровой турбины типа Т-170-7.8 и представлена диаграмма h, s теплофикационного цикла.

Список используемой литературы

1. 
   Щегляев А.В. Паровые турбины. (Теория теплового процесса и конструкция турбин) Изд. 4-е, переработ. М., «Энергия», 1967.
   
2. 
   Кириллов И.И., Иванов В.А., Кириллов А.И. Паровые турбины и паротурбинные установки. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1978. - 276 с., ил.
   
3. 
   Трухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: Учебное пособие для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 540 с.: ил., вкладки
   
4. 
   С.Л.Ривкин, А.А. Александров. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 80 с.с ил.