КУрсовой проект. Междисциплинарный курсовой проект

• Название: Междисциплинарный курсовой проект
• Дата: 13.02.2019
• Размер: 158.64 Kb.
• Имя файла: КУрсовой проект.docx
• Тип: Курсовой проект; #67474

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Термодинамический расчет цикла паротурбинной установки

с отбором пара на теплофикацию.

Тепловой и гидрогазодинамический расчет

теплообменного аппарата»
Задание на курсовой проект

В теплофикационном цикле паротурбинной установки мощностью N давление пара перед турбиной р₁, температура t₁, давление в конденсаторе р₂. При давлении р_а пар перегревается в промежуточном перегревателе до начальной температуры. При давлении р_о на теплофикацию отбирается D_о, т/ч, пара. Температура сетевой воды на входе в сетевой подогреватель 70 °С. Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе составляет Δt_в, °С. Топливо – природный газ с теплотой сгорания = 50 МДж/кг.Потери энергии характеризуются относительным КПД турбины= 0,94, КПД парогенератора= 0,85, а также механическим= 0,97 и электрическим КПД = 0,98 .

Выполнить термодинамический расчет теплофикационного цикла, тепловой и гидродинамический расчет теплообменного аппарата.

1. 
   Расчет теоретического цикла
   

Рис. 1. Схема и h – s диаграмма цикла с промежуточным перегревом пара и отбором пара на теплофикацию
Состояние 1.По начальным параметрам перегретого пара перед турбиной р₁=160бар и t₁=515^оС находятся удельные энтальпия h₁, энтропия s₁ и объем v₁.
h₁=3294 +* (515-500) = 3336
s₁=6.30 + * (515-500) = 6.354
v₁=0.0193+*(515-500)=0,0199
Состояние а. Процесс расширения пара в части высокого давления (ЧВД) носит адиабатный характер, следовательно, по давлениюр_а=30бар и энтропии s_а=s₁=6.354 определяются параметры пара на входе в промежуточный пароперегреватель в точке а.

Пар после расширения влажный, следовательно t_a = t_s = 233.8^oC
h_a = h’(1 - x) + h”x
По известным значениям энтропии найдем степень сухости x:
X = = ,
где h’, h”, s’, s” – удельная энтальпия и энтропия кипящей воды и сухого насыщенного пара при давлении p_a ответственно.
h_a = 1008*(1-1,0463) + 2804*1.0463 = 2887.1548
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 = 30 бари температуре t_b = t₁ = 515^оС.
h_b=3456+*(515-500)=3489.9

s_b=7.23+*(515-500)=7,275

Состояние 2. Процесс расширения пара в части низкого давления (ЧНД) носит адиабатный характер. По давлению р₂ = 0,04 бар и энтропии s₂=s_b=7.275 определяется состояние пара (обычно пар в точке 2 влажный (см. рис. 1). Тогда вычисляется степень сухости пара из формулы для расчета энтропии влажного пара , где – параметры насыщения при заданном давлении:

.

Энтальпия и удельный объем влажного пара в точке 2 равны:
где - параметры кипящей воды;

- параметры сухого насыщенного пара при давлении влажного пара p₂.

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

x =

h₂ = 121 * (1- 0,852) + 34,8 * 0,852 = 2193,92

v₂ = 0.001 * (1- 0.852) + 34.8*0.852 = 29.65
Состояние 3. Процесс конденсации пара 2–3 проходит при постоянных давлении и температуре, р₃ = р₂ = 0.04 бар, t₃ = t₂ = 29^оС_. Параметры кипящей воды берутся из таблицы.

h₃ = 121

s₃ = 0.422

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

Если пар в точке отбора является перегретым, то его температура, энтальпия и удельный объем определяются по таблицам по известным значениям давления и энтропии путем линейного интерполирования.

Если пар в точке отбора является влажным, то вычисляется степень сухости пара

,

а затем по найденной степени сухости считаются энтальпия и удельный объем влажного пара:
где - параметры кипящей воды;

- параметры сухого насыщенного пара при давлении влажного пара в отборе p_о.
t_o = 250 +^oC

h_o = 2958 +) = 2966.112

v_o = 0.474 + 0.478
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:

.

t_o’ =151.8 ^oC

h_o’ = 640

s_o’ = 1.86

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.

1744,8292

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).

l_T = l₀ = 3336 - 2887.15 + 3489.9 - 2966.11 + (1 - 0.2433)(2966.11-2193.92) = 1536.95

₀=

h_пв=0.2433*640+(1-0.2433)*121=247.27

s_пв=0,2433*1,86+(1-0,2433)*0,422=0,77

t_пв=^оС

Состояние 4. Процесс в насосе адиабатный s₄=s_пв=0.77

t₄=50+ ^oC

h₄=210+ 233.119

Состояние	Параметры функции
	р, бар	t, oC	h,кДж/кг	s,кДж/кг*К	V, м3/кг	x
1	160	515	3336	6.354
a	30	233.8	287.1548	6.354		1.0463
в	30	515	3489.9	7.275
о	5	253.9	2966.112	7.275	0.478
o’	5	151.8	640	1.86
2	0.04	29	2193.92	7.275	29.65
3	0.04	29	121	0.422
пв	5	59.01	247.27	0.77
4	5	55,55	233.119	0,77

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:

,

,

где – удельное количество теплоты, отводимое в конденсаторе,

– удельное количество теплоты, отданной тепловому потребителю.

Формула для расчета полезной работы цикла и работы турбины приведена выше.

Термический КПД цикла

.

Коэффициент использования теплоты пара

.

q₁=3336-247.27+3489.9-2887.1548=3691.48

q₂=1568,58+565,94=2134,52

q_k=(1-0.2433)*(2193.92-121)=1568.58

q_t=0.2433(2966.112-640)=565.94

Термический КПД цикла

_т=
Коэфицент использования теплоты пара
К== 0,569
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:

D=

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

где - теплота сгорания топлива

- КПД парогенератора

Отсюда .
В_т=

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

,

где =4,19 кДЖ/(кг·К) - теплоемкость воды;

- Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе.

Отсюда

M_в=

Тепловой поток на теплофикацию

Q_т=565,94*154,13=87228.33=87 кВт

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



Рис. 2. Действительный теплофикационный цикл в h – s координатах
Внутренний относительный КПД турбины

,


Энтальпии в действительных точках рассчитываются из приведенного выше выражения:

значения энтропии и температуры определим из таблицы

h_ад=3336-0.94(3336-2887.15)=2914.08,

s_ад=6.29+ 6,393

t_ад=250+ = 272,63 ^оС

h_од=3489.9-0.94(3489.9-2966.112)=2997.54,

s_oд=7,45+=7,518

t_oд=300+*50=319,01 ^оС


h_2д=3489.9-0.94(3489.9-2193.92)=2271.68.

t_2д=t_s=29^oC

x=


s_2д=0.422(1-08839)+8.47*0.8839=7.536

Доля отбора в действительном цикле определяется из совместного решения выражений для мощности установки и действительной работы турбины:

;
.

l_тд=3336-2914.08+3489.9-2997.54+(2997.54-2271.68)*(1-0.2436)=1463.32


_oд
После этого считается действительная работа цикла, равная действительной работе турбины, =
Действительная энтальпия питательной воды в точке «пвд» находится из теплового баланса слияния потоков конденсата:
h_пвд=0.2436*640+(1-0.2436)*121=247.42

s_пвд=0,703+0,811

t_пвд=50+ 58,95^оС
С учетом механических потерь и потерь в электрогенераторе удельная эффективная работа будет равна
l_e=938.05*0.98*0.97=891.71

Удельные количества подведенного и отведенного количеств теплоты, расходов пара, топлива и охлаждающей воды, удельной и полной теплоты теплофикации в цикле с потерями энергии определяются так же, как и в теоретическом цикле, с подстановкой в формулы энтальпий в действительных точках :

,

q_1д=3336-247,42+3489,9-2914,08=3664,4

q_2д=1626.77+574.29=2201.06

где – действительное удельное количество теплоты, отводимое в конденсаторе,

q_кд=(1-0,2436)(2271,68-121)=1626,77

– действительное удельное количество теплоты, отданной тепловому потребителю.
q_кд=0,2436(2997,54-640)=574,29
Внутренний КПД, учитывающий потери энергии за счет необратимости процессов в действительном цикле, рассчитывают по формуле:

.

_i=
Эффективный КПД

_е=0.416*0.94*0.85*0.97*0.98=0.315

Действительный полный расход пара:

.



Действительный расход топлива
В_тд=
Действительный расход охлаждающей воды
М_вд=

Действительный тепловой поток на теплофикацию
Q_тд=574,29*153,94=88406,2 Вт

Коэффициенты использования теплоты пара и топлива в действительном цикле:
К_тп=0,427;

.

К_тт=0,427*0,85=0,363

3. 
   Сравнение комбинированного и раздельного получения электрической энергии и теплоты на теплофикацию в действительном цикле
   

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 (рис.3).

Расход топлива в котельной равен

.

Далее для действительного конденсационного цикла с промежуточным перегревом пара (без учета работы насоса) необходимо найти действительную подводимую и отводимую теплоту, действительную работу цикла, действительный расход пара и топлива.



Рис. 3. Действительный конденсационный цикл с промежуточным перегревом пара


Суммарный расход топлива при раздельном способе получения тепловой и электрической энергии

.

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

,

где - расход топлива в действительном теплофикационном цикле.