котлы утелизаторы. РГР Рас11. Расчет котлаутилизатора пгу

• Название: Расчет котлаутилизатора пгу
• Анкор: котлы утелизаторы
• Дата: 24.03.2022
• Размер: 362.96 Kb.
• Имя файла: РГР Рас11.docx
• Тип: Документы; #413343

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВО Рыбинский государственный авиационный

технический университет имени П. А. Соловьева

Кафедра общей и технической физики (ОиТФ)

Расчетно графическая работа

по дисциплине: «Комбинированные энергетические установки»

на тему:

«Расчет котла-утилизатора ПГУ»

Студент гр. ТЭБ –16Гоибназаров Р.Х.

^{дата и подпись}

Преподаватель Емец А.А.

^{дата и подпись}

Рыбинск 2021

Список условных обозначений

номинальная электрическая мощность при работе ГТУ в автономном режиме, МВт;

расход газов после ГТУ (на входе в КУ), кг/с;

расход пара, кг/с;

температура, ^оС;

i – энтальпия, кДж/кг;

S – энтропия, кДж/кг К;

уделный объем, м³/кг;

электрический КПД ГТУ;

P – давление, МПа;

∆Р – напор, МПа;

температурный напор, ^оС;

коэффициент сохранения теплоты в КУ;

относительный внутренний КПД турбины;

теплоемкость воды, кДж/(кг К)

Сокращения

БВД – барабан высокого давления;

БНД – барабан низкого давления;

г – газ;

И – испаритель;

ГПК – газовый подогреватель конденсата;

д– деаэратор;

ИВД – испаритель высокого давления;

ИНД – испаритель низкого давления;

КУ – котел – утилизатор;

ПГУ – парогазовая установка;

ПЕВД – перегреватель высокого давления;

ПЕНД – перегреватель низкого давления;

ПТУ – паротурбинная установка;

ТВД – турбина высокого давления;
ТНД – турбина низкого давления;
ЭКВД – экономайзер высокого давления;
ЭКНД – экономайзер низкого давления.

Содержание

Исходные данные …………………………………………………………………..4

1. Методика расчета…………………... ……………….…………………………5

1. 
   Контур высокого давления……….. ………………..………………………...5
   
2. 
   Контур низкого давления………………………………...……………………6
   

1.3 Расчет ГПК ……………………………….……………………………………..8

1.4 Определение показателей ПТУ и ПГУ…………………………..…………...9

2. Расчет параметров ПГУ с КУ ………………………………… ………………..12

2.1 Расчет контура высокого давления…………………………………………….12

2.2 Расчет контура низкого давления………………………………………………14

2.3 Расчет ГПК……………………………………………………………………….15

2.4 Определение показателей ПТУ и ПГУ ………………………………………...17

3. Построение Q – T – диаграммы…………..……………………………………..18

Список использованных источников………...……………………………………..19

Исходные данные

Номинальная электрическая мощность при работе ГТУ в автономном режиме ;

Расход газов после ГТУ (на входе в КУ) ;

Температура газов при работе ГТУ в автономном режиме

Электрический КПД ГТУ

Давление пара высокого давления на входе в проточную часть турбины высокого давления ;

Давление в деаэраторе

Заданы минимальные температурные напоры:

На входе газов в КУ );

На выходе газов из ИВД ) ;

На выходе газов из ЭКВД );

На выходе газов из ИНД );

Температура конденсата на входе в ГПК принимают равна ;

Подогрев основного конденсата в деаэраторе принимаются равным ;

Коэффициент сохранения теплоты в КУ ,995;

Относительный внутренний КПД турбины высокого давления:

Относительный внутренний КПД турбины низкого давления: ;

КПД механический и электрогенератора:

Теплоемкость воды кДж/кг К.

Задаются потери давления в элементах схемы из диапазонов:

на участке от ПЕВД (ПЕНД) до проточной части ТВД (ТНД) из диапазона 8 - 9% (8,6%), т.е. коэффициент восстановления давления в паропроводе от ПЕНД до входа в проточную часть ТНД равен:

в ПЕВД из диапазона 0,2 – 0,3 Мпа (0,25 Мпа);

в паропроводе между ПНВД и барабаном высокого давления (БВД), а также между ПННД и БНД из диапазона 10 - 15% (12%);

в ЭКВД – 5%;

в паропроводе между ПЕНД и деаэратором из диапазона 5 - 10% (7%);

в ПЕНД из диапазона 0,04 – 0,05 Мпа (0,045 Мпа).

1. 
   Методика расчета
   

1.1 Контур высокого давления

В соответствии с перечисленными выше потерями определяются давления:

— после ПЕВД:

— в БВД:

— за ПНВД:

— за ЭКВД:

По температуре определяется энтальпия газов перед КУ (за ГТУ) по приведенным в приложении Пi —номограммам для коэффициента избытка воздуха α=4, если не задана более точная величина α:

⁰ К; ккал/кг.

По давлению в барабане высокого давления (БВД) по таблицам приложения Б находятся:

— температура насыщения ВД

— энтальпия кипящей жидкости в БВД кДж/кг;

— энтальпия сухого насыщенного пара в БВД кДж/кг.

Температура питательной воды за ЭКВД (по доп. 13):

Энтальпия питательной воды за ЭКВД находится по формуле:

кДж/кг.

Температура газов перед ЭКВД:



Энтальпия газов перед ЭКВД (за ИВД) определяется по Пi —номограммам:

ккал/кг.

Температура пара после ПЕВД (по доп. 7):

.

Энтальпия пара после ПЕВД определяется по приложению Б по давлению и температуре . Она равна энтальпии пара ВД на входе в проточную часть ТВД:

кДж/кг.

Составляется уравнение теплового баланса поверхностей нагрева (ИВД+ПЕВД):



Из которого определяется расход пара через ПЕВД, равный расходу в голову ТВД D_OBD :

кг/с.

Из уравнения энергии для ИВД, записанного в виде



определяется энтальпия газов за ПЕВД (перед ИВД):

ккал/кг.

Температура газов за ПЕВД определяется по Пi-номограммам для по найденной энтальпии:

По давлению в деаэраторе (Р_д ) по приложению Б определяется температура насыщения в деаэраторе , энтальпия кипящей жидкости после деаэратора ( перед ПНВД ) кДж/кг, а также удельный объем питательной воды за деаэратором м³/кг.

Напор ПНДВ: Мпа.

Определяем повышение энтальпии воды в питательном насосе ВД:

,

Принимая КПД насоса равным 0,8 из диапазона 0,78-0,82: кДж/кг.

Энтальпия питательной воды после ПНВД (перед ЭКВД):

кДж/кг.

Из уравнения энергии для ЭКВД, записанного в виде

,

определяется энтальпия газов за ЭКВД (перед ПЕНД):

ккал/кг.

По последней энтальпии по Пi —номограммам при находится температура газов перед ПЕНД (за ЭКВД): .

2. 
   Контур низкого давления
   

Рассчитываются давления:

• 
  за ПЕНД: МПа;
  
• 
  в БНД: МПа;
  
• 
  за ПННД : МПа;
  
• 
  на входе в проточную часть ТНД:
  

МПа.

По давлению в барабане низкого давления (БНД) находятся:

— температура насыщения в БНД

— энтальпия кипящей жидкости в БНД кДж/кг;

— Энтальпия сухого насыщенного пара в БНД

кДж/кг.

Напор ПННД: МПа.

Определяем повышение энтальпии воды в питательном насосе НД:

,

принимая КПД насоса равным 0,8 из диапазона 0,78-0,82 кДж/кг.

Энтальпия питательной воды после ПННД (на входе в ИНД):

кДж/кг.

Температура питательной воды после ПННД определяется по найденным энтальпии и давлению в этом месте схемы по формуле:

.

Температура газов за ИНД (перед ГПК) в соответствии с допущением:

.

По этой температуре по Пi —номограммам при находится энтальпия газов перед ГКП: ккал/кг.

В соответствии с допущением 9 определяется температура пара после ПЕНД , а по этой температуре и давлению пара за ПЕНД по таблицам (Б) находится энтальпия пара после ПЕНД: кДж/кг.

Из уравнения энергии, записанного для ПЕНД+ИНД в виде

,

определяется расход пара после ПЕНД:

кг/с.

Из уравнения энергии для ИНД определяется энтальпия газов за ПЕНД (перед ИНД):

ккал/кг.

По этой энтальпии по Пi —номограммам находится температура газов перед

2. 
   Расчет ГПК
   

По принятой в допущении температуре конденсата на входе в ГКП (60 ) и давлению за конденсатным насосом (0,5 МПа) по таблицам находится его энтальпия: кДж/кг:

По принятому нагреву питательной воды в деаэраторе ( находится температура конденсата за ГКП:

,

и по ней по таблицам – энтальпия конденсата за ГКП:

кДж/кг

По принятому давлению в конденсаторе (8 кПа) по таблицам находится температура конденсата за конденсатором и его энтальпия 173,85 кДж/кг.

Записывается уравнение энергии для деаэратора:

,

из которого находятся расход пара ПЕНД в деаэратор:

кг/с.

Расход пара из ПЕНД в турбину НД:

кг/с.

Расход конденсата из конденсатора:

кг/с.

Записывается уравнение энергии при смешении потоков и перед ГПК: и из него определяется расход конденсата через насос рециркуляции:



Расход конденсата через ГКП:

кг/с.

Из уравнения энергии для ГПК:

,

определяется энтальпия уходящих газов :



Температура уходящих газов, определяется по Пi —номограммам при , , оказывается приемлемой.

Примерная величина КПД КУ: .

2. 
   Определение показателей ПТУ и ПГУ
   

Энтальпии пара ВД и НД на входе в проточную часть турбины равны энтальпиям за ПЕВД и за ПЕНД. Они найдены ранее и равны соответственно: кДж/кг; кДж/кг.

По энтальпии и давлению по iS-диаграмме водяного пара [2] находится энтропия пара на входе в проточную часть ТВД

кДж/кг.К.

Энтальпия в конце идеального (изоэнтропного) расширения пара по в ТВД до давления :

кДж/кг.

Действительный теплоперепад ТВД:

кДж/кг.

Энтальпия пара в конце действительного процесса расширения в ТВД:

кДж/кг.

Записывается уравнение энергии при смешении потока пара после ТВД с потоком пара на входе в ТНД:





из которого определяется энтальпия смеси:

кДж/кг.

Энтропия пара смеси на входе в ТНД по iS – диаграмме водяного пара:

кДж/кг К.

Энтальпия в конце идеального (изоэнтропного) расширения в ТНД по i, S - диаграмме водяного пара:

кДж/кг.

Действительный теплоперепад ТНД:

кДж/кг.




Рис. 2. i, S-диаграмма процесса расширения пара в турбине


Электрическая мощность ТВД:

 МВт.

Электрическая мощность ТНД:

МВт.

Электрическая мощность ПГУ:

МВт.

Тепло, подведенное с топливом в камере сгорания ГТУ:

МВт.

КПД ПГУ:



Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии в ПГУ:

кг.у.т/(кВт ч).

2. 
   Расчет параметров ПГУ с КУ
   
   1. 
      Расчет контура высокого давления
      

Определим давления:

• 
  после ПЕВД:
  
• 
  в БВД:
  
• 
  за ПНВД:
  
• 
  за ЭКВД:
  

По температуре определяется энтальпия газов перед КУ (за ГТУ) по Пi —номограммам для коэффициента избытка воздуха :





По давлению в барабане высокого давления (БВД) по таблицам насыщенного водяного пара находятся:

— температура насыщения ВД ;

— энтальпия кипящей жидкости в БВД

— энтальпия сухого насыщенного пара в БВД 2802 кДж/кг.

Температура питательной воды за ЭКВД

.

Энтальпия питательной воды за ЭКВД:

.

Температура газов перед ЭКВД:

.

Энтальпия газов перед ЭКВД (за ИВД) определяется по Пi —номограммам:

.

Температура пара после ПЕВД:

.

Энтальпия пара после ПЕВД определяется по давлению и температуре. Она равна энтальпии пара ВД на входе в проточную часть ТВД:

.

Составляем уравнение теплового баланса поверхностей нагрева (ИВД+ПЕВД):

,

из которого определяется расход пара через ПЕВД, равный расходу в голову ТВД :



Из уравнения энергии для ИВД, записанного в виде



определяется энтальпия газов за ПЕВД (перед ИВД):



Температура газов за ПЕВД определяется по Пi —номограммам для

по найденной энтальпии:



По давлению в деаэраторе (Р_Д) определяется температура насыщения в деаэраторе энтальпия кипящей жидкости после деаэратора (перед ПНВД) , а также удельный объем питательной воды за деаэратором м³/кг.

Напор ПНВД:



Определяем повышение энтальпии воды в питательном насосе ВД:



принимая КПД насоса равным 0,8 из диапазона 0,78-0,82:



Энтальпия питательной воды после ПНВД (перед ЭКВД):



Из уравнения энергии для ЭКВД, записанного в виде

;

определяется энтальпия газов за ЭКВД (перед ПЕНД):



По последней энтальпии по Пi —номограммам для находится температура газов перед ПЕНД (за ЭКВД):

2. 
   Расчет контура низкого давления
   

Рассчитываются давления:

— за ПЕНД:

— в БНД:

— за ПННД:

— на входе в проточную часть ТНД:



По давлению в барабане низкого давления (БНД) по таблицам насыщенного водяного пара находятся:

— температура насыщения в БНД

— энтальпия кипящей жидкости в БНД

— энтальпия сухого насыщенного пара в БНД

Напор ПННД:



Определяем повышение энтальпии воды в питательном насосе НД, принимая КПД насоса равным 0,8 из диапазона 0,78-0,82:



Энтальпия питательной воды после ПНВД (на входе в ИНД):



Температура питательной воды после ПННД определяется по найденным энтальпии и давлению в этом месте схемы по формуле:



Температура газов за ИНД (перед ГПК):



По этой температуре по Пi —номограммам для находится энтальпия газов перед ГПК:

Далее определяется температура пара после ПЕНД а по этой температуре и давлению пара за ПЕНД по таблицам находится энтальпия пара после ПЕНД:



Из уравнения энергии, записанного деля ПЕНД+ИНД в виде



Определяется расход пара после ПЕНД:



Из уравнения энергии для ИНД определяется энтальпия газов за ПЕНД (перед ИНД):



- и по этой энтальпии по Пi —номограммам находятся температура газов перед ИНД:

.

Расчет ГПК

По принятой в допущении температуре конденсата на входе в ГКП (60 ) и давлению за конденсатным насосом (0,5 МПа) по таблицам находится его энтальпия:

По полученному значению нагрева питательной воды в деаэраторе ( находится температура конденсата за ГПК:

.

По принятому в допущении давлению в конденсаторе (8 кПа) по таблицам находится температура конденсата за конденсатором и его энтальпия

.

Записывается уравнение энергии для деаэратора:

,

Из которого находится расход пара ПЕНД в деаэратор:



Расход пара из ПЕНД в турбину НД:

.

Расход конденсата из конденсатора:

.

Записывается уравнения энергии при смешении потоков и перед ГПК , и из него определяется расход конденсата через насос рециркуляции:





Расход конденсата через ГПК:



Из уравнения энергии для ГПК:



Определяется энтальпия уходящих газов:



Температура уходящих газов, определенная по Пi —номограммам для .

Примерная величина КПД КУ:

3. 
   Определение показателей ПТУ и ПГУ
   

Энтальпии пара ВД и НД на входе в проточную часть турбины равны энтальпиям за ПЕВД и за ПЕНД. Они найдены ранее и равны соответственно ; .

По энтальпии и давлению на iS-диаграмме водяного пара находится энтропия пара на входе в проточную часть ТВД S_ОВД =6,936 кДж/кг К.

Энтальпия в конце идеального (изоэнтропного) расширения пара в ТВД по давления Р_ОНД:

S_ОВД; Р_ОНД)=2943 кдж/кг.

Действительный теплоперепад ТВД:

.

Записывается уравнение энергии при смешении потока пара после ТВД с потоком пара на входе в ТНД:

,

Из которого определяется энтальпия смеси:



Энтропия пара смеси на входе в ТНД:

Р_ОНД, )=6,797 кДж/(кг .

Энтальпия в конце идеального (изоэнтропного) расширения в ТНД:

.

Действительный теплоперепад ТНД:

.

Электрическая мощность ТВД:

.

Электрическая мощность ТНД:

.

Электрическая мощность ПГУ:

.

.

Тепло подведенное с топливом в камере сгорания ГТУ:

.

КПД ПГУ:

3 Построение Q-T- диаграммы

Тепловосприятие водой и паром в поверхностях нагрева КУ:

• 
  в ГПК = КВт;
  
• 
  в ИНД КВт;
  
• 
  в ПЕНД = КВт;
  
• 
  в ЭКВД = КВт;
  
• 
  в ИВД = КВт;
  
• 
  в ПЕВД = КВт.
  

Рисунок 2. Q-T- диаграмма двухконтурного КУ в численном примере.

Список использование источников

1. 
   Бродянский, В. М. Эксергетический метод и его положения. [Текст]: /В. М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек-М.: Энергоатомиздат, 1988-288 с.
   
2. 
   Гохштейн, Д. П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок. [Текст]: / Д. П. Гохштейн – М.: Энергия, 1969.
   
3. 
   Дорбодеев, А. В. Математическая модель термодинамических свойств реактивных и автотракторных топлыв [Текст] /А.В. Добродеев //Известия вузов. Авиационная техника. 2002.№4.с. 67-69.
   
4. 
   Александров, А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара [Текст] /А.А. Александров, Б.А. Григорьев. –М. Изд. МЭИ, 1999.-168 с.