Пояснительная записка испр 1 часть 239. Термодинамический расчет цикла паротурбинной установки с отбором пара на теплофикацию. Тепловой и гидрогазодинамический расчет сетевого подогревателя
 Скачать 461.9 Kb.
|
 Министерство образования и науки Российской ФедерацииФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» Уральский энергетический институт Кафедра теплоэнергетики и теплотехники Оценка _______________ Руководитель курсового проектирования _______________________ Члены комиссии _______________________ _______________________ Дата защиты__________________________ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к междисциплинарному курсовому проекту по теме:ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦИКЛА ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ОТБОРОМ ПАРА НА ТЕПЛОФИКАЦИЮ. ТЕПЛОВОЙ И ГИДРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ Вариант №4 Студент Кочегаров Д.А. ________________ (ФИО) (Подпись) Группа ЭНЗ-360031у Екатеринбург 2018 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 Разработал Кочегаров Проверил Реценз. Н. Контр. Утверд. Лит. Листов 34 ЭНЗ-360031у УрФУ ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………………………………………………………………..3 Список обозначений…………………………………………………….…5 Часть 1. Термодинамический расчет цикла……………………………….6 1.1. Расчет теоретического цикла……………………………………….….6 1.2. Расчет удельных количеств подведенной и отведенной теплоты, термического КПД цикла и коэффициента использования теплоты пара...…10 1.3. Расчет расходов пара, топлива, охлаждающей воды в конденсаторе, теплового потока теплофикации……………………………………..…………11 2. Расчет цикла с потерями энергии (действительного цикла)……….…12 3. Сравнение комбинированного и раздельного получения электрической энергии и теплоты на теплофикацию в действительном цикле…………………………………………………………………….………..14 Часть 2. Тепловой расчет теплообменного аппарата……………………16 2.1. Тепловой расчет конденсатора…………………………………….…16 2.2. Тепловой расчет сетевого подогревателя……………………………21 Часть 3. Расчет гидравлического сопротивления теплообменного аппарата..................................................................................................................27 3.1. Гидравлический расчет конденсаторов паровых турбин……….......27 3.2. Гидравлический расчет сетевого подогревателя………………….…29 Заключение…………………………………….…………………………..31 Библиографический список……………………………………………32 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 3 ВВЕДЕНИЕ Теплообмен - учение о самопроизвольном необратимо протекающем процессе распространения теплоты в пространстве. Процессы тепломассообмена сопровождаются химическими реакциями и физическими превращениями (нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и др.). Виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, излучение. Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому, а также для осуществления различных технологических процессов: нагревания, охлаждения, кипения, конденсации и др. Теплообменные аппараты бывают различных типов: контактного типа (смесительные или регенеративные аппараты), поверхностного типа. В теплообменных аппаратах поверхностного типа теплообмен идет через разделительную стенку и, теплоносители не смешиваются (рекуперативные аппараты). Данные аппараты нашли широкое применение в теплоэнергетике для нагрева (охлаждения) воды (пара) в испарителях и конденсаторах. Так же используются для теплообмена двух жидкостей в теплообменниках типа «труба в трубе», данные теплообменные аппараты имеют поверхности нагрева от нескольких квадратных сантиметров до нескольких сотен квадратных метров. Основные требования, предъявляемые к конструкциям теплообменных аппаратов:
Теплообменные аппараты делятся на:
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 регенеративные - аппараты, в которых два или более теплоносителей поочередно соприкасаются с насадкой, причем тепловой поток меняет свое направление на противоположное. По конструкционному оформлению теплообменные аппараты бывают: секционные, ребристые, трубчатые, змеевиковые, оросительные, пластинчатые, спиральные. По виду теплоносителя теплообменные аппараты бывают водо-водяные, пароводяные, газо-воздушные, газо-мазутные. Интенсификацию процесса теплообмена можно осуществить изменением гидродинамических параметров и режима течения жидкости у поверхности теплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсаций потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложение электрических или магнитных полей на поток, предотвращение загрязнения поверхности теплообмена путем сильной турбулизацией потока и т.д. Теплообменные аппараты бывают одноходовыми и многоходовыми. Многоходовые теплообменные аппараты изготавливают для увеличения поверхности теплообмена при меньших габаритах, обеспечивая большую компактность. Также теплообменные аппараты бывают прямоточные, противоточные, перекрестные несмешанные в зависимости от движения теплоносителей в них. Лучшие результаты с точки зрения снижения поверхности нагрева дает противоточное движение, поэтому во всех теплообменных аппаратах, где это возможно, создают противоток движения теплоносителей. СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ ПТУ - паротурбинная тепловая установка; КПД - коэффициент полезного действия. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 ЧАСТЬ 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦИКЛА 1.1. РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ЗАДАНИЕ  Рис. 1. Схема и h – s диаграмма цикла с промежуточным перегревом пара и отбором пара на теплофикацию 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. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 Состояние 1. По начальным параметрам перегретого пара перед турбиной  и  находим удельную энтальпию  , энтропию  и объем  .Так как в таблице даны значения при температурах 450 ºC и 500 ºC, методом интерполяции рассчитаем параметры при заданной температуре :h450ºC=3254 кДж/кг, h500ºC=3386 кДж/кг    s450ºC=6,48 кДж/(кг·К), s500ºC=6,66 кДж/(кг·К)    v450ºC=0,0335 м3/кг, v 500ºC=0,0368 м3/кг    Состояние а. Процесс расширения пара в части высокого давления (ЧВД) носит адиабатный характер, следовательно по давлению  и энтропии (s=const)  определяются параметры пара на входе в промежуточный пароперегреватель в точке а:  ,  ,  .В таблице при давлении 40 бар значение энтропии 6,52 заключено между значениями 6,35 и 6,57, которые соответствуют температурам 300 и 350 ºC. Методом интерполяции рассчитаем параметры при заданной энтропии:    Состояние b. Параметры и функции перегретого пара после промежуточного пароперегревателя перед частью низкого давления (ЧНД) (в точке b) определяются по давлению  и температуре  . Находим удельную энтальпию  , энтропию  и объем  .h450ºC=3329 кДж/кг, h500ºC=3445 кДж/кг   s450ºC=6,93 кДж/(кг·К), s500ºC=7,09 кДж/(кг·К)   v450ºC=0,0800 м3/кг, v 500ºC=0,0864 м3/кг   Состояние 2. Процесс расширения пара в части низкого давления (ЧНД) носит адиабатный характер (s=const)  . По давлению  и энтропии  определяется состояние пара. Вычислим 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  .Температура влажного пара равна температуре насыщения при данном давлении, следовательно,  .Состояние 3. Процесс конденсации пара 2-3 проходит при постоянных давлении и температуре,  ,  . Параметры кипящей воды возьмем из таблицы: удельная энтальпия  , энтропия  и объем  .Состояние О. Так как процесс расширения пара в турбине  адиабатный, то  . По давлению  и энтропии  определяется состояние пара - влажный.Вычислим степень сухости пара из формулы для расчета энтропии влажного пара , где , параметры насыщения при заданном давлении: Энтальпия и удельный объем влажного пара в точке О равны:     где , - параметры кипящей воды; , - параметры сухого насыщенного пара при давлении влажного пара  . Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 11 Состояние  . Процесс является изобарным, поэтому  , а параметры кипящей воды при давлении  находим из таблицы: удельная энтальпия  , энтропия  и удельный объем  .Температура в точке равна температуре насыщения при давлении в отборе: Состояние «пв». В точке «пв» сливаются два потока конденсата - из отбора и конденсатора (давление последнего потока предварительно Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 повышается насосом до давления отбора). Для определения термодинамических функций в данной точке необходимо знать долю каждого потока. Вначале определим долю мощности, вырабатываемой паром, направляемым в отбор:  .  Так как доля мощности, вырабатываемая частью пара, направляемого в конденсатор,  составит  , то расход пара, проходящего через конденсатор, будет равен , а полный расход пара  . Доля пара, направляемого в отбор, определяется как  .где  - полный расход пара,  - расход пара в теплофикационном отборе 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:   Энтальпия питательной воды в точке «пв» находим из теплового баланса слияния потоков конденсата:  Аналогично можно приближенно найти энтропию питательной воды:  Приближенный расчет температуры воды проводится с учетом соотношения  , где  . Найденные параметры и функции сводим в таблицу 1. Таблица 1 - Термодинамические параметры и функции в характерных точках теоретического цикла.
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 13 1.2. 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.Термический КПД цикла  Коэффициент использования теплоты пара  Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 14 1.3. РАСЧЕТ РАСХОДОВ ПАРА, ТОПЛИВА, ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В КОНДЕНСАТОРЕ, ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ТЕПЛОФИКАЦИИ Полный расход пар равен:  Теплота, подводимая к рабочему телу в парогенераторе, выделяется при сгорании топлива. Тогда расход топлива равен:   Теплота, выделяющаяся при конденсации пара, нагревает охлаждающую воду, расход которой  определяется из уравнения баланса теплоты:  Тепловой поток на теплофикацию  Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 2. РАСЧЕТ ЦИКЛА С ПОТЕРЯМИ ЭНЕРГИИ (ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЦИКЛА)  Рис. 2. Действительный теплофикационный цикл в h – s координатах 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.      Энтропии и температуры в этих действительных точках определяются по таблицам путем линейной интерполяции по заданному давлению и рассчитанной энтальпии.   Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 16 Доля отбора в действительном цикле  определяется из совместного решения выражений для мощности установки и действительной работы турбины:     Решив данное уравнение, получим : αод≈0,3 Энтальпия питательной воды в точке «пвд» находим из теплового баланса слияния потоков конденсата:  Аналогично можно приближенно найти энтропию питательной воды:  Параметры и функции во всех точках действительного цикла сводим в таблицу 2. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 Таблица 2 - Термодинамические параметры и функции в характерных точках действительного цикла.
        С учетом механических потерь и потерь в электрогенераторе удельная эффективная работа будет равна  Внутренний КПД, учитывающий потери энергии за счет необратимости процессов в действительном цикле, рассчитываем по формуле:  Эффективный КПД учитывает все потери:  где  - удельное количество подведенной теплоты с учетом потерь в котельной установке.Коэффициенты использования теплоты пара и топлива в действительном цикле:  Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 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. Расход топлива в котельной равен  Суммарный расход топлива при раздельном способе получения тепловой и электрической энергии равен  Экономия топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ по сравнению с раздельной составит  где  - расход топлива в действительном теплофикационном цикле. Рис. 3. Действительный конденсационный цикл с промежуточным перегревом пара Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 19 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
