Расчет работы тепловых электростанций
Задача № 1
Условие задачи
Водяной пар с начальным давлением р1=3 Мпа и
степенью сухости х1=0,95 поступает в пароперегреватель, где его
температура повышается на Δt=2350С; после
перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления р2=3
кПа. Определить (по hs-диаграмме) количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему
в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара х2
в конце расширения. Определить также термический КПД цикла. Определить работу
цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар
дросселируется до давления р1=0,5 МПа.
Решение
Рисунок 1 - Т,s и h,s - диаграммы цикла Ренкина на перегретом
паре
Цикл Ренкина на перегретом паре характеризуется наличием
дополнительного перегрева по линии 6-1.
Удельное количество теплоты на перегрев пара qп будет определяться разностью энтальпий в т.1 и в т.6.
qп=h6-h1=3350-2720=630 кДж/кг
Работа цикла Ренкина
По h,s-диаграмме находим х2=0,845
Термический КПД цикла определяется по формуле
Где h3 - энтальпия кипящей воды
Расширение пара при дросселировании является адиабатным процессом
и изображается в hS - диаграмме вертикальной линией между
изобарами р1 (исходное состояние) и (после дросселирования). Работа дросселирования
Степень сухости пара -
Задача
№ 2
Условие задачи
Определить поверхность нагрева рекуперативного
газо-воздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения
теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных
условияхVн=4*10-3
м3/ч, средний коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к
воздуху К=21 Вт/м2*К, начальные и конечные температуры продуктов
сгорания и воздуха соответственно t’1=6000С, t’’1=4000С,
t’2=200С,
t’’2=3000С.
Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.
Решение
Рисунок 2 - Схемы движения теплоносителей в теплообменниках:
а - противоток, б - прямоток
Массовый расход воздуха
Где
Тепловой поток , получаемый холодным воздухом, можно рассчитать через разность
энтальпий
Где теплоемкость воздуха при соответствующих температурах
Противоточная схема
Площадь поверхности нагрева
Прямоточная схема
Площадь поверхности нагрева
Задача № 3
Условие задачи
Определить часовой расход натурального и условного топлив,
если известны параметры вырабатываемого котельной установкой пара рп. п. =1,4
МПа и tп. п. =2400С, производительность котлоагрегата D=10 т/ч, потеря теплоты с
уходящими газами q2=7,8% и температура питательной воды tп. в=1000С. Вид
топлива - донецкий уголь газовый.
Решение
. Часовой расход натурального топлива
Где энтальпия перегретого пара и питательной воды;
;
- низшая теплота сгорания топлива;
коэффициент полезного действия:
Где потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %;
потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %;
потери теплоты от наружного охлаждения котлоагрегата, %;
2. Часовой расход условного топлива
Задача № 4
Условие задачи
Определить часовой расход пара D (кг в ч) и удельный
расход пара d
(кг/кВт*ч) на конденсационную паровую турбину, работающую без регенерации
теплоты, по заданной электрической мощности турбогенератора Nэл=140 МВт, давлению р1=8,5
МПа и температуре t1=5000С перегретого пара перед турбиной и относительному
внутреннему КПД турбины ηoi=0,79. Давление пара в
конденсаторе принять равным р2=4 кПа.
Механический КПД турбины ηu и КПД электрогенератора ηм=0,99. Определить также степень сухости пара в конце
теоретического и действительного процессов расширения и абсолютный
электрический КПД турбогенератора.
Мощностью привода питательного насоса пренебречь.
Решение
. Удельный расход пара
Где энтальпия пара перед турбиной;
2. Часовой расход пара
где ,
3. Степень сухости пара в конце теоретического и
действительного процессов расширения
Адиабатное расширение пара в турбине по линии 1-2 является
теоретическим, степень сухости в этом случае равна (по hS-диаграмме). Действительный цикл
сопровождается неизбежными потерями, вследствие чего удельный расход пара и
тепла увеличивается на трение. Работа трения превращается в тепло, повышающее
энтальпию пара в конечном состоянии.
Степень сухости пара действительного процесса также определим по hS-диаграмме.
Рисунок 3 - hS-диаграмма
4. Абсолютный электрический КПД турбогенератора
термический КПД
Где энтальпия кипящего конденсата
Задача № 5
Условие задачи
На ТЭЦ установлены две турбины (рисунок 1), № 1 -
конденсационная мощностью Nэ1=150 МВт, работающая по циклу Ренкина при давлении и
температуре пара на входе рп. п. =8 МПа и tп. п. =5400С
Давление отработавшего в турбине пара рк=3,4 кПа.
№ 2 - работает при тех же начальных параметрах пара р. п. п.
и tп. п., но с
противодавлением ротб=1,8 Мпа с отпуском пара Дотб=100 кг/с. Внутренний
относительный КПД ηoi1=0,82, ηoi2=0,75.
Определить:
. Количество теплоты, отпускаемой внешним потребителям,
принимая, что конденсат от потребителей возвращается с температурой 700С
(hвк=293 кДж/кг);
. Мощность турбины с противодавлением;
. Суммарную мощность и часовую выработку электроэнергии при
полной нагрузке турбин;
. Полный часовой расход топлива на ТЭЦ;
. Удельный расход удельного топлива на 1 кВтч при
комбинированной выработке.
Принять для турбин №№ 1 и 2 механический КПД ηм=0,995; КПД электрогенератора ηг=0,99; КПД котельной
установки ηк. у. =0,90; КПД теплового
потока ηт.п. =0,98. В качестве топлива на ТЭЦ считать условное топливо с
теплотворной способностью Qрн=29300 кДж/кг.
Решение
тепловая электростанция топливо давление
Рисунок 4 - ТЭЦ
-паровой котел; 2-турбина с противодавлением;
3-конденсационная турбина; 4,5-электрогенераторы; 6-конденсатор;
7,8-конденсатные насосы; 9-рег. Подогреватель; 10-питательный насос;
11-тепловые потребители.
. Количество теплоты, отпускаемой внешним потребителям
Мощность турбины с противодавлением
Где часовой расход пара
удельный расход пара;
кг/с
3 Суммарная мощность и часовая выработка электроэнергии при полной
нагрузке турбин
Полный часовой расход топлива на ТЭЦ
Количество тепла, сообщенное пару в котельной
Где
(по hS-диаграмме)
Часовой расход топлива
. Удельный расход условного топлива на 1кВт при комбинированной выработке