Расчет паротурбинной установки, работающей по циклу Ренкина

Расчет паротурбинной установки, работающей по циклу Ренкина

Введение

В современной теплоэнергетике широко используются паросиловые установки. Наибольшее распространение получили стационарные паротурбинные установки (ПТУ) тепловых электрических станций (ТЭС), на долю которых приходится более 80% вырабатываемой в стране электроэнергии.

Эти установки работают по циклу, предложенному шотландским инженером и физиком Ренкиным. В качестве рабочего тела в цикле используют водяной пар, который в различных элементах схемы ПТУ изменяет своё состояние вплоть до полной конденсации. В области близкой к сжижению свойства паров сильно отличаются от идеального газа, что исключает возможность применения уравнений и законов идеальных газов для паров. В этом случае процессы и циклы рассчитывают при помощи таблиц и диаграмм водяного пара.

Целью данной работы является более глубокое самостоятельное изучение студентами раздела "Цикла паровых установок".

Студенты должны овладеть навыком работы с hs - диаграммой и таблицей свойств водяного пара, научится определять по ним параметры пара различного состояния, уметь исследовать и анализировать циклы с помощью диаграмм.

Задание

Для паротурбинной установки (ПТУ), работающей по обратимому (теоретическому) циклу Ренкина, расчетом определить:

параметры воды и пара в характерных точках цикла,

количества тепла, подведенного в цикле,

количество отведенного тепла в цикле

работу, произведенную паром в турбине

работу, затраченную на привод питательного насоса,

работу, совершенную в цикле

термический КПД цикла,

теоретические удельные расходы пара и тепла на выработку электроэнергии.

Расчет выполнить при заданных параметрах острого пара в перед турбиной и одинаковом значении давления пара в конденсаторе  для четырех случаев:

) ПТУ работает на сухом насыщенном паре с начальным давление ;

) ПТУ работает на перегретом паре с начальными параметрами , ;

) ПТУ работает на перегретом паре начальным давлением  и , но при этом используется вторичный перегрев пара до температуры  при давлении .

) ПТУ работает на перегретом паре с давлением  и , но при этом используется регенерация с одним отбором пара при давлении отбора .

паротурбинная установка цикл тепло

Таблица 1 - Исходные данные.

ПТУ работает на сухом насыщенном паре.

Структурная схема ПТУ:

где

ПГ - парогенератор;

ПТ - паровая турбина;

ЭГ - электрогенератор;

К - конденсатор;

ПН - питательный насос.

Процесс парообразование в ,  и  диаграммах, выглядит следующим образом:

а) в  - диаграмме, б) в  - диаграмме, в) в  - диаграмме;

-2 - адиабатное расширение пара в турбине;

-3 - изобарно-изотермическая конденсация влажного пара в конденсаторе (; );

-3’ - адиабатное сжатие воды в насосе, т.к. вода практически не сжимается, этот процесс можно считать и изохорным (данный процесс показан только на  - диаграмме);

(3’)-4 - изобарный процесс - подогрева воды в экономайзере парогенератора ();

-1 - изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе (; ).

Таблица 2 - Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на сухом насыщенном паре.

Параметры определяются по  - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения определяется величиной располагаемого теплового перепада :

Если пренебречь работой, затраченной на сжатие в насосе, будем считать, что полученная в цикле работа равна работе, совершаемой паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного  электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

II. ПТУ работает на перегретом паре.

Структурная схема ПТУ

Где

ПГ - парогенератор;

ПП - пароперегреватель;

ПТ - паровая турбина;

ЭГ - электрогенератор;

К - конденсатор;

ПН - питательный насос.

Процесс парообразование в ,  и  диаграммах, выглядит следующим образом:

Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре.

Таблица 3 - Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре.

Параметры определяются по  - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения:

Работа, совершаемая паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного  электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

III. ПТУ работает на перегретом паре с вторичным перегревом.

В этом цикле используется многоступенчатую турбину, состоящую из цилиндра высокого давления и нескольких низкого давления. Пар из парового котла направляется сначала в цилиндр высокого давления, где расширяясь, совершает работу. После этого пар возвращается в паровой котел (промежуточный пароперегреватель), где осушается и нагревается до более высокой температуры (но уже при более низком и постоянном давлении) и поступает в цилиндр низкого давления, где, продолжая расширяться, снова совершает работу.

Процесс парообразование в ,  и  диаграммах, выглядит следующим образом:

Таблица 4 - Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре с вторичным перегревом.

Параметры определяются по  - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в адиабатном процессе расширения:

Работа, совершаемая паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного  электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

IV. ПТУ работает на перегретом паре, при этом используется регенерация с одним отбором пара.

В данном цикле используется отработавший пар для подогрева воды, полученной после конденсации основного парового потока. При этом конденсат греющего пара смешивается с основным потоком питательной воды.

Процесс парообразование в ,  и  диаграммах, выглядит следующим образом:

Таблица 5 - Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом паре при этом используется регенерация с одним отбором пара.

Параметры определяются по  - диаграммам и таблицам свойств воды и водяного пара [С.Л. Ривкин].

Доля отобранного пара:

где  - энтальпия пара, отбираемого из турбины;

 - энтальпия конденсата при давлении отбора.

Полезная работа в регенеративном цикле:

Количество теплоты подведенной в данном цикле:

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

Работа, совершаемая паром в турбине:

Термический КПД цикла Ренкина:

Теоретический удельный расход пара  необходимый для выработки одного  электроэнергии:

Теоретический удельный расход тепла , необходимый для выработки одного :

Сравнение циклов паротурбинной установки.

Таблица 6 - Результаты расчетов.

Цикл паротурбинной установки

на сухом насыщенном паре

На перегретом паре

с вторичным перегревом пара

с регенератив. отбором

Количество подведенной теплоты

2642,712805,113210,112359,79

Количество отведенной теплоты

1686,611776,612025,511776,61

Полученная работа в цикле

956,11028,51184,6925,0696

Теоретический удельный расход пара

3,7653,53,0393,892

Теоретический удельный расход тепла

9949,8039817,8859755,5249184,303

Термический КПД цикла,

0,360,370,370,39

Вывод

Рассчитав паротурбинную установку, работающую по циклу Ренкина, видно, что термический кпд таких установок очень низок (около 40%). Но так как термический вид энергии очень распространен, необходимо искать методы повышения кпд ПТУ. В данной работе мы увидели три способа повышения термического кпд. Комбинируя эти методы можно повысить кпд на 10-20%, что делает данный способ получения энергии более перспективным.