Аналіз циклу паротурбінної установки

Завдання

Паротурбіннаустановка потужністю N Е працює при початкових параметрах p 1 ,t 1 і кінцевому тиску пари p до .Вихідні дані для розрахунків вибираються за номером варіанта в табл. В«Вихіднідані В».

1.Завихідним даним розрахувати характеристичні точки ідеального ідійсного циклів Ренкіна. Результати розрахунків представити в табл. 2.

Заданими табл. 2 побудувати в Ts-координатахідеальний і дійсний цикли простий ПТУ. Розрахувати основніхарактеристики циклів, перераховані в табл. 2.

2.Розрахуватихарактеристичні точки дійсного циклу ПТУ із зміненим параметром.Побудувати в Ts-координатахпервісний дійсний цикл із зміненим параметром.

Побудуватив hs-діаграмі процеси розширення парив турбіні для початкового циклу і зі зміненим параметром. Розрахуватиосновні характеристики циклу із зміненим параметром.

3.Розрахуватитеплової та ексергетичний баланси дійсного циклу простий ПТУ. Побудуватидіаграми теплових і ексергетичної потоків в установці.

4.Розрахуватиосновні характеристики установки, що працює по дійсному циклу тамає n регенеративнихпідігрівачів при тиску у відборах p 111 ,p 112 ,p 113 .Розрахувати тепловий і ексергетичний баланси регенеративного циклу ПТУ.Побудувати діаграми теплових і ексергетичної потоків.

Всірезультати розрахунків представити у зведеній табл. 2.

N Е = 110МВт

р 1 = 9МПа

t 1 = 500 Лљ С

р К = 0,010МПа

О· oi T = 0,85

О· oi H = 0,80

О· ка = 0,82

Q H P = 38МДж/кг

О”t 1 =+15%

p 111 = 1,0МПа

p 113 = 0,20МПа

Розрахунокпараметрів точок ідеального і

дійсного циклів ПТУ

1- Перегріта пара

v 1 = 0,0368м 3 /кг

h 1 = 3387,3кДж/кг

s 1 = 6,6601кДж/(кг * К)

2а- Вологий насичений пар

t 2 = 45,81 Лљ C

v ' 2а = 0,0010103м 3 /кг v '' 2а = 14,671м 3 /кг

h ' 2а = 191,81кДж/кг h '' 2а = 2583,9кДж/кг

s ' 2а = 0,6492кДж/(кг * К) s '' 2а = 8,1489кДж/(кг * К)

x 2a = (s-s ')/(s''-s') x 2a = (6,6601-0,6492)/(8 ,1489-0, 6492) = 0,801

v 2a = v ' 2a * (1-x 2a ) + v'' 2a * x 2a v 2a = 11,759 м 3 /кг

h 2a = h ' 2a * (1-x 2a ) + h'' 2a * x 2a h 2a = 2109,035кДж/кг

2д- Вологий насичений пар

h 2 д = h 1 -О· oi T * (h 1 -h 2a )

h 2 д = 2300,77кДж/кг

x 2 д = 0,882

v 2д = 12,940м 3 /кг

s 2д = 7,264кДж/(кг * К)

3- Кипляча рідина

x 3 = 0

v 3 = v ' 2 = 0,0010103м 3 /кг

h 3 = h ' 2 = 191,81кДж/кг

s 3 = s ' 2 = 0,6492кДж/(кг * К)

4a- Рідина

s i = 0,5689 кДж/(кг * К) t (s i ) = 40 Лљ C

s i +1 = 0,6996кДж/(кг * К) t (s i +1 ) = 50 Лљ C

t 4a (s = 0,6492) = 46,14 Лљ C = 319,14 K

t i = 40 Лљ C v (t i ) = 0,0010039м 3 /кг

t i +1 = 50 Лљ C v (t i +1 ) = 0,0010082м 3 /кг

v 4a (t = 46,14) = 0,00100654 м 3 /кг

t i = 40 Лљ C h (t i ) = 175,5кДж/кг

t i = 40 Лљ C h (t i ) = 217,1кДж/кг

h (t = 46,14) = 201,04кДж/кг

4д- Рідина

h 4 д = h 3 + (h 4a -h 3 ) /О· oi H

h 4 д = 203,35кДж/кг

h i = 175,5 кДж/(кг * К)

t (s i ) = 40 Лљ C

h i +1 = 217,1 кДж/(кг * К) t (s i +1 ) = 40 Лљ C

t 4 д (h = 203,25) = 46,96Лљ C = 319,96 K

t i = 40 Лљ C

v (t i ) = 0,0010039 м 3 /кг

t i +1 = 50 Лљ C

v (t i +1 ) = 0,0010082 м 3 /кг

v 4 д (t = 46,96) = 0,0010066м 3 /кг

t i = 40 Лљ C

s (t i ) = 0,5689 кДж/(кг * К)

t i +1 = 50 Лљ C

s (t i +1 ) = 0,6996 кДж/(кг * К)

s 4д (t = 46,96) = 0,6599кДж/(кг * К)

5- Кипляча рідина

t 5 = 303,35 Лљ C = 576,35K

v 5 = v ' 5 = 0,0014181м 3 /кг

h 5 = h ' 5 = 1363,6кДж/кг

s 5 = s ' 5 = 3,2866кДж/(кг * К)

6- Сухий насичений пар

t 6 = 303,35Лљ C = 576,35 K

v 6 = v'' 6 = 0,02077м 3 /кг

h 6 = h'' 6 = 2742,9кДж/кг

s 6 = s'' 6 = 5,6790кДж/(кг * К)

паротурбінний установка тепловоїексергетичний потік

Зарозрахованим даними складається таблиця

Ідеальнийцикл ПТУ

q 1 = h 1 -h 4 a = 3387,3-201,04 = 3186 , 26кДж/кг

q 2 = h 2a -h 3 = 2109,035-191,81 = 1917,23 кДж/кг

l Т =h 1 -h 2a = 3387,3-2109,035 = 1277,97 кДж/кг

l H = h 4a -h 3 = 201,04-191,81 = 9,23кДж/кг

l ц = l T -l H = 1277,97-9,23 = 1268,74кДж/кг

О· t = (q 1 -q 2 )/q 1 = (3186,26 - 1917,23)/3186,26 = 0,3983

D = N 0 /(h 1 -h 2a ) = N е. /(H 1 -h 2a )/О· М /О· Г = 110/1277, 97/0, 98/0, 99 = 88,718кг/с

d Е = 3600 * D/N Е = 3600 * 88,718/110 = 2,903кг/(кВт * год)

Q 1 = D * q 1 = 88,718 * 3186,26 = 282,679МВт

q T = 3600 * Q 1 /N Е = 3600 * 282,679/110 = 9,251МДж/(кВт * год)

B = Q 1 /(О· ка * Q H P ) = 282,679/(0,82 * 38) = 9,072кг/с

b Е = 3600 * B /N Е = 3600 * 9,072/110 = 0,297кг/(кВт * год)

Q 2 = q 2 * D = 1917,23 * 88,718 = 170,093МВт

О· oi = l ц д /l ц а = 1

О· Е = N Е /Q 1 = 110/282, 679 = 0,3891

О· i = (q 1 -q 2 )/q 1 = (3186,26 - 1917,23)/3186,26 = 0,3983

Дійснийцикл ПТУ

q 1 = h 1 -h 4д = 3387,3-203,35 = 3183,95кДж/кг

q 2 = h 2д -h 3 = 2300,77-191,81 =2108,96 кДж/кг

l Т =(H 1 -h 2а ) *О· oi T = (3387,3-2109,035) * 0,85 = 1086...,53кДж/кг

l H = (h 4а -h 3 ) /О· oi Н = (201,04-191,81)/0,8 = 11,54кДж/кг

l ц = l T -l H = 1086,53-11,54 = 1074,99кДж/кг

О· t = (q 1 -q 2 )/q 1 = (3183,95 - 2108,96)/3183,95 = 0,3376

D = N i /(h 1 -h 2д ) = N е. /(H 1 -h 2д )/О· М /О· Г = 110/1086, 53/0, 98/0, 99 = 104,349кг/с

d Е = 3600 * D/N Е = 3600 * 104,349/110 = 3,415кг/(кВт * год)

Q 1 = D * q 1 = 104,349 * 3183,95 = 332,242МВт

q T = 3600 * Q 1 /N Е = 3600 * 332,242/110 = 10,873МДж/(кВт * год)

B = Q 1 /(О· ка * Q H P ) = 332,242/(0,82 * 38) = 10,662кг/с

b Е = 3600 * B /N Е = 3600 * 10,662/110 = 0,349кг/(кВт * год)

Q 2 = q 2 * D = 2108,96 * 104,349 = 220,068МВт

О· Е = N Е /Q 1 = 110/332, 242 = 0,3311

О· i = (q 1 -q 2 )/q 1 *О· oi = (3183,95-2108,96)/3183,95 * 0,8473 = 0,2860

N i = D * (h 1 -h 2д ) = 104,349 * 1086,53 = 113,378МВт

Розрахунокпараметрів точок циклу ПТУ із зміненим параметром

t 1 = 500 * 1,15 = 575Лљ C = 848K

1- Перегріта пара

t i = 570 Лљ C v (t i ) = 0,04109м 3 /кг

t i +1 = 580Лљ C v (t i +1 ) =0,04168 м 3 /кг

v 1 (t = 575) = 0,041385м 3 /кг

t i = 570 Лљ C s (t i ) = 6,8752кДж/(кг * К)

t i +1 = 580 Лљ C s (t i +1 ) =6,9040 кДж/(кг * К)

s 1 (t = 575) = 6,8896 кДж/(кг * К)

t i = 570 Лљ C h (t i ) = 3561,0кДж/кг

t i +1 = 580 Лљ C h (t i +1 ) =3585,4 кДж/кг

h 1 (t = 575) = 3573,2кДж/(кг * К)

2а- Вологий насичений пар

t 2 = 45,81 Лљ C

v ' 2а = 0,0010103м 3 /кг

v '' 2а = 14,671м 3 /кг

h ' 2а = 191,81кДж/кг

h '' 2а = 2583,9кДж/кг

s ' 2а = 0,6492кДж/(кг * К) s '' 2а = 8,1489кДж/(кг * К)

x 2a = (6,8896-0,6492)/(8,1489-0,6492) = 0,832

v 2a = v ' 2a * (1-x 2a ) + v'' 2a * x 2a

v 2a = 12,206 м 3 /кг

h 2a = h ' 2a * (1-x 2a ) + h'' 2a * x 2a

h 2 a = 2182,03кДж/кг

2д- Вологий насичений пар

h 2 д = h 1 -О· oi T * (h 1 -h 2a )

h 2 д = 2390,71кДж/кг

x 2 д = 0,919

v 2д =13,483 м 3 /кг

s 2д = 7,541кДж/(кг * К)

Зарозрахованим даними складається таблиця 2

Дійснийцикл ПТУ c зміненим параметром

q 1 = h 1 -h 4д = 3573,2-203,35 = 3369,85 кДж/кг

q 2 = h 2д -h 3 = 2390,71-191,81 =2198,9 кДж/кг

l Т =(H 1 -h 2а ) *О· oi T = (3573,2-2182,03) * 0,85 = 1182,49кДж/кг

l H = (h 4а -h 3 ) /О· oi Н = (201,04-191,81)/0,8 = 11,54кДж/кг

l ц = l T -l H = 1182,49-11,54 = 1170,95кДж/кг

О· t = (q 1 -q 2 )/q 1 = (3369,85 - 2198,9)/3369,85 = 0,3475

D = N i /(h 1 -h 2д ) = N е. /(H 1 -h 2д )/О· М /О· Г = 110/1182, 49/0, 98/0, 99 = 95,88кг/с

d Е = 3600 * D/N Е = 3600 * 95,88/110 = 3,138кг/(кВт * год)

Q 1 = D * q 1 = 95,88 * 3369,85 = 323,101МВт

q T = 3600 * Q 1 /N Е = 3600 * 323,101/110 = 10,574МДж/(кВт * год)

B = Q 1 /(О· ка * Q H P ) = 323,101/(0,82 * 38) = 10,369кг/с

b Е = 3600 * B /N Е = 3600 * 10,369/110 = 0,339кг/(кВт * год)

Q 2 = q 2 * D = 2198,9 * 95,88 = 210,831МВт

О· oi = l ц д /l ц а = 1170 , 9/1268, 74 = 0,923

О· Е = N Е /Q 1 = 110/323, 101 = 0,3405

О· i = (q 1 -q 2 )/q 1 *О· oi = (3369,85-2198,9)/3369,85 * 0,923 = 0,3207

N i = D * (h 1 -h 2д ) = 95,88 * 1182,49 = 113,377МВт

Тепловийбаланс дійсного циклу простий ПТУ

Котельняустановка

Q = B * Q H P = 10,662 * 38 = 405,156МВт

Q 1 = О· ка * Q = 0,82 * 405,156 = 332,228МВт

О”Q кА = QQ 1 = 405,156-332,228 = 72,928 МВт

Турбіна

Q 1 = Q 2 + N e + О”Q м

Q 2 = D * q 2 = 104,349 * 2108,96 = 220,068МВт

N e = N Е /О· Г = 110/0, 99 = 111,111МВт

О”Q м = Q 1 -Q 2 -N e = 332,228-220,068-111,111 = 1,049МВт

Конденсатор

Q 2 = Q 1 -О·i * Q 1 = (1-0,3376) * 332,228 = 220,068МВт

N e = N Е +О”Q Г

О”Q Г = N e -N Е = 111,111-110 = 1,111МВт

Тепловийбаланс

Q = N Е + Q 2 +О”Q Г +О”Q м +О”Q кА

405,156 = 110 +220,068 +1,111 +1,049 +72,928

405,156 = 405,156

Ексергетичнийбаланс дейстаітельного циклу простий ПТУ

Котлоагрегат

* (119,35-106,4762) = 1,343МВт

E топ = 0,975 * B * Q H P = 0,975 * 38 * 10,662 = 395,027МВт

* (3303,3-1864,5348) = 150,134МВт

МВт

Турбіна

Е Т вх = Е ка вих

* (2216,77-2041,4775) = 18,307МВт

О”E T = (Е Т вх -Е Т вих )-N e = 150,134-18,307-111,111 = 20,716МВт

Генератор

ДЕ Г = N e -N Е = 111,111-110 = 1,111МВт

Коденсатор

Е до вх =Е т вих

* (107,81-103,3411) = 0,466МВт

ДЕ до = Е до вх -Е до вих = 18,307-0,466-17,841 МВт

Перевірка

ДЕ до = Q 2 * (1-T 0 /T K ) = 220,068 * ( 1-293/318, 81) = 17,816МВт

Насос

Е н вх =Е до вих

Е н вих =Е ка вх

L Н = D * (h 4д -h 3 ) = 104,349 * (203,351-191,81) = 1,204МВт

О”E H =МВт

Е топ +Е пв = N Е +ДЕ ка + ДЕ Т +ДЕ Г + ДЕ К +ДЕ Н -L H

О· ех =N Е /(Е топ + Е пв ) = 110/(395,027 +1,343) = 0,2775

ПТУз регенерацією

p 1 = 1МПа

О± 1 * h П1 + (1 -О± 1 ) * h р2 =h р1

О± 1 = (h Р1 -H Р2 )/(h П1 +h Р2 )

О± 1 = (762,7-504,7)/(2900-504,7) = 0,1077

p 2 = 0,2МПа

О± 2 * h П2 + (1 -О± 1 - О± 2 ) * h р3 =(1 - О± 1 ) * h р2

О± 2 = (1 -О± 1 ) (h P 2 -h 3 )/(h П2 -h 3 ) = (1-0,1077) (504,7-191,81)/(2660 -

191,81) = 0,8923 * 312,89/2468,19 =

= 0,1131

l д Т = (1 -О± 1 - О± 2 ) * (h 1 -h 2д ) +О± 1 * (h 1 -h П1 ) +О± 2 * (h 1 -h П2 )

y 1 = (h П1 -h 2д )/(h 1 -h 2д ) = (2900-2300,77)/(3387,3 -

2300,77) = 599,23/1086,53 = 0,5515

y 2 = (h П2 -h 2д )/(h 1 -h 2д ) = (2660-2300,77)/(3387,3-2300,77) = 0,3306

l д Т = (1 -y 1 * О± 1 -y 2 * О± 2 ) * (h 1 -h 2д ) = (1-0,5515 * 0,1077-0,3306 * 0,1131) * (3387,3 -

2300,77) =

= (1-0,05939655-0,03739086) * 1086,53 = 0,981МДж/кг

D P = N i /l д Т = 113,378/0,981 = 115,574кг/с

q 1 =h 1 -h P 1 = 3387,3-762,7 = 2,625МДж/кг

q 2 =(1 - О± 1 - О± 2 ) * (h 2д -h 3 ) = (1-0,1077-0,1131) * (2300,77 -

191,81) = 0,7792 * 2108,96 = 1,643МДж/кг

О· i = l д Т /q 1 = 0,981/2,625 = 0,3737

Тепловийбаланс регенеративного циклу ПТУ

Регенератор

Q П1 =О± 1 * D * (h п1 -h 3 ) = 0,1077 * 115,574 * (2900-191,81) = 33,710МДж/кг

Q П2 =О± 2 * D * (h п2 -h 3 ) = 0,1131 * 115,574 * (2660-191,81) = 32,263МДж/кг

Q P 1 =D * (1 - 0) * (h P 1 -h 3 ) = 115,574 * (762,7-191,81) = 65,980МДж/кг

Q P 2 =D * (1 - О± 1 ) * (h P 2 -h 3 ) = 115,574 * (1-0,1077) * (504,7 -

191,81) = 115,574 * 0,8923 * 312,89 =

= 32,267МДж/кг

Перевірка

Q P 1 = Q П1 + Q П2

65,980 ≈ 33,710 +32,263 = 65,973

Q P 2 = Q П2

32,267 ≈ 32,263

Котельнийагрегат

Q = B * Q P H = Q 1 /О· ка = q 1 * D /О· ка = 2,625 * 115,574/0,82 = 369,978МВт

Q 1 = 303,382МДж/кг

О”Q кА = Q-Q 1 = 369,978-303,382 = 65,596МВт

Турбіна

Q 2 = D * q 2 = 115,574 * 1,643 = 189,888МВт

N e = 111,111 МВт

О”Q м = 113,378-111,111 = 2,267МВт

Генератор

N e = N е. +О”Q Г

О”Q Г =N e - N Е = 111,111-110 = 1,111МВт

Насос

L H = D * l H = 115,574 * 11,54 = 1,334МВт

Q ПВ = L H +Q P 1 = 1,334 +65,980 = 67,314МВт

Тепловийбаланс

Q + Q P + L H =N Е + Q 2 +О”Q кА +О”Q М +О”Q Г + Q П1 + Q П2

369,978 +65,98 +1,334 = 110 +189,888 +65,596 +2,267 +1,111 +33,710 +32,263

437,292 ≈ 434,835

Ексергетичнийбаланс регенеративного циклу ПТУ

Котельнийагрегат

Е топ = 0,975 * В *Q P H = 0,975 * 369,978 = 360,729МВт

МВт

ДЕ кА = Е топ +Е пв -Е ка вих = 360,729 +16,067-166,284 = 210,512 МВт

Турбіна

Е Т вх = Е ка вих

Е П1 = О± 1 *

0,2965)) = 11,871МВт

Е П2 = О± 2 *

0,2965)) = 7,960МВт

Е Т вих =Е до вх = (1 - О± 1 -

0,1131) * 115,574 * (2300,77-84-293 *

* (7,264-0,2965)) = 0,7792 * 115,574 * 174,523 = 15,717МВт

ДЕ Т = Е Т вх -Е П1 - Е П2 -N e -Е до вх = 166,284-11,871-7,96-111,111-15,717 = 19,625 МВт

Генератор

ДЕ Г = N e -N Е = 111,111-110 = 1,111МВт

Конденсатор

Е Т вих =Е до вх

Е до вих = (1 -О± 1 - О± 2 ) * D * (h 3 -h 0 -T 0 * (s 3 -s 0 )) =(1-0,1077 -

0,1131) * 115,574 * (191,81-84-293 ** (0,6492 -

0,2965)) = 0,7792 * 115,574 * 4,4689 = 0,402 МВт

Теплообмінник2

Е Р 2 = (1 -

293 * (1,5301-0,2965)) =

= 0,8923 * 115,574 * 59,2552 = 6,111 МВт

Теплообмінник1

МВт

Насос

L H = D * (h 4д -h 3 ) = 115,574 * (203,35-191,81) = 1,334МВт

ДЕ H =L H + Е P 1 -E пв = 1,334 +16,067-16,067 = 1,334МВт

Ексергетичнийбаланс

Е топ +Е P 1 +L H = N Е +ДЕ кА + ДЕ Т +ДЕ Г + ДЕ до +ДЕ Н + ДЕ П1 +ДЕ П2 + Е П1 +Е П2

360,729 +16,067 +1,334 = 110 +210,512 +19,625 +1,111 +15,315 +1,334 +1,915 +2,251 +11,871 +7,96

378,13 ≈ 381,894

О· ех =N Е /(Е топ + Е пв + L H ) = 110/(360,729 +16,067 +1,334) = 0,2909

Зарозрахованим даними складається таблиця 3

Висновок

Одниміз способів підвищення теплової ефективності паросилових установок євикористання регенеративного циклу - циклу з використанням теплоти пара,частково відпрацьованого в турбіні, для підігріву живильної води.Регенеративний підігрів збільшує термічний ККД циклу ПТУ і знижує втратитеплоти у конденсаторі турбіни з охолоджуючою водою.

Списоквикористаної літератури

1.Аналізциклу паротурбінної установки. Методичні вказівки по виконанню курсовоїроботи, Новосьолов І.В. , Кузнєцова В.В. Уфімський державний нафтовийтехнічний університет, 1999.