Материал: 1150

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ И ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

2.1. Расчет паросиловых установок

Задача 1. Для паросиловой установки (см. рис. 1.11, а) установить влияние начальных давлений (см. рис. 1.12, а) и температур (см. рис. 1.12, б) на термический КПД цикла.

Решение. Термический КПД цикла определяется по формуле

Контрольная задача для самостоятельного решения.

Для паросиловой установки (см. рис. 1.11, а) установить влияние начальных давлений и температур на термический КПД цикла. Варианты контрольных задач приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1

Влияние начальных давлений на экономичность цикла Ренкина

Задача 2. Определить расход пара и термический КПД паротурбинной электростанции мощностью 12 МВт с начальными параметрами пара р0 = 3,5 МПа; t0 = 435 ОС; давление в конденсаторе рК = = 5кПа; внутренний относительный КПД турбины Оi = 0,82; электромеханический КПД ЭМ = 0,92.

Решение. Расход пара в паровой турбине связан с мощностью

где NЭ – электрическая мощность турбогенератора, кВт; D – расход пара на турбину при работе без отборов, кг/с; h0, hKS – энтальпия пара

40

в начальной точке (перед турбиной) и в конце изоэнтропного расширения (в конденсаторе), кДж/кг.

По заданным начальным и конечным параметрам р0, t0, рК можно определить значения h0 и hKS по таблицам и диаграммам водяного пара. На рис. 2.1 показан процесс расширения пара в h s-диаграмме водяного пара.

Рис. 2.1. Паротурбинная установка: а – схема; б – процесс расширения в диаграмме; 1 – турбина; 2 – электрогенератор; 3 – конденсатор; 4 – конденсатный насос

Точку 0 находят в поле диаграммы на пересечении начальной изобары р0 и начальной изотермы t0. В точке 0 определяют начальную энтальпию h0 = 3303 кДж/кг и энтропию s0 = 6,9589 кДж/кг. От точки 0 строят изоэнтропийный процесс расширения пара в проточной части турбины (s0 = const) до пересечения с конечной изобарой рК. В точке пересечения определяют hKS = 2124 кДж/кг – энтальпию пара в конце расширения.

На рис. 2.1 также показан действительный процесс расширения пара с учетом потерь, характеризуемых Оi. Для построения действительного процесса находят конечную энтальпию:

hK = h0 – (h0 – hKS) Оi = 3303 – (3303 – 2124) 0,82 = 2336 кДж/кг.

На пересечении изобары рК и энтальпии hК находят конечную точку процесса К и соединяют ее с начальной точкой 0. Зная энтальпию h0, hKS, по заданной мощности NЭ находят расход пара на турбогенератор, используя формулу (2.1):

41

Для определения термического КПД цикла без учета работы питательного насоса необходимо определить энтальпию конденсата на выходе из конденсатора паровой турбины h'K. Если считать, что конденсат в конденсаторе не переохлаждается, то значение энтальпии жидкости h'K = hЖ находят по давлению в конденсаторе рК, пользуясь таблицами свойств водяного пара: при 5 кПа h'К = 137,8 кДж/кг.

Термический КПД цикла Ренкина

Контрольная задача для самостоятельного решения.

Определить расход пара и термический КПД паротурбинной электростанции с начальными параметрами пара перед турбиной: р0, t0; давление пара за турбиной рК; внутренний относительный КПД турбины Оi = 0,82; электромеханический КПД ЭМ = 0,92; мощность турбины N. Турбина работает с выключенной регенерацией.

Таблица 2.2

Варианты контрольных заданий

Задача 3. Как изменится расход пара на турбину (см. задачу 2), если будет применен регенеративный подогрев питательной воды паром из отбора турбины рОТБ = 0,1 МПа в смешивающем подогревателе до температуры tПВ = 100 ОС (рис. 5.4)? Определить, как изменится термический КПД цикла с введением регенеративного подогрева.

Решение. Расход пара на турбину с отбором при той же электрической мощности NЭ = 12 МВт = idem находится по формуле В.И. Гриневецкого:

где y = (hОТБ – hК)/(h0 – hК) – коэффициент недовыработки мощности паром турбины; DОТР – расход пара из отбора турбины на регенеративный подогрев конденсата.

Рис. 2.2. Паротурбинная установка: а – схема; б – процесс расширения в диаграмме; 1 – турбина; 2 – электрогенератор; 3 – конденсатор; 4 – конденсатный насос; 5 – регенеративный смешивающий подогреватель

Отбор DОТБ обычно выражают в долях расхода пара на турбину: DОТБ = aDТ, где a – доля отбора для смешивающего подогревателя. Эта доля определяется по тепловому балансу подогревателя и составляет

a hПВ' hK' / hОТБ hK' .

Подставляя в (2.2) выражение для DОТБ, находим

DT D yDОТБ D yaDТ ;

DT D/(1 ya).

Таким образом, расход пара на турбину с отбором находят через ранее известное значение расхода пара на турбину D и значения a и y.

Для определения y находят энтальпию пара в отборе hОТБ и конечную энтальпию пара hК, пользуясь таким же методом построения процесса расширения пара, как и в задаче 2: hОТБ = 2653 кДж/кг; hК = = 2336 кДж/кг.

43

Определяют значения a и y по приведенным выше формулам, предварительно находя по таблицам воды и водяного пара hПВ' = 413

кДж/кг при tПВ = 100 ОС, hK' = 137,7 кДж/кг, tК = 32,9 ОС:

По известным значениям a, y, D далее находят

DОТБ aDT 0,109 13,99 1,53 кг/с.

Проверка правильности решения:

DT D yDОТБ 13,49 0,328 1,53 13,99кг/с.

Термический КПД цикла с регенерацией

Контрольная задача для самостоятельного решения.

Как изменится расход пара на турбину (см. задачу 2), если будет применен регенеративный подогрев питательной воды паром из отбора турбины рОТБ в смешивающем подогревателе до температуры tПВ? Определить также, как изменится термический КПД цикла с введением регенеративного подогрева.

44