Материал: Расчет цикла парогазовой установки

В регенеративную систему паротурбинной установки входят подогреватель низкого давления и деаэратор (рис.4). Все тепловые расчеты регенеративной системы будем производить, в удельных единицах (отнесенных к 1 кг. пара, подводимого в турбину).

Схема регенеративной системы(Рис.4)

Обозначим доли пара в отборах турбины через

и , значения которых определим из уравнений теплового баланса регенеративных подогревателей. При этом количество пара, отбираемого из отбора турбины на

ПНД подогреватель поверхностного типа выбирается так, чтобы температура воды на выходе из него равнялась температуре насыщения при давлении в отборе минус 5-7 С°. Температура питательной воды на выходе из деаэратора (подогреватель смешивающего типа) принимается равной температуре насыщения, соответствующей давлению греющего пара (0,12 МПа).

Составление тепловых балансов начинают с подогревателей высокого давления, последовательно переходя к подогревателям низкого давления ( по греющему пару).

Как видно из рис. 4, расход питательной воды  на выходе из деаэратора равен сумме расходов конденсата, поступающего из ПНД и пара из отбора турбины:

 = ((20)

Или в удельных величинах:

= (1 - (21)

 (22)

Или в удельных величинах:

 (23)

Где  - энтальпии воды на входе и выходе из деаэратора.

Значение энтальпии  ранее получено (кДж/кг

Значение энтальпии  определяется следующим образом.

По давлению  находим по таблицам водяного пара . Тогда температура воды на выходе из ПНД с учетом недогрева, равного 7 С°, составит:

 -7= 92-7=85 0 С

Таким образом

 =85*4,19=356 кДж/кг.

Из выражения (23) находится относительный расход пара на деаэратор:

 ==0,0333.

Расход пара на деаэратор:

 =84,61*0,0333= 2,82 кг/с.

Запишем уравнение теплового баланса ПНД:

) (24)

Или в удельных величинах:

(1 - ) (25)

Где

Как видно, уравнения (24) и (25) имеют две неизвестных величины  и Поэтому для их решения составим уравнение теплового баланса точки смешения:

. (26)

Из выражения (26) получим:

 . (27)

Подставляя полученное значение  в уравнение (25) и решая его относительно , будем иметь:

 =  =0,056 (28)

Где  - энтальпия воды на выходе из конденсатора, определяется по таблицам водяного пара при давлении в конденсаторе  =0,012 МПа,  =207 кДж/кг.

Расход пара на

 = 0,056*84,61=4,74 кг/с.

.5 Определение мощности, развиваемой паровой турбиной

Электрическая мощность, развиваемая паровой турбиной, равна сумме мощностей, развиваемых ее частями высокого и низкого давления:

 +  (29)

Мощность ЧВД турбины определяется по формуле

. (30)

Так из части низкого давления паровой турбины производятся отборы пара на регенеративные подогреватели, то ее мощность может быть определена по следующему уравнению:

 (31)

Или

   (32)

Где :  - коэффициенты недовыработки электрической мощности за счет отборов пара из турбины, определяются по выражениям

 ==0,396

 ==0,303

Подставив найденные значения в (32), получим:

 =84,61*222+84,61*735(1-0,0333*0,396-0,056*0,303)=79096,5 кВт.

.6 Определение расхода охлаждающей воды в конденсаторе паровой турбины

С термодинамической точки зрения конденсатор паровой турбины выполняет функции холодного источника, понижение температуры которого показывает термический  паротурбинных установок. Таким образом, в задачи конденсатора входит:

создание и поддержание необходимого разрежения в выхлопном патрубке турбины;

получение чистого конденсата для питания парогенераторов.

Расход охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор, определяется из его уравнения теплового баланса. Пренебрегая теплообменом с окружающей средой, ввиду его незначительности, указанное уравнение можно записать:

(1 -   , (33)

Где  - расход охлаждающей воды,

 - разность температур охлаждающей воды на выходе и входе в конденсатор.

Расход охлаждающей воды при  = 15 составит

==2878,7 кг/с

.7 Определение показателей эффективности

Количество теплоты, затраченное в циклах газо- и паротурбинных установок:

 =183*1,005(1078-505)=105383 кДж/с;

  =84,61*[(3248-1102)+(3290-3026)]=203910 кДж/с.

Суммарные затраты теплоты составят:

 =105383+203910=309293 кДж/с.

Мощность парогазовой установки будет равна:

 =29000+79096,5=108096,5 кВт.

Термический  цикла :

 =108096,5/309293=0,3495 (34)

Расход топлива, подаваемого в :

 =  = 37490 кг/ч (35)

Где = 0,9 -  высоконапорного парогенератора.

Удельный расход топлива на выработку электроэнергии:

 =37490/108096,5=0,3468 кг/кВт*ч. (36)

5. Учебно - исследовательский раздел

.1 Влияние паровой регенерации на эффективность

В современных паротурбинных установках средней и большой мощности в целях повышения их эффективности применяют широко развитую систему паровой регенерации с несколькими регенеративными отборами пара.

а) отключен деаэратор ( =0).

В этом случае, как видно из рис. 2., в газовой подогреватель подается питательная вода с более низким теплосодержанием , а значение которого определяется точкой 11.

Из уравнения (16) находим новый расход рабочего тела циркулирующего в цикле паротурбинной установки:

 ==75,2 кг/с.

По уравнению (28) находим долю отбора пара на :

 = ==0,058.

Определяем расход пара на :

 =0,058*75,2=4,36 кг/с.

Мощность, развиваемая паровой турбиной составит:

 =  + (1 -  =75,2*222+75,2*735(1-0,058*0,303)=70995 кВт.

Количество теплоты, затраченной в цикле :

 =  =75,2*[(3248-1102)+(3290-3026)]=181232 кДж/с.

Суммарное количество теплоты:

 =105383+181232=286615 кДж/с.

Мощность  

 =29000+70995=99995 кВт.

Определяются энергетические показатели установки:

 =99995/286615=0,3489

 = =34741 кг/ч

 =34741/99995=0,3474 кг/кВт*ч.

б) отключены деаэратор и  (.

В рассматриваемом случае новый расход питательной воды и пара в цикле паротурбинной установки составит:

 == 62,67 кг/с.

При отсутствии отборов пара мощность паровой турбины будет равна:

 =  +  =62,67*222+62,67*735=59975 кВт.

Определяется затраченная в цикле  теплота:

 =  =62,67[(3248-1102)+(3290-3026)]=151034 кДж/с.

Суммарные затраты теплоты:

 =105383+151034=256417 кДж/с

Из сопоставления полученных результатов следует:

Эффективность , определяемая термическим , составляет 34,70 %, что несколько ниже термического   с включенной паровой регенерацией, который в этом случае равен 34,95 %;

Отключение паровой регенерации приводит к значительному снижению мощности паровой турбины с 79096,5 кВТ до 59975 кВТ или на 24 %, при этом также уменьшается расход топлива, сжигаемого в  с 37490 кг/ч до 29107 кг/ч. Однако, удельные расходы топлива возрастают с 0,3468 кг/кВТч до 0,3493 кг/кВТч.

Еще раз следует подчеркнуть, что указанное сопоставление производилось при переменных расходах рабочего тела (пара) в цикле паротурбинной установки. Однако наибольший интерес представляет случай, при котором расходы рабочих тел, а следовательно, и мощности паровой и газовой турбины остаются без изменения. Это условие в большей степени соответствует условиям работы реальных парогазовых установок.

В данном случае отключение паровых регенеративных подогревателей приводит к снижению температуры питательной воды на входе и выходе из газового подогревателя, а это в свою очередь способствует увеличению затрат теплоты на получение острого пара.

Из сопоставления полученных результатов следует:

Эффективность , определяемая термическим , составляет 32,04 %, что несколько ниже термического   с включенной паровой регенерацией, который в этом случае равен 34,17 %;