Расчет циклов паротурбинных установок(ПТУ)

Схема ПТУ, работающей по циклу Ренкина, и p-v-, T-s-, h-s- диаграммы цикла изображены на рис. 1 и 2.
1715770240030
9810755172075Рис. 1. Схема паротурбинной установки
-
Рис. 2. Цикл Ренкина на перегретом паре:
1–2 – адиабатное расширение пара в ПТ;
2–3 – изобарно-изотермическая конденсация пара в К;
3–4 – адиабатно-изохорное повышение давление воды в ПН;
4–1 – изобарный подвод теплоты в ПГ с превращением воды в перегретый пар
Определим параметры и функции в характерных точках цикла, воспользовавшись таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара (см. файл – Таблиц свойств воды и водяного пара). По p1=120 бар и t1=467°С находим
h1=3238,6+(467-460470-4603266,9-3238,6)=3258,8,кДж/кг (известно, что при 460°С h=3238.6 кДж/кг, а при 470 °С h=3266,9 кДж/кг, таблица 3
s1=6,3427+(467-460470-4606,3810-6,3427)=6,37 кДж/кг К,
v1=0,02467+(467-460470-4600,02521-0,02467)=0,025 м3/кг
Поскольку процесс расширения пара в турбине адиабатный, то s2 = s1 = 6,37 кДж/(кг·К). По давлению р2 = 0,06 бар и энтропии s2 находим, что пар в точке 2 (см. рис. 2) влажный. Вычисляем степень сухости пара
x=s2-s' s''-s'=6,37-0,5218,33-0,521=0,75
Тогда энтальпия и удельный объем влажного пара в точке 2 равны:
h2=h'1-x+h'' x=151,51-0,75+2566,7*0.75=1962,9 кДж/кг
v2=v'1-x+v'' x=0,00100641-0,75+23,742*0.75=17,81 м3/кг
Температура влажного пара равна температуре насыщения при данном давлении, следовательно, t2 = 36,2 оС. Процесс конденсации пара 2–3 (см. рис. 3.2) проходит при постоянных давлении и температуре, т. е. р3 = р 2 = 0,06 бар, t3 = t2 =36,2 оС. Параметры и функции кипящей воды (точка 3 на диаграмме) выписываем из таблиц:
h3=151.6 кДж/кг, s3=0.521 кДж/кг К v3=0.001 м3/кг
Процесс повышения давления в питательном насосе считаем адиабатным, следовательно, s4 = s3 = 0,521кДж/(кг·К). Тогда по давлению p4 = p1 = 120 бар и энтропии s4 с помощью линейной интерполяции находим температуру и энтальпию воды в точке 4:
Нам известна энтропия при t=30 °С (s=0,4328кДж/(кг·К)), t=40 °С (s=0,5674кДж/(кг·К)), методом линейной интерполяции находим температуру t4 по s4:
t4=30+(0.521-0.43280.5674-0.432840-30)=36.6 °C
Аналогично
h4=136,6+0.521-0.43280.5674-0.4328178,1-136,6=163,9кДж/кг
Сведем найденные параметры и функции в таблицу 1:
Таблица 1
Параметры и функции рабочего тела (к задаче 1)
Параметры и функции
Состояние
p, бар
t, о С
h, s, v, х
кДж/кг
кДж/(кг·К) м3/кг
1 120 467
3258,8 6,37 0,025 -
2 0,06 36,2
1962,9 6,37 17,81 0,75
3 0,06 36,2
151,6 0,521 0,0010 0
4 120 36,6
163,9 0,521 0,0010 -
Количества удельной подведенной и отведенной теплоты:
q1=h1-h4=3258,8-163,9=3094,9кДж/кг;
q2=h2-h3=1962,9-151,6=1811,3кДж/кг;
Полезно использованная теплота
q0=q1-q2=3094,9-1811,3=1283,6 кДж/кг;
Работы турбины и насоса
lТ=h1-h2=3258,8-1962,9=1295,9кДж/кг;
lН=h4-h3=163,9-151,6=12,3кДж/кг;
Полезная работа цикла l0=lТ-lН=1295,9-12,3=1283,6 кДж/кг;
Термический КПД цикла ηt=l0q1=1283,63094,9=0,415
Расход пара D=Nl0=130·1031283,6=101,3 кг/с
Расход топлива Bт=Dq1QнрηПГ=101,3*3094,948·103·0,91=7,12 кг/с
Расход охлаждающей воды Mв=Dq2св∆tв=101,3*1811,34,19·13=3368,6 кг/с
Без учета работы насоса
Определим удельные количества подведенной и отведенной теплоты, работу турбины, полезную работу цикла и термический КПД:
q1=h1-h3=3258,8-151,6=3107,2кДж/кг;
q2=h2-h3=1962,9-151,6=1811,3кДж/кг; кДж/кг;
l0=lТ=h1-h2=3258,8-1962,9=1295,9 кДж/кг;
Термический КПД цикла ηt=l0q1=1295,93107,2=0,417
Полный расход пара D=Nl0=130·1031295,9=100,3 кг/с
Расход топлива Bт=Dq1QнрηПГ=100,3*3107,248·103·0,91=7,12 кг/с
Расход охлаждающей воды Mв=Dq2св∆tв=100,3*1811,34,19·13=3335,3 кг/с
Вывод: если не учитывать работу насоса, термический КПД цикла, а также расходы пара, топлива и охлаждающей воды меняются в пределах погрешности расчетов . Поэтому для приближенного расчета теоретических циклов работой насоса можно пренебречь.
Схема ПТУ, работающей по циклу Ренкина с промежуточным перегревом пара, и диаграммы p-v, T-s, h-s цикла изображены на рис. 3 и 4.
17145007239100
Рис. 3. Схема ПТУ с промежуточным перегревом пара
7143757248525
Рис. 4. Цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара:
1–а – адиабатное расширение пара в ЧВД;a–b – изобарный перегрев пара в ППП; b–2 – адиабатное расширение пара в ЧНД; 2–3 – изобарно-изотермическая конденсация пара в К; 3–4 – адиабатно-изохорное повышение давление воды вПН;4–1 – изобарный подвод теплоты в ПГ с превращением воды в перегретый пар
Так как процесс расширения пара в ЧВД адиабатный, то sа = s1 = 6,37 кДж/(кг·К). По давлению ра =35 бар и энтропии sа по Таблице термодинамических свойств воды и перегретого пара, определяем параметры пара на входе в промежуточный пароперегреватель в точке а:
ta=280+6,37-6,34926,400-6,3492290-280=284°С
ha=2922,6+6,37-6,34926,400-6,34922950,9-2922,6=2934,2 кДж/кг
va=0,06479+6,37-6,34926,400-6,34920,06664-0,06479=0,0655 м3/кг
Параметры и функции перегретого пара перед ЧНД (в точке b) определяем по давлению рb = ра = 35 бар и температуре tb = t1 = 467 оС (см. таблицу к задаче).
Так как процесс расширения пара в ЧНД адиабатный, то s2=sb=7,06 кДж/(кг·К). По давлению р2 = 0,06 бар и энтропии s2 находим, что пар в точке 2 влажный со степенью сухости x=s2-s' s''-s'=7,06-0,5218,33-0,521=0,831
Таким образом, введение промежуточного перегрева пара увеличило степень сухости пара с 0,75 до 0,831
Тогда энтальпия и удельный объем влажного пара в точке 2:
h2=h'1-x+h'' x=151,51-0,831+2566.7*0.831=2158,5 кДж/кг
v2=v'1-x+v'' x=0,00100641-0,831+23,742*0.831=19,73 м3/кг
Температура влажного пара равна температуре насыщения при данном давлении, следовательно, t2 = 36,2 оС