Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2010
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Менеджмент
Група:
ЕМ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Тернопільський національний технічний університет ім. І.Пулюя
Електромеханічний факультет
Кафедра енергозбереження та
енергетичного менеджменту
Курсова робота
З КУРСУ
«Технічна термодинаміка»
На тему: Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки
Варіант № 2
Зміст
Реферат.............................................................................................................6
Вступ.................................................................................................................7
1. Теоретична частина
1.1. Цикл Карно……………………...............................................................8
1.2. Зразковий цикл Ренкіна.........................................................................9
1.3. Цикл Ренкіна...........................................................................................10
1.4. Регенеративний цикл Ренкіна..............................................................14
2. Розрахункова частина
2.1. Завдання..................................................................................................22
2.2. Розрахунок конкретної установки згідно варіанту.............................23
Висновок........................................................................................................28
Література......................................................................................................29
ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ім. І. Пулюя (назва вищого навчального закладу)
Кафедра Енергозбереження та енергетичного менеджменту
Дисципліна Технічна термодинаміка
Спеціальність 7.000008 «Енергетичний менеджмент»
Курс 2 Група ЕМ-21
Семестр ___3___
ЗАВДАННЯ
на курсовий проект (роботу) студента
Білінський Василь Ігоревич .
( прізвище, ім’я, по батькові )
1. Тема проекту (роботи) Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки.
2. Строк здачі студентом закінченого проекту ( роботи ) _______________________
3. Вихідні дані до проекту ( роботи ) Термічний к.к.д. регенеративного цикла – 0,93; для циклу Ренкіна – 0,80; збільшення ККД складе: 16,25%
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці) Реферат, вступ, цикли паротурбінних установок, цикли Карно для водяної пари, цикл Ренкіна, вплив основних параметрів пари на термічний ККД, регенеративний цикл паротурбінної установки, розрахунок конкретної установки згідно варіанту, висновок, використана література.
5. Перелік графічного матеріалу (із точним зазначенням обов’язкових креслень)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. Дата видачі завдання____________________________________________
Календарний план
№ п/п
Назва етапів курсового проекту
( роботи )
Строк виконання етапів проекту (роботи)
Примітки
1.
Теоретична частина:
а)
принципова схема та цикл Карно паросилової (паротурбінної) установки; графічне пояснення, розрахунок роботи насиченої водяної пари при розширенні в турбіні та роботи компресора; обґрунтування економічної невигідності (недоцільності) циклу
б)
принципова схема та зразковий (ідеальний, теоретичний) цикл Ренкіна паросилової установки, перевага насоса (помпи) порівняно з компресором; графічне пояснення, розрахунок термічного ККД, питомих роботи пари, витрат пари та теплоти; розрахунок дійсної (реальної) питомої роботи розширення пари;
в)
принципова схема регенеративного циклу Ренкіна паросилової установки; графічне пояснення, розрахунок часток пари у відборах, термічного ККД та питомої витрати пари; техніко-економічні преваги відносно звичайного (простого) циклу Ренкіна.
2.
Розрахункова частина
У паротурбінній установці здійснюється регенеративний підігрів живильної води в двох змішувальних підігрівниках (рисунок). При вході в турбіну тиск пари , температура . Тиск пари в першому відборі /, у другому , в конденсаторі . Визначити збільшення термічного ККД циклу порівняно з циклом Ренкіна.
Студент Білінський Василь Ігоревич
Керівник Лучейко Ігор Дмитрович
«______»__________________ 2011 р.
РЕФЕРАТ
Дана курсова робота містить 2 розділи, 9 малюнків, 28 формул і 9 використаних першоджерел.
Метою курсової роботи є підвищення ефективності паротурбінних установок шляхом удосконалення внутрішньої регенерації теплоти відпрацьованих у паровій турбіні, розробка рекомендацій по створенню схем ПТУ, що мають максимальний ККД і забезпечують мінімальне забруднення навколишнього середовища.
КЛЮЧОВІ СЛОВА:
Парогенератор, парогенератор, пара, турбіна, паротурбінна установка, регенеративний цикл, коефіцієнт корисної дії.
Вступ
В даний час переважна частина електроенергії виробляється на теплових електростанціях за допомогою паротурбінних установок з використанням водяної пари.
Теплова паротурбінна електростанція (ТПЕС), теплова електростанція, на якій для приводу електричного генератора використовується парова турбіна (ПТ). Основне призначення ТПЕС, як і будь-якої електростанції, – виробництво електричної енергії.
Необхідний для ПТ пар виробляється в парогенераторі. Використання пари з високими параметрами (тиском і температурою) збільшує питому роботу пари, зменшує витрату пари, тепло і палива, тобто збільшує ККД (коефіцієнт корисної дії) ТПЕС. Як живильна вода для парогенераторів використовують конденсат відпрацьованої в турбіні пари, пором регенеративних відборів турбіни, що підігрівається.
Сучасні ТПЕС працюють по термодинамічному циклу, основою якого служить цикл Ренкіна водяної пари. Необхідний тиск пари забезпечується подачею в парогенератор відповідної кількості що підлягає перетворенню на пару води (за допомогою живильного насоса). Потрібна температура пари досягається його перегрівом в пароперегрівачі парогенератора; в той же час виробляється проміжний перегрів пари: пару з проміжного рівня турбіни відводять в котельну для повторного перегріву, а потім направляють в наступний рівень турбіни. Турбоагрегат і пором, що забезпечує його, парогенератор з їх допоміжним устаткуванням і трубопроводами пари і води утворюють енергоблок ТПЕС.
Економічність енергозбереження електростанції характеризується величиною розрахункових питомих витрат на виробництво електроенергії. Розрахункові питомі витрати визначаються одноразовими (за роки будівництва станції) капіталовкладеннями, а також щорічними витратами виробництва з моменту введення устаткування в експлуатацію і на ТПЕС.
Теоретичним циклом паротурбінних установок є цикл – Ренкіна.
Теоретична частина
1.1. Цикл Карно
Сучасна промислова теплоенергетика базується на використанні паросилових установок (ПСУ). Джерелом енергії в таких установках є теплова енергія продуктів згоряння органічного палива (вугілля, газ та нафтопродукти) або енергія ядерних перетворень важких елементів. Продукти згоряння не виконують ролі робочого тіла. Вони є лише проміжними носіями теплової енергії, яку передають робочому тілу – воді та водяній парі. Основною перевагою води як робочого тіла є те, що вона дешева, легкодоступна, поширена у природі і практично не вступає у взаємодії з матеріалом ПСУ.
Як було показано раніше, здійснити ідеальний цикл Карно в ДВЗ, де ро бочим тілом є продукти згоряння, неможливо, оскільки процеси теплообміну робочого тіла у циклі відбуваються при змінній температурі. Застосування води як робочого тіла дає можливість побудувати тепловий двигун, що пра цював би за циклом Карно. Пояснюється це тим, що процеси передачі теплоти можна здійснювати при різних р і і під час фазового перетворення води, тобто при кипінні і конденсації, що є ізобарично-ізотермічними.
Як відомо, цикл Карно складається із двох ізотерм і двох адіабат. Розгля немо, якими властивостями повинно володіти робоче тіло, щоб задовольнити побудову циклу Карно. Так, температура передачі теплоти / від гарячого джерела має бути максимально можливою, що визначається міцністю мате ріалу лопаток турбіни і теплофізичними властивостями води. Сучасний рівень техніки матеріалознавства дає можливість у разі лопаток із звичайних сталей застосовувати температуру пари до 575 °С, а у разі лопаток із нержавіючих сталей – до 600-650 °С.
З другого боку за цієї температури робоче тіло повинно мати достатньо велику теплоту фазового перетворення, яка, як відомо, з ростом температури зменшується і при критичній температурі дорівнює нулю. Одночасно з ростом температури насичення росте і тиск, що призводить до необхідності обвантаження і ускладнення конструкції установок. Виходячи із цих міркувань, максимальним тиском вважається тиск до 30 МПа.
Рис. 3. Принципова схема та цикл Карно паросилової установки
Температура відведення теплоти тісно пов'язана з температурою навколишнього середовища, що є холодним джерелом. Тому температура потрійної точки води повинна бути не вище температури навколишнього сере довища, тобто вода має бути в рідкому стані. Таким чином, використовуючи вологу пару, можна побудувати цикл Карно, в якому підведення і відведення теплоти відбуваються в ізотермічних умовах при температурах і .
Розглянемо принципову схему паросилової установки (рис. 3, а), що працює за циклом Карно, і його зображення в координата p-v і T-s (рис. 3, б, в). Характерні точки циклу нанесені на схемі в кружечках у відповідних місцях.
Для здійснення такого оборотного циклу процес передачі теплоти відбувається у паровому котлі ПК за ізобарично-ізотермічних умов (лінія 4-1). Суха насичена пара (точка 1) з параметрами і надходить у парову турбіну ПТ. У турбіні відбувається адіабатичне розширення водяної пари (лінія 1-2), завдяки чому виконується корисна робота, яка перетворюється в електричну енергію в генераторі Г. При цьому температура і тиск знижуються до значень та , а ступінь сухості зменшується від 1 до . З такими параметрами пара надходить в конденсатор К, де, охолоджуючись водою ОБ, віддає деяку кількість теплоти частково конденсується при постійних і . Ступінь сухості при цьому зменшується від до . 3 такими параметрами волога водяна пара подається до компресора КМ, де адіабатично стискується (лінія 3-4). Кількість відведеної теплоти і ступінь сухості мають бути такими, щоб при стисненні в компресорі не вийти за межі насиченого стану (точка 4). Потім пара надходить у паровий котел і цикл замикається.
Визначимо термічний ККД такого циклу. Значення температури гарячого джерела визначається критичною температурою води (374,15 °С) і для розрахунків може бути прийнятою 350 °С, що відповідає тиску = 16,5 МПа. Нижня температура визначається параметрами потрійної точки, середньорічною температурою повітря у даній місцевості й умовами теплообміну. Для забезпечення надійного теплообміну температура водяної пари в конденса торі повинна бути хоч на 10 °С вище середньорічної. Розрахунки показують, що для наших умов = 30 °С. Тиск, що відповідає цій температурі, ~ 0,004 МПа. Тоді
(1.1)
Як бачимо, термічний ККД циклу Карно за таких умов має достатньо велике значення. Тепер розглянемо технічні можливості створення такої установки. При адіабатичному розширенні сухої насиченої пари із точки 1 (=16,5 МПа, = 350 °С) до тиску = 0,004 МПа вологість її збільшується приблизно до 41 %, що негативно впливає на роботу парової турбіни. В процесі конденса ції вологість пари підвищується приблизно до 58 %. Тому компресор буде працювати за ще важчих умов. Якщо розрахувати роботу адіабатичного стиснення компресора за цих умов (площа 3-4---3, рис 5, б), то вона не набагато менша за роботу турбіни. Тобто на процес стиснення необхідно витратити таку ж роботу, яку практично отримують у циклі. Це є основною причиною, чому недоцільно будувати паросилову установку за циклом Карно.
Зниження початкового тиску і підвищення кінцевого тиску покращує роботу установки, але термічний ККД циклу при цьому різко зменшується.
1.2 Зразковий цикл Ренкіна
Недоліки паросилової установки на вологій насиченій парі, що пра цює за циклом Карно (велика робота стиснення вологої пари), привела вчених до думки, що процес охолодження необхідно здійснювати до повної конденсації пари і внаслідок цього замінити малоефективний компресор економічним водяним насосом, який підвищує тиск конденсату до тиску в паровому котлі. Впер ше такий цикл був запропонований У. Дж. Ренкіним і називається в його честь.
На рис. 4 наведено схему паросилової установки, що працює за цик лом Ренкіна, а на рис. 5 зображено цикл у координатах , .
/
Рис. 4. Принципова схема паросилової установки, яка працює за циклом Ренкіна.
Рис. 5. Цикл Ренкіна
Водяна пара з параметрами , , (точка 1 на діаграмах і на схемі) надходить в парову турбіну ПТ, де внаслідок адіабатичного розширення 1-2 відбувається перетворення потенціальної енергії пари в кінетичну, а потім у механічну (електричну) в електрогенераторі Г. Спрацьована пара з параметрами , , (точка 2) надходить в конденсатор К, де охолоджується проточною водою ОВ. Конденсатор – це трубчастий теплообмінник, у трубах якого протікає охолоджувальна вода, а в міжтрубному просторі – водяна пара. Водяна пара повністю конденсується (лінія 2-3) і конденсатним насосом КН конденсат подається у живильний бак ЖБ. Із бака вода з параметрами , , живильним насосом ЖН подається у водяний економайзер ВЕ під тиском , що дорівнює тиску в паровому котлі ПК (лінія 3-4). Оскільки вода практично не стискується, то робота насоса дуже мала. Підвищення температури при цьому дуже мале (не більше 1 °С) і ним можна знехтувати (точки 3 і 4 практично збігаються на -діаграмі). Вода спочатку підігрівається в економайзері й надходить у паровий котел при температурі (лінія 4-5). У паровому котлі завдяки теплоті продуктів згоряння відбувається фазове перетворення при і (процес 5-1).
Термічний ККД циклу Ренкіна визначимо за формулою (1.2):
(1.2)
Як бачимо із рис. 7, підведення теплоти здійснюється при постій ному тиску під час підігрівання води до кипіння (лінія 4-5) і у процесі фазового перетворення (лінія 5-1). Оскільки процес ізобаричний, то питома кількість теплоти дорівнює різниці ентальпій у точках 1 і 4:
(1.3)
Процес відведення теплоти здійснюється в конденсаторі при постійному тиску (лінія 2-3). Тоді питома кількість теплоти
(1.4)
Ентальпії , , , можна визначити за -діаграмою або за таблиця ми водяної пари, а величини і – за -діаграмою. Так, на -діаграмі визначається площею 1-7-8-4-5-1, а – площею – 2-3-8-7-2. Підставляючи вирази для і у формулу (1.1), маємо
(1.5)
Як було сказано вище, внаслідок стис нення конденсату насосом температура його практично не змінюється, тому можна вважати, що . З урахуванням цього рівняння (1.4) перепишеться так:
(1.6)
Отже, термічний ККД циклу Ренкіна визначається значеннями ентальпії на вході й виході з турбіни та ентальпії живильної води; у свою чергу, значення ентальпії на вході – параметрами і , а – тиском на виході із турбіни або у конденсаторі.
Розрахунки термічного ККД циклу Ренкіна показують, що він менший, ніж ККД оборотного циклу Карно, оскільки меншими є міра заповнення цик лу і середня температура підведення теплоти в циклі Ренкіна. Залежно від параметрів пари термічний ККД циклу Ренкіна 0,35...0,45, в той час як ККД ідеального циклу Карно досягає 0,6. Однак, з урахуванням необорот ності процесів, особливо процесу стиснення вологої пари в циклі Карно, ефективний ККД циклу Ренкіна більш високий.
Бажання підвищити ККД циклу паросилової установки привело вчених до думки про необхідність перегрівання водяної пари. Схема та цикл такої ПСУ наведені на рис. 8 і 9, при цьому принципова схема такої установ ки відрізняється від попередньої лише наявністю пароперегрівника ПП. Всі ін ші елементи установки і параметри стану в характерних точках такі ж, як і на рис. 7.
/
Рис. 7. Схема паросилової установки з перегрівом пари
/
Рис. 8. Цикл паросилової установки з перегрівом пари
Із барабана котла водяна пара надходить у пароперегрівник ПП, де відбувається під тиском ізобаричне нагрівання її до температури .Оскільки середня температура підведення теплоти збільшується, то і термічний ККД циклу збільшується.
Крім того, застосування перегрівання пари приводить до збільшення ступеня сухості пари на виході із турбіни. Дійсно, як бачимо з рис. 7 і рис. 9, при адіабатичному розширенні пари в турбіні до однакового кінцевого тиску ступінь сухості пари в циклі з перегрівом більше ступеня сухості пари в циклі без перегріву . Це приводить до зменшення сил тертя струмин пари між собою і поверхнею лопаток і зменшенню втрат енергії внаслідок необоротності процесів розширення, що також підвищує ККД циклу з перегріванням пари.
Термічний ККД такого циклу також можна визначити за формулою (1.5), де – ентальпія перегрітої пари. Величина – наявний перепад ентальпій, що перетворюється в кінетичну енергію, а потім у технічну роботу, тобто
(1.7)
У формулі (1.5) не враховується робота живильного насоса. За умови технічна робота насоса може бути розрахована за формулою
(1.8)
З урахуванням робота циклу визначається як різниця додатної техніч ної роботи турбіни і від'ємної роботи
(1.9)
Підставляючи вираз (1.8) у формулу (1.1), дістанемо рівняння (1.4). Відзначимо, що формули (1.4)-(1.8) відносяться до ідеального циклу і не враховують втрат, що мають місце в реальних процесах. Однак ці формули з достатньою точністю можна використати для попередніх розрахунків паро силових установок. Дуже зручно ці розрахунки проводити за -діаграмою (рис. 9).
На -діаграмі (рис. 9) площа еквівалентна технічній роботі турбіни , а площа – роботі насоса . Різниця площ дорівнює площі 1-2-3-4-1, що еквівалентна корисній роботі циклу . Порівняння роботи насоса у циклі Ренкіна з роботою стиснення пари у циклі Карно показує, що робота стиснення конденсату значно менше роботи стиснення пари (див. рис. 7 і 9).
Розглянутий цикл Ренкіна з перегрівом пари складається тільки з внутрішньооборотних процесів, тому він отримав назву ідеального. В реальних умо вах необхідно враховувати втрати енергії в живильному насосі, в турбіні, в паропроводах та ін. При застосуванні надкритичних параметрів пари ці втрати складають значну величину і розрахунки ККД за формулою (1.5) дають значні похибки. Незважаючи на це, ідеальний цикл Ренкіна є зразковим у промисловій енергетиці.
Ефективність роботи паросилової установки визначається питомою ви тратою пари d що характеризує витрату пари на виробництво одиничної роботи. Для визначення d можна скористатися рівнянням теплового балансу. Якщо годинна витрата пари D, кг/год, а потужність турбіни N, кВт, то робо та, яка виконується D, кг пари, дорівнює D, кДж/год. Тоді можна записати, звідки
(1.10)
де і – виражається у кДж/кг.
1.3. Регенеративний цикл Ренкіна
Ідеальний цикл Ренкіна складається тільки з внутрішньооборотних процесів. Здійснити їх на практиці неможливо. Тому ефективність реальних циклів значно нижча, ніж циклу Ренкіна. Так, навіть у разі застосування надвисоких параметрів пари і глибокого вакууму у конденсаторі, втрати теплоти у паросилових установках, що працюють за циклом Ренкіна, складають 50- 60 %. Тому було запропоновано різні методи удосконалення паросилових установок:
1) підігрівання живильної води завдяки частково відпрацьованій парі (регенеративний цикл);
2) проміжне перегрівання частково відпрацьо ваної пари (цикли з проміжним перегріванням пари);
3) використання теплоти відпрацьованої пари (теплофікаційні цикли).
Принцип регенерації теплоти в циклі Карно можна застосувати і в циклі Ренкіна. Ідея полягає в тому, що в парогенератор подається попередньо підігріта вода, тобто середньоінтегральна температура підведеної теплоти до робочого тіла збільшується. Це зменшує різницю температур між тепловіддавачем і робочим тілом і необоротність процесу, що призводить до збіль шення термічного ККД. Підігрівання живильної води здійснюється завдяки частково відпрацьованій парі, що відбирається з різних ступенів проточної частини турбіни. Граничною температурою, до якої можна нагріти воду, є температура насичення у парогенераторі.
/
Рис.9. Регенеративний цикл Ренкіна з перегрівом пари.
/
Рис.10. Схема регенеративного циклу паросилової установки.
Якщо у паросиловій установці відбувається цикл Ренкіна без перегрівання пари 1-2-3-4, то для здійснення регенеративного циклу необхідно змінити процес адіабатичного розширення пари 1-2 на політропний процес , який був би еквідистантний процесу нагрівання води 3-4. Тільки у цьому випадку теплота, що відведена у політропному процесі (площа ), дорівнює теплоті підігрівання води (площа).
Такий цикл називається циклом з повною регенерацією, термічний ККД якого буде дорівнювати термічному ККД циклу Карно.
Цикли з повною регенерацією можна виконати і з перегріванням пари . Термічний ККД такого циклу визначається за формулою
(1.11)
Як випливає із виразу (1.11), термічний коефіцієнт корисної дії тако го циклу буде більший, ніж циклу Ренкіна без регенерації, оскільки але менший, ніж у циклу Карно у межах тих же температур (площа менше площі ). Здійснити цикл з повною регенерацією теплоти у промислових умовах не можливо. Але деяке наближення до цього циклу можна зробити.
На практиці застосовують цикли з частковою регенерацією теплоти. Схема такої паросилової установки, що працює за таким циклом (три відбори пари І-ІІІ), показана на рис. 12. Регенерація відбувається завдяки регенеративним підігрівникам, в які подається пара з різних ступенів турбіни.
Регенеративними підігрівниками можуть бути поверхневі або змішувальні теплообмінники.
/
Рис.12. Умовний регенеративний цикл паросилової установки
Основна частина пари спрацьовує у паровій турбіні ПТ і направляється у конденсатор К, де конденсується, і конденсат послідовно подається у регенеративні змішувальні підігрівники ПРIII-ПРЗI. За допомогою пари регенеративних відборів І-III вода підігрівається до температур насичення відпо відно до тисків відборів і надходить у водяний економайзер ВЕ, а потім у паровий котел ПК.
Регенеративний цикл неможливо зобразити в -діаграмі, оскільки кількість пари в адіабатичному розширенні вздовж проточної частини турбіни зменшується, а в процесі нагрівання – збільшується. Тому зображення регенеративного циклу необхідно розглядати як умовне. На рис. 12, а наведений регенеративний цикл з перегріванням пари і з трьома відборами пари, а на рис. 12, б – витрата пари вздовж проточної частини турбіни.
Проведемо термодинамічний аналіз регенеративного циклу. Позначимо через D, кг/с, кількість пари, що надходить у турбіну. Частки пари, що надходять відповідно в підігрівники І-ІІІ, позначимо через . Тоді кіль кість пари, що подається до першого підігрівника, буде , до другого – і до третього – . Після першого відбору у турбіні залишається пари, після другого – а після третього – . Остання кількість пари надходить у конденсатор, конденсується і конденсаційним насосом подається у третій підігрівник. Крім цього, у третій підігрівник надходить пари третього відбору. Ця пара змішується з конденсатом і з третього підігрівника виходить пари, підігрітої до температури насичення води при тиску .
Із підігрівника III вода насосом подається у підігрівник II, де тиск Для підігрівання води до температури насичення при у підігрівник II до цієї кількості води додається пари другого відбору. Із підігрівника II виходить води, що подається насосом у підігрівник І. Ця кількість води змішується З пари першого відбору і з підігрівника І ви ходить D живильної води відповідних параметрів, що подається в котлоагрегат. Оскільки тиск пари відборів змінюється ступінчасто від до то в схемі подачі конденсату необхідно мати декілька насосів, які б підвищували тиск до відповідних значень тисків пари відборів.
Кількість пари відбору вибирають, виходячи з умов, що конденсат у підігрівнику нагрівається до температури насичення. Тоді для третього підігрів ника рівняння теплового балансу запишеться так:
(1.12)
де , , – відповідно ентальпія пари третього відбору, води на виході із підігрівника і конденсату на вході в підігрівник. Для другого підігрівника
де , , – відповідно ентальпія пари другого відбору, води на виході і на вході в підігрівник. Для першого підігрівника
(1.13)
де , , – відповідно ентальпія пари першого відбору, води на виході і на вході в підігрівник.
У рівняннях (1.12)-(1.13) у лівій частині – кількість теплоти, яку віддає пара відбору, а в правій - яку сприймає вода у підігрівнику.
Із останнього рівняння
(1.14)
Послідовно розв'язуючи рівняння (1.13) і (1.14), знаходять і . Значення ентальпій обчислюють за -діаграмою або термодинамічними таблицями.
(1.15)
Оскільки кількість пари змінюється вздовж проточної частини турбіни, то робота, що виконується в регенеративному циклі, може бути визначена на окремих ділянках:
Як бачимо, робота регенеративного циклу менша, ніж робота циклу Ренкіна . Але і кількість теплоти, що підведена в циклі Ренкіна більша, ніж кількість теплоти, що підводиться в регенеративному циклі .
Якщо врахувати, що відведення теплоти здійснюється за однакової температури а підведення теплоти – при більш високій температурі в регенеративному циклі, то термічний ККД регенеративного циклу більше ККД циклу Ренкіна
Термічний ККД регенеративного циклу можна знайти за загальною формулою
(1.16)
Кількість теплоти , що віддається охолоджувальній воді у конденса торі в розрахунку на 1 кг пари, можна визначити за таким виразом:
(1.17)
Кількість підведеної теплоти в регенеративному циклі
(1.18)
Підставляючи вирази (1.17) і (1.18) у формулу (1.16), одержимо
(1.19)
Як показує аналіз, збільшення ступенів відбору пари п приводить до підвищення термічного ККД регенеративного циклу. Однак кожний наступний ступінь відбору вносить все менший вклад у збільшення ККД (рис. 11).
Як бачимо, найбільші економія палива і підвищення ККД спостерігають ся в підігрівниках низького тиску. Чим менші тиск і температура пари, тим більша економія палива і, навпаки, в підігрівниках високих тисків і темпера тур економія мінімальна. Тобто існує гранична температура, перевищення якої не приводить до зростання ККД. Гранична температура досягається за умови, коли середньоінтегральна температура підведення теплоти воді в котлі дорівнює середньоінтегральній температурі підведення теплоти до води у верхньому підігрівнику . Тобто, оптимальною температурою регенера тивного підігрівання живильної води буде така, за якої забезпечується мак симальне зростання ККД. Вона завжди буде дещо менша за та зі змен шенням кількості відборів зменшуватиметься. Тільки за нескінченно великої кількості ступенів відбору оптимальна температура дорівнює .
Регенеративний цикл значно підвищує ККД для паросилових установок високого тиску. Пояснюється це тим, що з підвищенням тиску збільшується кількість теплоти, що йде на підігрівання води до температури насичення, і зменшується теплота фазового переходу. Так, при р = 3 МПа на підігрів 1 кг води від 30 °С до Т„ витрачається приблизно 880 кДж, а на пароутворення 1900 кДж, а при р = 20 МПа відповідно 1700 і 580 кДж.
Але враховуючи, що регенеративні підігрівники коштують дорого, кількість ступенів розраховують, виходячи з економічної доцільності. У потужних сучасних паротурбінних установках кількість ступенів відбору може досягти десяти, що приводить до підвищення на 10-15 %.
2. Розрахункова частина
2.1. Завдання
У паротурбінній установці здійснюється регенеративний підігрів живильної води в двох змішувальних підігрівниках (рисунок). При вході в турбіну тиск пари , температура . Тиск пари в першому відборі , у другому , в конденсаторі . Визначити збільшення термічного ККД циклу порівняно з циклом Ренкіна.
2.2. Розрахунок конкретної установки згідно варіанту
За допомогою діаграми (див. рис.) і таблиць знаходим ентальпію пари і конденсата для характерних точок цикла. При вході в турбіну перший відбір: для пари для конденсата другий відбір: для пари для конденсата конденсатор: для пари для конденсата
Частки пари, надходять у відбори
Термічний ККД регенеративного цикла
Для цикла Ренкіна
збільшення ККД складе:
Висновок
Регенеративний підігрів живильної води сьогодні застосовують на всіх ПТУ електростанцій. Потоки пари, що відводяться з турбіни у змішувальні підігрівники (ЗП), виконують роботу без втрат у К. При цьому для заданої електричної потужності ПТУ витрата пари через К зменшується, а ККД ПТУ зростає. У реальних ПТУ через РП проходить не весь потік пари, а лише його частина, див. рис. При такій схемі витрата пари через турбіну від відбору до відбору зменшується. У сучасних потужних паротурбінних установках підігрів живильної води здійснюється в регенеративних підігрівах поверхневого типу, кількість яких може доходити до десяти.
Ефективність регенеративного підігріву пари залежить від відношення роботи всіх потоків пари, що відведені з турбіни, до роботи потоку, що проходить через конденсатор.
Для ПТУ з промперегрівом пари теплова економічність залежить від розміщення ЗП першого відбору стосовно місця подачі пари на промперегрів (по ходу пари). Нагрів води у цьому ЗП (він залежить від розміщення наступних відборів) значно вищий від усіх інших і визначається параметрами перегріву пари та параметрами проміжного перегріву.
На підставі вище згаданого здійснення циклу Карно в паротурбінних установках важко і економічно невигідно, тому на практиці він не застосовується. Теоретичним циклом паротурбінних установок є цикл – Ренкіна. Його основна відмінність від циклу Карно полягає в тому, що в конденсаторі здійснюється повна конденсація пари, що надходить з турбіни. У зв'язку з цим замість громіздкого компресора застосовується більш компактний насос, в якій внаслідок малої стисливості води витрачається робота у багато разів менше, ніж у компресорі. У паротурбінних установках електростанцій, що працюють по циклу Ренкіна, замість насиченої пари застосовують перегріту, що забезпечує відмінкові умови роботи турбіни і більш високі значення к. п. д. установки.
Література
1. Арнольд Л.В. Техническая термодинамика и теплопередача / Л.В. Арнольд, Г.А. Михайловский, В.М.
Селиверстов. – М.: Высш. шк., 1979. – 446 с.
2. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка / О.Ф. Буляндра. – К.: Техніка, 2006. – 320 с.
3. Костерев Ф. М. Теоретические основы теплотехники / Ф. М. Костерев, В. И. Кушнырев. – М.: Энергия, 1968. – 360 с.
4. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи / В.А. Кузовлев. – М.: Высш. шк., 1975. – 303 с.
5. Андрющенко А. И. Основы термодинамических циклов теплоэнергетических установок / А. И. Андрющенко. – М.: Высш. шк., 1968. – 288 с.
6. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике / О. М. Рабинович. – М.: Машиностроение, 1969. – 376 с.
7. Сборник задач по технической термодинамике / Под ред. М.П. Вукаловича. – М.-Л.: Энергия, 1964. – 200 с.
8. Теплофизические измерения и приборы / Под ред. Е.С. Платунова. – Л.: Машиностроение, 1986. – 256 с.
9. Лабораторный практикум по термодинамике и теплопередаче / Под. ред. В. И. Крутова и Е.В. Шишова.
– М.: Высш. шк., 1988. – 216 с.
10.09.2013 00:09-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора