Расчетно-графическая работа - Исследование и расчет термодинамических циклов

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образование и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Кафедра: Теплоэнергетика

Расчетно-графическая работа:

Исследование и расчет термодинамических циклов

теплоэнергетических установок

Выполнил:

Проверил:

Саратов 2008

Содержание

Реферат……………………………………………………………………3

Введение………………………………………………………….……….4

Задание 1……………………………………………………………...…..7

Задание 2………………………………………………………………….26

Задание 3…………………………………………………………...……..41

Заключение………………………………………………………...……..54

Литература…………………………………………………………....…..55

Реферат

Данная расчётно-графическая работа состоит из 55 листов, включая 4

рисунка, 9 таблиц, 8 графиков и список используемых источников.

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, ПАРОВАЯ ТУРБИНА,

КОМПРЕССОР, ПАР, КОНДЕНСАТ, ПАРОТУРБИННАЯ

УСТАНОВКА, РЕГЕНЕРАЦИЯ, КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ,

КОНДЕНСАТОР, РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ,

ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, КАМЕРА СГОРАНИЯ,

ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР.

В данной расчётно-графической работе были выполнены расчеты ПТУ,

ГТУ и ПГУ бинарного типа, приобретены навыки научно-исследовательской

работы.

Введение

Теплоэнергетические установки делятся на паровые теплоэнергетические

установки (ПТУ), газовые теплоэнергетические установки (ГТУ) и

парогазовые теплоэнергетические установки (ПГУ). Все эти установки служат

для выработки электрической и тепловой энергии.

Основными элементами ПТУ являются паровой котел, паровая турбина,

электрический генератор, конденсатор, питательный насос. Работает ПТУ по

следующему принципу: вода в паровом котле нагревается и превращается в

пар, который затем поступает в пароперегреватель, после пароперегревателя

пар подается в голову паровой турбины, расширяется, и поступает в

конденсатор, где превращается в воду, далее в питательном насосе жидкость

сжимается и подается обратно в паровой котел. Электрический генератор

превращает механическую энергию в электрическую. В теплофикационных

установках наряду с выработкой электрической энергии, осуществляется

отбор пара на теплофикацию из паровой турбины. Дополнительными

элементами ПТУ являются: система регенерации, системы промежуточного

перегрева пара.

За основной цикл в паротурбинной установке принят идеальный цикл

Ренкина. В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в

конденсаторе, вследствие чего вместо громоздкого малоэффективного

компрессора для подачи воды в котел применяют питательный водяной насос,

который имеет малый габарит и высокий К. П. Д. При сравнительно

небольшой мощности, потребляемой насосом, потери в нем оказываются

малыми по сравнению с общей мощностью паротурбинной установки. Кроме

того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара.

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в

паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины.

Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию,

используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления

пара на входе и выходе установки. Общая эффективность паровых турбин

(электроэнергия + тепло) доходит до ~85% в расчете на единицу потраченного

топлива. Мощность единичной паровой турбины ~ до 1000 МВт.

Типы паровых турбин

1) турбины с противодавлением - давление пара на выходе турбины выше

атмосферного

2) турбины конденсационные - давление пара на выходе турбины ниже

атмосферного

Пар в турбину должен подаваться с характеристиками:

давлением 40-60 бар

температурой 400-500°С.

Плюсы паровых турбин:

1) работа паровых турбин возможна на различных видах топлива:

газообразное, жидкое, твердое

2) высокая единичная мощность

3) свободный выбор теплоносителя

4) широкий диапазон мощностей

5) внушительный ресурс паровых турбин

Минусы паровых турбин:

1) высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и

останова)

2) дороговизна паровых турбин

3) низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом

тепловой энергии

4) дорогостоящий ремонт паровых турбин

5) снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых

мазутов и твердого топлива

Подогреватели воздуха бывают рекуперативного и регенеративного типа.

В рекуперативных подогревателях тепло постоянно передается через стены,

так как с одной стороны проходят дымовые газы, а с другой — воздух в

горелки. У регенеративного типа тепло дымовых газов сначала поглощается

насадкой регенератора и затем передается воздуху. Насадка при каждом цикле

нагревается и охлаждается.

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей - это силовая

турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа

высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает

крутящий момент). Утилизация тепла посредством теплообменника или котла-

утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. В

обычном рабочем режиме - на газе, а в резервном (аварийном) - автоматически

переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы

газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и

электрической энергии. ГТУ может работать как в базовом режиме, так и для

покрытия пиковых нагрузок.

Плюсы ГТУ:

1) незначительная потребность в охлаждающей воде;

2) возможность применения белее высоких температур рабочего тела;

3) меньший расход металла, приходящийся на единицу мощности;

4) возможность очень быстрого пуска и форсирование нагрузки;

Минусы ГТУ:

1) большая работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре;

2) высокая температура выхлопных газов;

3) невозможность работы на твердом топливе;

4) относительная низкая предельная мощность газовой турбины;

5) резкое снижение экономичности при недогрузках;

Парогазовые установки имеют одно главное отличие. В ПГУ

отработавшие газы, имеющие высокую температуру, поступают в котел-

утилизатор. В котле-утилизаторе парогазовой установки

высокотемпературные газы разогревают пар до температуры ~500°С. В котле

парогазовой установки давление пара поднимается до ~80 атм. Эти параметры

позволяют использовать паровые турбины. В парогазовых установках паровые

турбины вращают дополнительные генераторы. В парогазовых установках

используется еще ~20% энергии поступившего топлива. Общий электрический

КПД парогазовой установки составляет ~58%. В стандартных газотурбинных

установках КПД составляет ~ 40%. ПГУ — относительно новый тип

электростанций, работающих на газе, жидком или твердом топливе.

Парогазовые установки предназначены для получения максимального

количества электроэнергии с силовыми агрегатами относительно высокой

мощности.

ЗАДАНИЕ №1

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с регенерацией

(рис. 1.1). Из котельного агрегата (КА) в паровую турбину (ПТ) поступает пар

с давлением р

и температурой t

. Давление пара в конденсаторе (К) равно p

Конденсат отработавшего пара при давлении p

и температуре насыщения

подается питательным насосом (ПН) в регенеративные подогреватели (РП)

поверхностного типа, где осуществляется ступенчатый подогрев питательной

воды паром, отбираемым из проточной части турбины. Нагрев воды в каждом

из подогревателей одинаковый. Конденсат греющего пара из подогревателей

при температуре насыщения каскадно сливается в конденсатор. Недогрев

питательной воды в подогревателях до температуры насыщения греющего

пара равен δt = 2-10 °С. Примем степень недогрева таким образом, чтобы

давление греющего пара соответствовало показаниям на h-s – диаграмме

изобарам.

Дополнительно примем КПД поверхностных подогревателей – η

=0,98;

конденсатора η

=0,99. Теплота сгорания условного топлива

Рис. 1.1. Принципиальная схема паротурбинной установки с регенерацией

Задание:

1. Нарисовать принципиальные схемы паротурбинных установок без

регенерации и с регенерацией. В Т-s – координатах нарисовать соответствующие

схемам термодинамические циклы ПТУ.

2. В h-s – координатах нарисовать теоретический и действительный процессы

расширения пара в паровой турбине. Показать пересечение изобар отборов

системы регенерации с линиями теоретического и действительного процессов.

3. Для всех характерных теоретических и действительных точек паротурбинной

установки определить следующие значения параметров: давление р, температуру t,

удельные объем V, энтальпию h и энтропию s, степень сухости х, относительный α

и полный D расходы рабочего тела.

4. Определить расход циркуляционной воды, кратность циркуляции, секундный,

часовой и годовой расходы натурального и условного топлив для установок с

регенерацией и без нее.

5. Рассчитать термический, абсолютный внутренний КПД цикла, а также

эффективный и электрический КПД-нетто всей установки с регенерацией и без нее.

6. Полученные значения для установок с регенерацией и без регенерации

сравнить и сделать выводы.

Решение задания №1.

Таблица 1.1. Исходные данные для расчета

№

варианта

МПа

˚С

МПа

Δt

цв

˚С

Мдж/кг

МВт

˚С

19 16 610 0,005 0,92 0,7 0,98 10 30 200 0,95 0,99 150

Определение параметров в характерных точках:

Точку 1 определяем по заданным давлению p

и температуре t

с использованием

h-s – диаграммы.

МПа

/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

16 610 0,02360 3601,0 6,6722

Точку 2t определим по заданному конечному давлению p

и энтропии s

использованием h-s – диаграммы.

МПа

/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,005 32,88 22,057 2033,9 6,6722

Точку 2 определим из расчета действительного процесса расширения пара в

паровой турбине по формуле:

(1)

Из (1) выразим h

(кДж/кг)

По найденной h

и известному p

определим все остальные параметры в этой

точке:

Параметры точек 3, 4t , 4 определим с помощью таблиц термодинамических

свойств воды и водяного пара. Точку 3 определим по давлению p

как

жидкость, находящаяся в состоянии насыщения.

Точку 4t определим по давлению p

и энтропии s

МПа

/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

16 33,26 0,00100 153,76 0,4762

По следующей формуле определим энтальпию в точке 4 :

(кДж/кг)

По энтальпии h

и давлению p

определим все остальные параметры в точке

4 :

МПа

/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

16 34,92 0,00100 160,61 0,4984

Работа насоса (сжатия) теоретическая и действительная с приемлемой

точностью может быть определена по приближенным формулам:

МПа

/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,005 32,88 23,516 2159,3 7,0820

МПа

/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,005 32,88 0,0010052 137,77 0,4762