Файл: теплофикационный цикл паротурбинной установки.doc

Дисциплина «Паротурбинная техника»

Расчетная работа

«ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЙ ЦИКЛ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ»

Содержание

Введение
Паровая турбина является основным элементом энергетической установки теплофикационного цикла. На рисунке 1 представлена принципиальная схема паротурбинной установки с одним регулируемым отбором пара для подогрева сетевой воды.



Рисунок 1 – Принципиальная схема паротурбинной

установки теплофикационного цикла

В этой установке определенное количество пара после срабатывания в части высокого давления (ЧВД) 1 турбины направляется в подогреватель сетевой воды (бойлер) 2, через который циркулирует вода из системы отопления при помощи насоса 3. Остальная часть пара через регулирующий орган 4 поступает в часть низкого давления (ЧНД) 5 турбины, где производится дополнительная механическая работа вращения ротора, преобразуемая турбогенератором 6 в электрическую энергию. Отработанный в ЧНД турбины пар направляется в конденсатор 7, где происходит его конденсация за счет охлаждения циркуляционной водой, протекающей в трубках 8. Затем конденсат из конденсатора 7 и подогревателя 2 направляется в деаэраторный бак 9, где происходит освобождение конденсата от растворенных в нем агрессивных газов (кислорода и углекислоты) с целью уменьшения коррозии оборудования. После деаэрации воды питательным насосом 10 подается в парогенератор 11, где за счет теплоты сгорания топлива происходит процесс парообразования и последующий перегрев пара в пароперегревателе 12. Перегретый пар через регулирующий орган 13 поступает в ЧВД паровой турбины. Система регулирующих органов 13 (регулирующий клапан ЧВД) и 4 (поворотная диафрагма ЧНД) позволяет с помощью автоматических устройств регулировать подачу пара в ЧВД, ЧНД и теплофикационный отбор в зависимости от режима работы. Например, в летний период года отпадает необходимость в теплофикационном отборе, в этом случае поворотная диафрагма 4 перед ЧНД полностью открыта и весь пар поступает в ЧНД и конденсатор турбины. Турбина работает по электрическому графику в конденсационном режиме.

---

В зимний период года включен регулятор давления 14 отборного пара,

который автоматически воздействует на сервомоторы 15, 16 соответствующих регулирующих органов 4 и 13, изменяя расход пара на турбину, в отбор и конденсатор в количествах, предусмотренных тепловым графиком работы.

Изменение состояния пара в цикле Ренкина, используемом в современных паротурбинных установках, иллюстрируется в h, s – диаграмме,

представленной на рисунке 2. Питательный насос 10, представленный на рисунке 1, повышает давление воды до величины p₁ и подает ее в парогенератор 11. Изоэнтропный процесс в питательном насосе изображен условно в h, s – диаграмме линий 3-4. Действительный адиабатный процесс повышения давления воды в насосе от давления в деаэраторе 9 до давления p₁ перед парогенератором представлен линией 3-4_д. Далее вода поступает в парогенератор, где вначале происходит предварительный ее подогрев до температуры кипения при постоянном давлении по линии 4-5. Изобарно-изотермический процесс парообразования кипящей воды в парогенераторе обозначен линией 5-6. Затем пар поступает в пароперегреватель 12, где температура повышается до Т₁ по изобаре 6-1. Пренебрегая потерями температуры и давления в паропроводе от пароперегревателя до турбины, считаем, что точка 1 показывает исходное состояние острого пара перед турбиной. Таким образом, подвод теплоты к рабочему телу осуществляется в парогенераторе и пароперегревателе по изобаре 4-5-6-1. Количество теплоты, подведенной к 1 кг рабочего тела, определяется разностью энтальпий рабочего тела в начале и в конце процесса:

q₁ = h₁ – h_4д, кДж/кг.

В дальнейшем пар расширяется в части высокого давления турбины

до давления в камере отбора p_от, как представлено на рисунке 2.



Рисунок 2 – Диаграмма h-s теплофикационного цикла турбины

с регулируемым отбором пара

При этом происходит превращение кинетической энергии пара в механическую работу вращения ротора. Действительный адиабарный процесс расширения пара в ЧВД турбины с учетом потерь на трение происходит по линии 1-1_от и определяется разностью энтальпий в точках 1 и 1_от. Эта разность есть действительный теплоперепад в ЧВД:

Н

---

_д = h₁ – h_1от,

где h₁ – энтальпия острого пара; h_1от – энтальпия пара в отборе.

Идеальный обратимый процесс расширения пара в ЧВД определяется

линией 1-1, а разность энтальпий в точках 1 и 1 есть располагаемый теплоперепад в ЧВД:

Н_о = h₁ – h_1

где h_1 – энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения в ЧВД.

Адиабатное обратимое расширение пара в ЧНД турбины происходит

по линии 1_от -2. Действительный теплоперепад в ЧНД равен:

Н_д = h_1от – h_2д

где h_2д – энтальпия пара в конце процесса расширения в ЧНД.

Располагаемый теплоперепад в ЧНД равен:

Н_о = h₁ – h_2,

где h2 – энтальпия пара в конце обратимого расширения в ЧНД.

Суммарный действительный теплоперепад в турбине представляется

разностью энтальпий в точках 1 и 2_д:

Н_д = h₁ – h_2д.

Суммарный располагаемый теплоперепад в турбине определяется разностью энтальпий в точках 1 и 2:

Н_о = h₁ – h₂.

Отработанный в ЧНД турбины пар поступает в конденсатор, где происходит его конденсация при постоянных давлении и температуре. Процесс конденсации пара в конденсаторе в h, s – диаграмме изображается линией 2_д-3. Конденсация пара, поступающего в отбор, происходит в подогревателе сетевой воды (бойлере) в результате охлаждения водой, циркулирующей в системе отопления. Этот процесс также является изобарно-изотермическим и изображается линией 1_от-3.

Таким образом, в теплофикационной турбине с регулируемым отбором пара теплота теряется только с той частью отработанного пара, которая поступает в конденсатор из ЧНД турбины. Количество этой теплоты, уносимой охлаждающей водой в атмосферу, определится на рисунке 2:

q₂ = h_2д – h_3.



Рисунок 3- Диаграмма режимов турбины

Исходные данные
Выбор типа паровой турбины и давления в конденсаторе производится по таблице 1 приложения.

Выбор исходных данных для расчета производится по таблице 2 приложения.

Выполним расчет теплофикационного цикла с одним регулируемым отбором пара паровой турбины типа Т-170-7.8, имеющей следующие параметры:

---

- номинальная мощность турбины N_э^н = 158 МВт,

- максимальный расход острого пара G_о ^max= 108 т/час,

- давление острого пара р₁ = 7.8 МПа,

- температура острого пара Т₁ = 515^оС,

- максимальный расход острого пара в регулируемый отбор

G_от^max = 457 т/час,

- давление пара в регулируемом отборе р_от = 0,6 МПа,

- давление в конденсаторе р₂ = 0,011 МПа,

- относительный внутренний КПД части высокого давления

η^ЧВД _оi= 0.8,

- относительный внутренний КПД части низкого давления турбины

η^ЧНД _оi= 0.7.

Определение термодинамических параметров в основных точках цикла

Для построения теплофикационного цикла в h, s – диаграмме в соответствии с рисунком 2 необходимо определить параметры в основных точках цикла.

Точка 1 – состояние острого пара перед турбиной

Давление р₁ = 7.8 МПа, температура Т₁ = 515^оС (берутся из таблицы 2

приложения в соответствии с номером варианта задания). По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара находим:

• 
  энтальпия h₁ = 3433 кДж/кг,
  
• 
  удельный объем υ₁ = 0.043 м³/кг,
  
• 
  энтропия s₁ = 6.757 кДж/кгК.
  

Точка 1 – конец изоэнтропного расширения пара в ЧВД турбины

Определяется на h, s – диаграмме пересечением линий постоянных энтропии s₁ = 6.757 кДж/кгК и давления в отборе р_1 = р_от = 0.6 МПа.

По h, s – диаграмме находим:

энтальпия h_1 = 2486 кДж/кг, удельный объем υ_1 = 1.24 м³/кг,

энтропия s_1 = 6.757 кДж/кгК, температура Т_1 = 106.27^оС.

Точка 1от – конец действительного процесса расширения пара в

ЧВД турбины

Энтальпию пара в точке 1от определим по формуле:

h_1от = h₁ – (h₁ – h_1)· η ^чвд _оi.

Подставив известные величины, получим:

h_1от = 3433 – (3433 – 2486) · 0.8 = 2675.4 кДж/кг.

Энтропию s_1от и удельный объем υ_1от находим из таблиц по известным параметрам h

---

_1от =2675.4 кДж/кг и p_1от = р_от = 0,6 МПа:

s_1от = 6.865 кДж/кгК, υ_1от =1.24 м3/кг, температура Т_1от = Т_1 = 106.27^оС,

т.к. точка 1_от находится в области влажного пара.

Точка 2 – конец изоэнтропного расширения пара в турбине

Определяется пересечением линий постоянной энтропии

s₁ = 6.757 кДж/кгК и давления в конденсаторе р₂ = 0,011 МПа.

По h, s – диаграмме находим:

энтальпия h₂ = 2151.446 кДж/кг, удельный объем пара υ₂ = 10.965 м³/кг,

энтропия s₂ = s₁ = 6.757 кДж/кгК, температура Т₂ = 47.684^оС.

Температуру Т₂ = Т_2 = Т_2д = Т_3 удобней определять из таблиц по давлению р₂.

Точка 2 – конец изоэнтропного расширения пара в ЧНД турбины

Определяется пересечением линий постоянных энтальпии s_1от = 6.865 кДж/кгК и давления в конденсаторе р₂ = 0,011 МПа.

По h, s – диаграмме находим:

энтальпия h_2 = 2186.024 кДж/кг, удельный объем υ_2 = 11.158 м³/кг,

энтропия s_2 = 6.865 кДж/кгК, температура Т_2 = 47.684 ^оС.

Точка 2д – конец действительного процесса расширения пара в

ЧНД турбины

Энтальпию пара в точке 2_д определим по формуле:

h_2д = h_1от – ( h_1от – h_2)· η^чнд_оi.

Подставив известные величины, получим:

h_2д = 2675.4 – (2675.4 –2186.024)·0.7 = 2333 кДж/кг.

Из h, s – диаграммы определим:

s_2д = 7.323 кДж/кгК, υ_2д = 11.984 м³/кг, Т_2д = 47.684^оС, р_2д = р_2 = р₂ = 0,011 МПа.

Точка 3^ – конец процесса конденсации пара в конденсаторе турбины

Параметры в этой точке находим, пользуясь таблицами, по заданному давлению

---