Файл: теплофикационный цикл паротурбинной установки.doc

Дисциплина «Паротурбинная техника»Расчетная работа«ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЙ ЦИКЛ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ»

Содержание

ВведениеПаровая 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 паротурбиннойустановки теплофикационного циклаВ 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 турбиныдо давления в камере отбора p_от, как представлено на рисунке 2. Рисунок 2 – Диаграмма h-s теплофикационного цикла турбиныс регулируемым отбором параПри 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 определяетсялинией 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 происходитпо линии 1_от -2. Действительный теплоперепад в ЧНД равен:Н_д = h_1от – h_2дгде 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 представляетсяразностью 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 турбиныИсходные данныеВыбор 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 турбиныη^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 турбинойДавление р₁ = 7.8 МПа, температура Т₁ = 515^оС (берутся из таблицы 2приложения 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 турбиныОпределяется 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 вЧВД турбиныЭнтальпию 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 турбинеОпределяется 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 турбиныОпределяется 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 вЧНД турбиныЭнтальпию 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 турбиныПараметры в этой точке находим, пользуясь таблицами, по заданному давлению

---