Расчетно-технологический раздел. 
Расчет термодинамической эффективности паросиловой установки

Анализ влияния на характеристики термодинамической эффективности

Используя I-S диаграмму водяного пара строим процесс расширения пара основного теоретического цикла, начальное состояние которого при входе в турбину характеризуется параметрами Р_1, t_1. На пересечении изобары Р₁ и изотермы t₁ находим точку 1. По диаграмме I-S определяем значение энтальпии I₁ и энтропии S₁. Затем отмечаем изобары P₀ и P₂ -давления пара при отборе и давление пара при выходе из турбины и из точки 1 опускаем перпендикуляр до пересечения с линиями, соответствующими P₀ и P₂, получив точки 0 и 2. Точка 0 соответствует состоянию пара при выходе из турбины. Отрезок 1−2 численно равен адиабатному теплоперепаду одного килограмма пара в идеальной однокорпусной турбине. Найдя точку 2, определяем по диаграмме значение энтальпии пара I₂. Затем, используя, таблицы «Термодинамических свойств воды и водяного пара» определяем, энтальпию I₂' и энтропию S₂' кипящей жидкости при давлении пара в конденсаторе. По I-S диаграмме водяного пара определяем степень сухости пара Х₂ в конце теоретического процесса расширения пара в турбине.

Теоретический располагаемый теплоперепад в турбине.

h = i₁—, (1)

Теоретическое количество подведенной удельной теплоты в основном цикле.

q₁ = i₁-, (2).

Теоретическое количество отведенной удельной теплоты в основном цикле.

q₂ = i₂— , (3).

Теоретическое количество полезной удельной работы в основном цикле.

l = q₁— q₂ = (i₁— i_2?) — (i₂— i_2?) = i₁- , (4).

Тепломеханический коэффициент основного теоретического цикла паросиловой установки, вычисленный через энергобалансовые характеристики (q_1, q_2, l).

(5).

Таблица

Р1 МПа	t1	Р2 МПа	t2	Х2	h.	%.
3,0.			6,57.	0,1.			6,18.	417,47.	1,3026.	0,867.		2572,53.	1957,53.		23,9.

Вычисленные энергобалансовые характеристики заносятся в таблицу 1.

По исходным и полученным в расчете данным строим T-S-диаграмму основного цикла паросиловой установки (цикл Ренкина). Линии кипящей жидкости (Х =0) и сухого насыщенного пара (Х =1) наносятся на график по данным, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 значений параметров водяного пара на линии насыщения.

P. МПа	Р. Бар	t.	Т. К
Р1 =.				2,65.	6,19.
Ро =.				1,53.	7,13.
Р2 =.				1,30.	7,36.

Диаграмма выполняется на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе. Значения параметров пара откладываются на осях T-S. Пограничные кривые диаграммы T-S (линии кипящей жидкости Х=0 и линия сухого насыщенного пара Х=1), наносятся по данным, приведенным в таблице 2 значений исходных данных Р₁, Р₀, Р₂; значения абсолютных температур насыщения Т_н1, Т_н0, Т_н2; энтропий кипящей жидкости S₁, S₀, S₂ и энтропии сухого насыщенного пара S₁", S₀", S₂", выбираются по таблицам термодинамических свойств воды и пара по соответствующим значениям давлений. Из точек значений энтропий кипящей жидкости и сухого насыщенного пара восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с соответствующими значениями температур, полученные точки соединяем плавными кривыми, соответствующими нижней пограничной кривой (кривой кипящей жидкости) и верхней пограничной кривой (кривой сухого насыщенного пара). Далее изображается цикл Ренкина. Начальное состояние пара перед турбиной (точка 1) определяется на пересечении изотермы Т₁ — абсолютной температуры пара перед турбиной и линии постоянного значения энтропии S₁ (значение S₁ определяется по диаграмме I-S). Конечное состояние пара на выходе из турбины (при входе в конденсатор) определяется точкой 2, лежащей на пересечении изобары Р₂ и линии постоянного значения энтропии S₂= S₁.

Аналогичным образом строим процесс расширения пара в турбине с параметрами Р₁' и t₁, т. е. с повышенным давлением пара, поступающего в турбину и с той же температурой. Для этого случая определяются значения тепломеханического коэффициента через энергобалансовые характеристики.

Построение проводятся аналогично описанному ранее в разделе I. При этом параметры рабочего тела вносят в таблицы аналогично таблицам 1 и 2.

Повышение начального давления приводит к росту конечной влажности пара, следствием чего является уменьшение полезной работы цикла, ухудшение условий работы ступеней турбины и снижение надежности эксплуатации паровых турбин, поэтому в современных ПСУ чрезмерное повышение влажности пара предотвращают введением промежуточного перегрева пара. Вместе с тем само по себе повышение начального давления оказывает неблагоприятное влияние на массогабаритные характеристики паротурбинного оборудования и трубопроводов, приводит к усложнению и удорожанию установки.

Цикл расширения водяного пара в турбине с повышенным давлением.

Используя I-S диаграмму водяного пара строим процесс расширения пара основного теоретического цикла, начальное состояние которого при входе в турбину характеризуется параметрами Р_1?, t_1?. На пересечении изобары Р_1? и изотермы t_1? находим точку 3. По диаграмме I-S определяем значение энтальпии I_1? и энтропии S_1?. Затем отмечаем изобары P₀ и P₄ -давления пара при отборе и давление пара при выходе из турбины и из точки 3 опускаем перпендикуляр до пересечения с линиями, соответствующими P₀ и P₄, получив точки 0 и 4. Точка 0 соответствует состоянию пара при выходе из турбины. Отрезок 3−4 численно равен адиабатному теплоперепаду одного килограмма пара в идеальной однокорпусной турбине. Найдя точку 4, определяем по диаграмме значение энтальпии пара I_2?. Затем, используя, таблицы «Термодинамических свойств воды и водяного пара» определяем, энтальпию I₂' и энтропию S₂' кипящей жидкости при давлении пара в конденсаторе. По I-S диаграмме водяного пара определяем степень сухости пара Х₂ в конце теоретического процесса расширения пара в турбине.

Повышение начальной давления пара в значительной степени ухудшает производительность, так как температура осталась прежней. Поэтому наилучшие результаты оказываются при одновременном повышении начальных температур и давления рабочего тела.

Теоретический располагаемый теплоперепад в турбине.

h = i₁- ,

Теоретическое количество подведенной удельной теплоты в основном цикле.

q₁ = i₁- ,.

Теоретическое количество отведенной удельной теплоты в основном цикле.

q₂ = i₂— ,

Теоретическое количество полезной удельной работы в основном цикле.

l = q₁— q₂ = (i₁— i_2?) — (i₂— i_2?) = i₁- ,

Тепломеханический коэффициент основного теоретического цикла паросиловой установки, вычисленный через энергобалансовые характеристики (q_1, q_2, l.2).

Вычисленные энергобалансовые характеристики заносятся в таблицу 3

Таблица 3

Р1 МПа	t1	Р2 МПа	t2	Х2	h.	%.
3,5.			6,46.	0,1.			6,12.	417,47.	1,3026.	0,851.		2562,53.	1917,53.		25,17.

По исходным и полученным в расчете данным строим T-S-диаграмму основного цикла паросиловой установки (цикл Ренкина). Линии кипящей жидкости (Х =0) и сухого насыщенного пара (Х =1) наносятся на график по данным, приведенным в таблице 3.

Таблица 4 значений параметров водяного пара на линии насыщения.