Расчет работы тепловых электростанций

Задача № 1

Условие задачи

Водяной пар с начальным давлением р₁=3 Мпа и степенью сухости х₁=0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на Дt=235⁰С; после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления р₂=3 кПа. Определить (по hs-диаграмме) количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара х₂ в конце расширения. Определить также термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления р₁=0,5 МПа.

Решение

Рисунок 1 — Т, s и h, s — диаграммы цикла Ренкина на перегретом паре

Цикл Ренкина на перегретом паре характеризуется наличием дополнительного перегрева по линии 6−1.

Удельное количество теплоты на перегрев пара q_п будет определяться разностью энтальпий в т.1 и в т.6.

q_п=h₆-h₁=3350−2720=630 кДж/кг

Работа цикла Ренкина

По h, s-диаграмме находим х₂=0,845

Термический КПД цикла определяется по формуле

Где h₃ — энтальпия кипящей воды

Расширение пара при дросселировании является адиабатным процессом и изображается в hS — диаграмме вертикальной линией между изобарами р₁ (исходное состояние) и (после дросселирования). Работа дросселирования

Степень сухости пара ;

Задача № 2

Условие задачи

Определить поверхность нагрева рекуперативного газо-воздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условияхVн=4*10^-3 м³/ч, средний коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху К=21 Вт/м²*К, начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно t'₁=600⁰С, t''₁=400⁰С, t'₂=20⁰С, t''₂=300⁰С. Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Решение

Рисунок 2 — Схемы движения теплоносителей в теплообменниках: а — противоток, б — прямоток

Массовый расход воздуха

Где

Тепловой поток, получаемый холодным воздухом, можно рассчитать через разность энтальпий

Где теплоемкость воздуха при соответствующих температурах

Противоточная схема

Площадь поверхности нагрева

Прямоточная схема

Площадь поверхности нагрева

Задача № 3

Условие задачи

Определить часовой расход натурального и условного топлив, если известны параметры вырабатываемого котельной установкой пара р_{п. п.} =1,4 МПа и t_{п. п.} =240⁰С, производительность котлоагрегата D=10 т/ч, потеря теплоты с уходящими газами q₂=7,8% и температура питательной воды t_{п. в}=100⁰С. Вид топлива — донецкий уголь газовый.

Решение

1. Часовой расход натурального топлива

Где энтальпия перегретого пара и питательной воды;

;

— низшая теплота сгорания топлива;

коэффициент полезного действия:

Где потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %;

потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %;

потери теплоты от наружного охлаждения котлоагрегата, %;

2. Часовой расход условного топлива

Задача № 4

Условие задачи

Определить часовой расход пара D (кг в ч) и удельный расход пара d (кг/кВт*ч) на конденсационную паровую турбину, работающую без регенерации теплоты, по заданной электрической мощности турбогенератора N_эл=140 МВт, давлению р₁=8,5 МПа и температуре t₁=500⁰С перегретого пара перед турбиной и относительному внутреннему КПД турбины з_oi=0,79. Давление пара в конденсаторе принять равным р₂=4 кПа.

Механический КПД турбины з_u и КПД электрогенератора з_м=0,99. Определить также степень сухости пара в конце теоретического и действительного процессов расширения и абсолютный электрический КПД турбогенератора.

Мощностью привода питательного насоса пренебречь.

Решение

1. Удельный расход пара

Где энтальпия пара перед турбиной;

2. Часовой расход пара

где ,

3. Степень сухости пара в конце теоретического и действительного процессов расширения

Адиабатное расширение пара в турбине по линии 1−2 является теоретическим, степень сухости в этом случае равна (по hS-диаграмме). Действительный цикл сопровождается неизбежными потерями, вследствие чего удельный расход пара и тепла увеличивается на трение. Работа трения превращается в тепло, повышающее энтальпию пара в конечном состоянии.

Конечное состояние в этом случае изображается точкой 2d. Энтальпия в этой точке равна:

Степень сухости пара действительного процесса также определим по hS-диаграмме.

Рисунок 3 — hS-диаграмма

4. Абсолютный электрический КПД турбогенератора

термический КПД

Где энтальпия кипящего конденсата

Задача № 5

Условие задачи

На ТЭЦ установлены две турбины (рисунок 1), № 1 — конденсационная мощностью Nэ1=150 МВт, работающая по циклу Ренкина при давлении и температуре пара на входе рп. п. =8 МПа и tп. п. =540⁰С Давление отработавшего в турбине пара рк=3,4 кПа.

№ 2 — работает при тех же начальных параметрах пара р. п. п. и tп. п., но с противодавлением ротб=1,8 Мпа с отпуском пара Дотб=100 кг/с. Внутренний относительный КПД з_oi1=0,82, з_oi2=0,75.

Определить:

1. Количество теплоты, отпускаемой внешним потребителям, принимая, что конденсат от потребителей возвращается с температурой 70⁰С (hвк=293 кДж/кг);

2. Мощность турбины с противодавлением;

3. Суммарную мощность и часовую выработку электроэнергии при полной нагрузке турбин;

4. Полный часовой расход топлива на ТЭЦ;

5. Удельный расход удельного топлива на 1 кВтч при комбинированной выработке.

Принять для турбин №№ 1 и 2 механический КПД з_м=0,995; КПД электрогенератора з_г=0,99; КПД котельной установки з_{к. у.} =0,90; КПД теплового потока з_т.п. =0,98. В качестве топлива на ТЭЦ считать условное топливо с теплотворной способностью Q^р_н=29 300 кДж/кг.

Решение

тепловая электростанция топливо давление Рисунок 4 — ТЭЦ

1-паровой котел; 2-турбина с противодавлением; 3-конденсационная турбина; 4,5-электрогенераторы; 6-конденсатор; 7,8-конденсатные насосы; 9-рег. Подогреватель; 10-питательный насос; 11-тепловые потребители.

1. Количество теплоты, отпускаемой внешним потребителям

2 Мощность турбины с противодавлением Где часовой расход пара

удельный расход пара;

кг/с

3 Суммарная мощность и часовая выработка электроэнергии при полной нагрузке турбин

4 Полный часовой расход топлива на ТЭЦ Количество тепла, сообщенное пару в котельной Где

(по hS-диаграмме) Часовой расход топлива

5. Удельный расход условного топлива на 1кВт при комбинированной выработке