Анализ цикла паротурбинной установки
Эксергетический баланс регенеративного цикла ПТУ Котельный агрегат Етоп=0,975*В* QPH=0,975*369,978=360,729 МВт Епв=Екавх=D*(hP1-h0-T0*(sP1-s0))=115,574*(762,7−84−293*(2,1384−0,2965))=16,067МВт Екавых=D*(h1-h0-T0*(s1-s0))=115,574*(3387,3−84−293*(6,6601−0,2965))=166,284 МВт ДЕкА= Етоп+ Епв-Екавых=360,729+16,067−166,284=210,512 МВт Турбина ЕТвх=Екавых. Задание Паротурбинная установка мощностью NЭ… Читать ещё >
Анализ цикла паротурбинной установки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задание Паротурбинная установка мощностью NЭ работает при начальных параметрах p1, t1 и конечном давлении пара pк. Исходные данные для расчётов выбираются по номеру варианта в табл. «Исходные данные».
1. По исходным данным рассчитать характеристические точки идеального и действительного циклов Ренкина. Результаты расчётов представить в табл. 2.
По данным табл. 2 построить в Ts-координатах идеальный и действительный циклы простой ПТУ. Рассчитать основные характеристики циклов, перечисленные в табл. 2.
2. Рассчитать характеристические точки действительного цикла ПТУ с изменённым параметром. Построить в Ts-координатах первоначальный действительный цикл с изменённым параметром.
Построить в hs-диаграмме процессы расширения пара в турбине для первоначального цикла и с изменённым параметром. Рассчитать основные характеристики цикла с изменённым параметром.
3. Рассчитать тепловой и эксергетический балансы действительного цикла простой ПТУ. Построить диаграммы тепловых и эксергетических потоков в установке.
4. Рассчитать основные характеристики установки, работающей по действительному циклу и имеющей n регенеративных подогревателей при давлении в отборах p111, p112, p113. Рассчитать тепловой и эксергетический балансы регенеративного цикла ПТУ. Построить диаграммы тепловых и эксергетических потоков.
Все результаты расчётов представить в сводной табл. 2.
NЭ=110 МВт
р1=9 МПа
t1=500?С рК=0,010 МПа зoiT=0,85
зoiH=0,80
зка=0,82
QHP=38 МДж/кг Дt1= +15%
p111=1,0 МПа
p113=0,20 МПа Расчёт параметров точек идеального и действительного циклов ПТУ
1 — перегретый пар
v1=0,0368 м3/кг
h1=3387,3 кДж/кг
s1=6,6601 кДж/(кг*К)
2а — влажный насыщенный пар
t2=45,81?C
v'2а=0,10 103 м3/кг v''2а=14,671 м3/кг
h'2а=191,81 кДж/кг h''2а=2583,9 кДж/кг
s'2а=0,6492 кДж/(кг*К) s''2а=8,1489 кДж/(кг*К)
x2a=(s-s')/(s''-s') x2a=(6,6601−0,6492)/(8,1489−0,6492)=0,801
v2a=v'2a*(1-x2a)+v''2a*x2a v2a=11,759 м3/кг
h2a= h'2a*(1-x2a)+h''2a*x2a h2a=2109,035 кДж/кг
2д — влажный насыщенный пар зoiT=(h1-h'2д)/(h1-h2a)
h2д=h1— зoiT*(h1-h2a)
h2д=2300,77 кДж/кг
x2д=(h2д-h'2д)/(h''2д-h'2д) x2д=0,882
v2д=12,940 м3/кг
s2д=7,264 кДж/(кг*К)
3 — кипящая жидкость
x3=0
v3=v'2=0,10 103 м3/кг
h3=h'2=191,81 кДж/кг
s3=s'2=0,6492 кДж/(кг*К)
4a — жидкость
si=0,5689 кДж/(кг*К) t (si)=40?C
si+1=0,6996 кДж/(кг*К) t (si+1)=50?C
t4a(s=0,6492)=46,14 ?C=319,14 K
ti=40 ?C v (ti)=0,10 039 м3/кг
ti+1=50 ?C v (ti+1)=0,10 082 м3/кг
v4a(t=46,14)=0,100 654 м3/кг
ti=40 ?C h (ti)=175,5 кДж/кг
ti=40 ?C h (ti)=217,1 кДж/кг
h (t=46,14)=201,04 кДж/кг
4д — жидкость зoiH=(h4a-h3)/(h4д-h3)
h4д=h3+(h4a-h3)/ зoiH
h4д=203,35 кДж/кг
hi=175,5 кДж/(кг*К)
t (si)=40?C
hi+1=217,1 кДж/(кг*К) t (si+1)=40?C
t4д(h=203,25)=46,96 ?C=319,96 K
ti=40 ?C
v (ti)= 0,10 039 м3/кг
ti+1=50 ?C
v (ti+1)=0,10 082 м3/кг
v4д(t=46,96)=0,10 066 м3/кг
ti=40 ?C
s (ti)=0,5689 кДж/(кг*К)
ti+1=50 ?C
s (ti+1)=0,6996 кДж/(кг*К)
s4д(t=46,96)=0,6599 кДж/(кг*К)
5 — кипящая жидкость
t5=303,35?C=576,35 K
v5=v'5=0,14 181 м3/кг
h5=h'5=1363,6 кДж/кг
s5=s'5=3,2866 кДж/(кг*К)
6 — сухой насыщенный пар
t6=303,35 ?C=576,35 K
v6=v''6=0,2 077 м3/кг
h6=h''6=2742,9 кДж/кг
s6=s''6=5,6790 кДж/(кг*К) паротурбинный установка тепловой эксергетический поток
По рассчитанным данным составляется таблица
Идеальный цикл ПТУ
q1=h1-h4a=3387,3−201,04=3186,26кДж/кг
q2=h2a-h3=2109,035−191,81=1917,23кДж/кг
lТ= h1-h2a=3387,3−2109,035=1277,97 кДж/кг
lH= h4a-h3=201,04−191,81=9,23 кДж/кг
lц=lT-lH=1277,97−9,23=1268,74 кДж/кг зt=(q1-q2)/q1=(3186,26−1917,23)/3186,26=0,3983
D=N0/(h1-h2a)=Nэ/ (h1-h2a)/зМ/ зГ=110/1277,97/0,98/0,99=88,718 кг/с
dЭ=3600*D/NЭ=3600*88,718/110=2,903 кг/(кВт*ч)
Q1=D*q1=88,718*3186,26=282,679 МВт
qT=3600*Q1/NЭ=3600*282,679/110=9,251 МДж/(кВт*ч)
B=Q1/(зка*QHP)=282,679/(0,82*38)=9,072 кг/с
bЭ=3600*B/ NЭ=3600*9,072/110=0,297 кг/(кВт*ч)
Q2=q2*D=1917,23*88,718=170,093 МВт зoi=lцд/lца=1
зЭ=NЭ/Q1=110/282,679=0,3891
зi=(q1-q2)/q1=(3186,26−1917,23)/3186,26=0,3983
Действительный цикл ПТУ
q1=h1-h4д=3387,3−203,35=3183,95 кДж/кг
q2=h2д-h3=2300,77−191,81= 2108,96кДж/кг
lТ= (h1-h2а)* зoiT=(3387,3−2109,035)*0,85=1086,53 кДж/кг
lH= (h4а-h3)/ зoiН=(201,04−191,81)/0,8=11,54 кДж/кг
lц=lT-lH=1086,53−11,54=1074,99 кДж/кг зt=(q1-q2)/q1=(3183,95−2108,96)/3183,95=0,3376
D=Ni/(h1-h2д)=Nэ/ (h1-h2д)/зМ/ зГ=110/1086,53/0,98/0,99=104,349 кг/с
dЭ=3600*D/NЭ=3600*104,349/110=3,415 кг/(кВт*ч)
Q1=D*q1=104,349*3183,95=332,242 МВт
qT=3600*Q1/NЭ=3600*332,242/110=10,873 МДж/(кВт*ч)
B=Q1/(зка*QHP)=332,242/(0,82*38)=10,662 кг/с
bЭ=3600*B/ NЭ=3600*10,662/110=0,349 кг/(кВт*ч)
Q2=q2*D=2108,96*104,349=220,068 МВт зoi=lцд/lца=1074,99/1268,74=0,8473
зЭ=NЭ/Q1=110/332,242=0,3311
зi=(q1-q2)/q1* зoi =(3183,95−2108,96)/3183,95*0,8473=0,2860
Ni=D*(h1-h2д)=104,349*1086,53=113,378 МВт Расчёт параметров точек цикла ПТУ с измененным параметром
t1=500*1,15=575 ?C=848K
1 — перегретый пар
ti=570 ?C v (ti)=0,4 109 м3/кг
ti+1=580 ?C v (ti+1)= 0,4 168 м3/кг
v1(t=575)=0,41 385 м3/кг
ti=570 ?C s (ti)=6,8752 кДж/(кг*К)
ti+1=580 ?C s (ti+1)= 6,9040 кДж/(кг*К)
s1(t=575)=6,8896 кДж/(кг*К)
ti=570 ?C h (ti)=3561,0 кДж/кг
ti+1=580 ?C h (ti+1)= 3585,4 кДж/кг
h1(t=575)=3573,2 кДж/(кг*К)
2а — влажный насыщенный пар
t2=45,81?C
v'2а=0,10 103 м3/кг
v''2а=14,671 м3/кг
h'2а=191,81 кДж/кг
h''2а=2583,9 кДж/кг
s'2а=0,6492 кДж/(кг*К) s''2а=8,1489 кДж/(кг*К)
x2a=(6,8896−0,6492)/(8,1489−0,6492)=0,832
v2a=v'2a*(1-x2a)+v''2a*x2a
v2a=12,206 м3/кг
h2a= h'2a*(1-x2a)+h''2a*x2a
h2a=2182,03 кДж/кг
2д — влажный насыщенный пар зoiT=(h1-h'2д)/(h1-h2a)
h2д=h1— зoiT*(h1-h2a)
h2д=2390,71 кДж/кг
x2д=(h2д-h'2д)/(h''2д-h'2д) x2д=0,919
v2д= 13,483 м3/кг
s2д=7,541 кДж/(кг*К) По рассчитанным данным составляется таблица 2
Действительный цикл ПТУ c измененным параметром
q1=h1-h4д=3573,2−203,35=3369,85кДж/кг
q2=h2д-h3=2390,71−191,81= 2198,9кДж/кг
lТ= (h1-h2а)* зoiT=(3573,2−2182,03)*0,85=1182,49 кДж/кг
lH= (h4а-h3)/ зoiН=(201,04−191,81)/0,8=11,54 кДж/кг
lц=lT-lH=1182,49−11,54=1170,95 кДж/кг зt=(q1-q2)/q1=(3369,85−2198,9)/3369,85=0,3475
D=Ni/(h1-h2д)=Nэ/ (h1-h2д)/зМ/ зГ=110/1182,49/0,98/0,99=95,88 кг/с
dЭ=3600*D/NЭ=3600*95,88/110=3,138 кг/(кВт*ч)
Q1=D*q1=95,88*3369,85=323,101 МВт
qT=3600*Q1/NЭ=3600*323,101/110=10,574 МДж/(кВт*ч)
B=Q1/(зка*QHP)=323,101/(0,82*38)=10,369 кг/с
bЭ=3600*B/ NЭ=3600*10,369/110=0,339 кг/(кВт*ч)
Q2=q2*D=2198,9*95,88=210,831 МВт зoi=lцд/lца=1170,9/1268,74=0,923
зЭ=NЭ/Q1=110/323,101=0,3405
зi=(q1-q2)/q1* зoi =(3369,85−2198,9)/3369,85*0,923=0,3207
Ni=D*(h1-h2д)=95,88*1182,49=113,377 МВт Тепловой баланс действительного цикла простой ПТУ Котельная установка
Q=B*QHP=10,662*38=405,156 МВт
Q1=зка*Q=0,82*405,156=332,228 МВт ДQкА=Q-Q1=405,156−332,228=72,928МВт
Турбина
Q1=Q2+Ne+ДQм
Q2=D*q2=104,349*2108,96=220,068 МВт
Ne=NЭ/зГ=110/0,99=111,111 МВт ДQм=Q1-Q2-Ne=332,228−220,068−111,111=1,049 МВт Конденсатор
Q2=Q1— зi*Q1=(1−0,3376)*332,228=220,068 МВт
Ne=NЭ+ ДQГ
ДQГ=Ne-NЭ=111,111−110=1,111 МВт Тепловой баланс
Q=NЭ+Q2+ ДQГ+ ДQм+ ДQкА
405,156=110+ 220,068+1,111+1,049+72,928
405,156=405,156
Эксергетический баланс дейстаительного цикла простой ПТУ Котлоагрегат
Eпв=Екавх=D*((h4д-h0)-T0*(s4д-s0))=104,349*((203,35−84)-293(0,6599−0,2965))=104,349*
*(119,35−106,4762)=1,343 МВт
Eтоп=0,975*B*QHP=0,975*38*10,662=395,027 МВт
Eкавых=D ((h1-h0)-T0*(s1-s0))=104,349*((3387,3−84)-293(6,6601−0,2965))=104,349*
*(3303,3−1864,5348)=150,134 МВт ДEкА=(Eкавх+Етоп)-Екавх=1,343+395,027−150,134=246,236 МВт Турбина ЕТвх=Екавых
ЕТвых=D*((h2д-h0)-T0*(s2д-s0))=104,349*((2300,77−84)-293*(7,264−0,2965))=104,439*
*(2216,77−2041,4775)=18,307 МВт ДET=(ЕТвх— ЕТвых)-Ne=150,134−18,307−111,111=20,716 МВт Генератор ДЕГ=Ne-NЭ=111,111−110=1,111 МВт Коденсатор Еквх= Етвых
ЕКвых=D*((h3-h0)-T0*(s3-s0))=104,349*((191,81−84)-293*(0,6492−0,2965))=104,349*
*(107,81−103,3411)=0,466 МВт ДЕк= Еквх— Еквых=18,307−0,466−17,841 МВт Проверка ДЕк=Q2*(1-T0/TK)=220,068*(1−293/318,81)=17,816 МВт Насос Енвх= Еквых
Енвых= Екавх
LН=D*(h4д-h3)=104,349*(203,351−191,81)=1,204 МВт ДEH= Енвх-Енвых+LH=0,466−1,343+1,204=0,327 МВт Етоп+ Епв= NЭ+ ДЕка+ ДЕТ+ ДЕГ+ ДЕК+ ДЕН-LH
зех= NЭ/(Етоп+ Епв)=110/(395,027+1,343)=0,2775
ПТУ с регенерацией
p1=1 МПа б1*hП1+(1- б1)* hр2= hр1
б1=(hР1 -hР2)/(hП1+ hР2)
б1=(762,7−504,7)/(2900−504,7)=0,1077
p2=0,2 МПа б2*hП2+(1- б1— б2)* hр3= (1- б1)*hр2
б2=(1- б1)(hP2— h3)/(hП2-h3)=(1−0,1077)(504,7−191,81)/(2660;
191,81)=0,8923*312,89/2468,19=
=0,1131
lдТ=(1- б1— б2)*(h1— h2д)+ б1*(h1— hП1)+ б2*(h1— hП2)
y1=(hП1— h2д)/(h1— h2д)=(2900−2300,77)/(3387,3;
2300,77)=599,23/1086,53=0,5515
y2=(hП2— h2д)/(h1— h2д)=(2660−2300,77)/(3387,3−2300,77)=0,3306
lдТ=(1- y1*б1— y2*б2)*(h1— h2д)=(1−0,5515*0,1077−0,3306*0,1131)*(3387,3;
2300,77)=
=(1−0,5 939 655−0,3 739 086)*1086,53=0,981 МДж/кг
DP=Ni/ lдТ=113,378/0,981=115,574 кг/с
q1= h1— hP1=3387,3−762,7=2,625 МДж/кг
q2= (1- б1— б2)*(h2д— h3)=(1−0,1077−0,1131)*(2300,77;
191,81)=0,7792*2108,96=1,643 МДж/кг зi= lдТ/q1=0,981/2,625=0,3737
Тепловой баланс регенеративного цикла ПТУ Регенератор
QП1= б1*D*(hп1— h3)=0,1077*115,574*(2900−191,81)=33,710 МДж/кг
QП2= б2*D*(hп2— h3)=0,1131*115,574*(2660−191,81)=32,263 МДж/кг
QP1= D*(1- 0)*(hP1— h3)=115,574*(762,7−191,81)=65,980 МДж/кг
QP2= D*(1- б1)*(hP2— h3)=115,574*(1−0,1077)*(504,7;
191,81)=115,574*0,8923*312,89=
=32,267 МДж/кг Проверка
QP1=QП1+QП2
65,980?33,710+32,263=65,973
QP2=QП2
32,267?32,263
Котельный агрегат
Q=B*QPH=Q1/зка=q1*D/ зка=2,625*115,574/0,82=369,978 МВт
Q1=303,382 МДж/кг ДQкА=QQ1=369,978−303,382=65,596 МВт Турбина
Q2=D*q2=115,574*1,643=189,888 МВт
Ne=111,111 МВт ДQм=113,378−111,111=2,267 МВт
Генератор
Ne= Nэ+ ДQГ
ДQГ= Ne— NЭ=111,111−110=1,111 МВт Насос
LH=D*lH=115,574*11,54=1,334 МВт
QПВ=LH+ QP1=1,334+65,980=67,314 МВт Тепловой баланс
Q+QP+LH= NЭ+Q2+ ДQкА+ ДQМ+ ДQГ+QП1+QП2
369,978+65,98+1,334=110+189,888+65,596+2,267+1,111+33,710+32,263
437,292?434,835
Эксергетический баланс регенеративного цикла ПТУ Котельный агрегат Етоп=0,975*В* QPH=0,975*369,978=360,729 МВт Епв=Екавх=D*(hP1-h0-T0*(sP1-s0))=115,574*(762,7−84−293*(2,1384−0,2965))=16,067МВт Екавых=D*(h1-h0-T0*(s1-s0))=115,574*(3387,3−84−293*(6,6601−0,2965))=166,284 МВт ДЕкА= Етоп+ Епв-Екавых=360,729+16,067−166,284=210,512 МВт Турбина ЕТвх=Екавых
ЕП1=б1* D*(hП1-h0-T0*(sП1-s0))=0,1077*115,574*(2900−84−293*(6,84;
0,2965))=11,871 МВт ЕП2=б2* D*(hП2-h0-T0*(sП2-s0))=0,1131*115,574*(2660−84−293*(7,01;
0,2965))=7,960 МВт ЕТвых= Еквх=(1- б1— б2)*D*(h2д-h0-T0*(s2д-s0))=(1−0,1077;
0,1131)*115,574*(2300,77−84−293*
*(7,264−0,2965))=0,7792*115,574*174,523=15,717 МВт ДЕТ= ЕТвх— ЕП1— ЕП2-Ne— Еквх=166,284−11,871−7,96−111,111−15,717=19,625 МВт Генератор ДЕГ= Ne— NЭ=111,111−110=1,111 МВт Конденсатор ЕТвых= Еквх
Еквых=(1- б1— б2)*D*(h3-h0-T0*(s3-s0))= (1−0,1077;
0,1131)*115,574*(191,81−84−293* *(0,6492;
0,2965))=0,7792*115,574*4,4689=0,402МВт ДЕк=Еквх-Еквых=15,717−0,402=15,315МВт Теплообменник 2
ЕР2=(1- б1-)*D*(hP2-h0-T0*(sP2-s0))=(1−0,1077)*115,574*(504,7−84;
293*(1,5301−0,2965))=
=0,8923*115,574*59,2552=6,111МВт ДЕП2=ЕП2+Еквых-ЕP2=7,96+0,402−6,111=2,251МВт
Теплообменник 1
ЕP1=D*(hP1-h0-T0*(sP1-s0))=115,574*(762,7−84−293*(2,1384−0,2965))=16,067МВт ДЕП1=ЕP2+ЕП1-ЕP1=6,111+11,871−16,067=1,915 МВт Насос
LH=D*(h4д-h3)=115,574*(203,35−191,81)=1,334 МВт ДЕH= LH+ ЕP1-Eпв=1,334+16,067−16,067=1,334 МВт Эксергетический баланс Етоп+ ЕP1+ LH= NЭ+ ДЕкА+ ДЕТ+ ДЕГ+ ДЕк+ ДЕН+ ДЕП1+ ДЕП2+ ЕП1+ ЕП2
360,729+16,067+1,334=110+210,512+19,625+1,111+15,315+1,334+1,915+2,251+11,871+7,96
378,13?381,894
зех= NЭ/(Етоп+ Епв+ LH)=110/(360,729+16,067+1,334)=0,2909
По рассчитанным данным составляется таблица 3
Вывод Одним из способов повышения тепловой эффективности паросиловых установок является использование регенеративного цикла — цикла с использованием теплоты пара, частично отработавшего в турбине, для подогрева питательной воды. Регенеративный подогрев увеличивает термический КПД цикла ПТУ и снижает потери теплоты в конденсаторе турбины с охлаждающей водой.
1. Анализ цикла паротурбинной установки. Методические указания по выполнению курсовой работы, Новосёлов И. В., Кузнецова В. В. Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1999.