Изображение теоретического и действительного процессов повышения давления воды в насосе в диаграммах i-s и Т-s

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ФГБОУ ВПО

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра СЭУ и ТЭ

Курсовая работа по дисциплине:

«Общая энергетика»

Тема: «Термодинамический анализ цикла паротурбинной установки

Вариант № 8

Работу выполнил:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

СОДЕРЖАНИЕ

1. Описание принципиальной схемы тепловой электростанции и принцип действия основных её элементов: котла, турбины, конденсатора.. 3

1.1 Котел. 3

1.2 Турбины.. 5

1.3 Конденсатор. 7

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.. 9

3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБРАТИМОГО ЦИКЛА РЕНКИНА.. 10

3.1 Изображение теоретического цикла Ренкина в диаграмме T-s. 11

4. АНАЛИЗ ЦИКЛА РЕНКИНА С УЧЕТОМ НЕОБРАТИМЫХ ПОТЕРЬ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ.. 12

4.1 Изображение теоретического и действительного процессов повышения давления воды в насосе в диаграммах i-s и Т-s. 14

4.2 Изображение теоретического и действительного процессов расширения пара в турбине в диаграммах i-s и Т-s. 15

4.3 Диаграмма тепловых потоков, построенная на основании анализа необратимого цикла Ренкина 16

Список использованной литературы... 17

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

КР.44.140400.В16.008

1. Описание принципиальной схемы тепловой электростанции и принцип действия основных её элементов: котла, турбины, конденсатора

Рисунок 1- Схема паросиловой установки

1 - Котел с пароперегревателем;

2 - Паропровод;

3 - Турбогенераторная установка;

4 - Конденсатор;

5 - Насос

Котел

Котельные установки предназначены для производства пара и горячей воды для энергетических, технологических, отопительных и бытовых нужд в стационарных условиях и на транспорте.

По назначению стационарные котельные установки подразделяют на энергетические и производственно-отопительные. Энергетические котельные установки производят перегретый пар для паротурбинных агрегатов электростанций. Производственно-отопительные котельные установки производят либо перегретый, либо насыщенный пар для производственных, технологических и бытовых нужд и для отопления жилых и производственных помещений.

Энергетические котлы имеют высокую производительность (до 1000 тонн пара в час) и работают при докритических, критических и сверхкритических параметрах теплоносителя. Большие энергетические котлы по движению теплоносителя подразделяются на котлы барабанные и прямоточные. Все они имеют принудительную циркуляцию. Котлы самой большой мощности – в основном прямоточного типа и работают при сверхкритических параметрах (до 300 бар, температура пара на выходе из пароперегревателя до 560 °С ).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

Получение пара в котлах с принудительной циркуляцией производится следующим образом: питательным насосом питательная вода из деаэратора высокого давления подается через систему подогревателей высокого давления (ПВД) и направляется в экономайзер котла. Вода за экономайзером имеет температуру на 10 – 20 градусов ниже, чем температура кипения жидкости при данном давлении. Экономайзер котлоагрегата предназначен для подогрева питательной воды за счет теплоты дымовых газов после пароперегревателя и является хвостовой поверхностью нагрева. Экономайзер представляет собой поверхность нагрева, состоящую из стальных змеевиковых труб диаметром 25-32 мм и расположенных, как правило, в шахматном порядке для улучшения теплопередачи. Далее нагретая вода поступает в систему поверхностей нагрева котлоагрегата, где происходит подогрев теплоносителя до температуры кипения при данном давлении котле и парообразование. Экранные трубы топки котла соединяются между собой нижними и верхними коллекторами. В котлах барабанного типа с многократной принудительной циркуляцией в этих трубах происходит подъем теплоносителя (воды и пароводяной смеси) в барабан котла. В барабане происходит разделение фаз теплоносителя на паровую и жидкую. Пар направляется в сепарационное устройство, после чего - в пароперегреватель. Жидкость по опускным трубам подается в нижнюю часть котла, распределяется между коллекторами и нагревается в экранных трубах, поднимаясь снова в барабан. Таким образом, происходит циркуляция теплоносителя в барабанном котле.

В прямоточных котлах циркуляция отсутствует. Парообразование, в том числе и перегрев происходит в экранных трубах по мере подъема теплоносителя. Барабан в таких котлах отсутствует.

Последней хвостовой поверхностью нагрева по ходу газов является воздухоподогреватель, состоящий из нескольких ступеней. Воздухоподогреватель имеет самую большую поверхность нагрева (в несколько раз превышающую поверхность нагрева всех остальных хвостовых поверхностей нагрева). Это связано с относительно невысокими температурами теплоносителей, небольшим перепадом температур низкой теплоотдачей газов. Конструктивно воздухоподогреватель представляет собой секционную конструкцию, состоящую из системы труб диаметром до 60 мм по которым движутся дымовые газы. Трубы расположены в шахматном порядке, снаружи они омываются потоками воздуха, которые движутся противоточно дымовым газам. Нагретый воздух подается к горелочным устройствам котла. После воздухоподогревателя дымовые газы через систему очистки направляются по газоходам в дымовую трубу. Температура дымовых газов перед дымовой трубой составляет 140-160 °С, снижение ее ограничивается температурой точки росы дымовых газов, при которой происходит конденсация паров кислот, содержащихся в дымовых газах.

Пароперегреватель служит для перегрева насыщенного пара, идущего из барабана котла (в котлах барабанного типа), либо из верхнего коллектора пара (в котлах прямоточного типа). Пароперегреватель представляет собой змеевиковую поверхность нагрева из труб диаметром до 32 мм, смонтированных так, что при высоких температурах дымовых газов (до 1200 °С) имеется возможность компенсации тепловых расширений. Пароперегреватель на мощных котлах состоит из двух ступеней перегрева. Перегретый пар после пароперегревателя направляется в цилиндр высокого давления паровой турбины.

В пароперегревателе происходит радиационно-конвективный теплообмен, и за счет большого перепада температур теплоносителей и высоких коэффициентов теплоотдачи, имеет место высокий коэффициент теплопередачи. Благодаря этому пароперегреватель имеет относительно небольшую поверхность нагрева.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

Топка котла представляет собой объемную камеру из огнеупорных материалов, защищенных от действия высоких температур рядами вертикальных экранных поверхностей, состоящих из нескольких рядов труб, расположенных обычно в шахматном порядке. В нижней части топка представляет собой воронкообразную форму.

В топке котла происходит только лучистый теплообмен, поэтому коэффициент теплопередачи в экранных трубах наибольший.

Современные энергетические котлы работают на трех основных видах топлива: угольная пыль, мазут и природный газ. Таким образом, в зависимости от вида сжигаемого топлива котлы делятся на пылеугольные и газомазутные.

Рисунок 2 - Схема парового котла с естественной циркуляцией

1 - Корпус котла

2 - Подъемные трубы

3 - Фестон

4 - Пароводяной коллектор

5 - Пароперегреватель

6 - Водяной экономайзер

7 – Воздухоподогреватель

Турбины

Турбина состоит из одной или ряда последовательных ступеней, в которых потенциальная энергия, полученная от рабочего тела превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, которая, затем, преобразуется в генераторе в электрическую энергию.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

Обычно энергетическая турбина состоит из трех цилиндров: высокого, среднего и низкого давления. В некоторых турбинах цилиндры среднего и низкого давления выполнены по двухпоточной схеме. Каждый цилиндр состоит из следующих основных элементов: ротора, системы лабиринтных концевых уплотнений, системы опорных или упорных подшипников, литого теплоизолированного разъемного корпуса, состоящего из двух частей, фундаментной рамы, системы принудительного масляного охлаждения с баком масла, выхлопного патрубка. Конструкции ротора бывают различные, но в энергетических турбинах большой мощности применяют цельнокованые роторы. Они состоят из: вала с внутренней системой каналов для охлаждения, лопаток, выполненных из легированной жаропрочной стали.

Пар через стопорный клапан турбины попадает в сопловую камеру цилиндра высокого давления. Отсюда потоки пара распределяются равномерно по проточной части турбины (пространство между ротором и корпусом турбины). Сначала пар попадает в неподвижную сопловую решетку первой ступени, которая крепится к корпусу турбины. Здесь пар, расширяясь, увеличивает свою скорость за счет потери давления и направляется на рабочую решетку первой ступени, расположенную под некоторым углом к направлению движения потока пара. В рабочей решетке, состоящей из рабочих лопаток, пар отдает часть своей энергии, вращая ротор. Турбинные ступени могут быть активными, активно-реактивными и реактивными. В активной ступени расширение пара в рабочих решетках не происходит, а происходит только передача кинетической энергии пара. В активно-реактивных и реактивных ступенях помимо действия кинетической энергии пара происходит и его расширение в рабочих решетках. Соотношение каждой из этих составляющих к общему количеству энергии, переданной в ступени, определяет степень реактивности ступени.

Из рабочей решетки первой ступени пар направляется на неподвижную сопловую решетку второй ступени, где пар расширяется и его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Таким образом, пройдя несколько ступеней рабочей и сопловых решеток, пар направляется в выхлопную камеру, откуда направляется в выхлопной патрубок. Обычно ЦВД имеет 7-10 ступеней. Для предотвращения утечек пара из проточной части применяют лабиринтные концевые уплотнения, эти уплотнения состоят из ряда диафрагм, насаженных на ротор и корпус в концевой части таким образом, что создается большое сопротивление движению пара, и утечки пара резко снижаются. Для утилизации тепла утечек пара из концевых уплотнений по трубопроводам они направляются в подогреватели конденсата.

В мощных энергоблоках для повышения эффективности цикла Ренкина, применяется промежуточный перегрев пара после ЦВД. Пар направляется в промежуточный перегреватель в котельной установке, откуда поступает в цилиндр среднего давления. Из выхлопного патрубка ЦСД пар направляется в цилиндр низкого давления ЦНД. В ЦСД могут быть 9 -13 ступеней, в ЦНД – 4-6 ступеней. Относительный внутренний КПД ЦВД – 0,8 -0,86, ЦСД – 0,88 – 0,92, ЦНД=0,75. Из последней ступени ЦНД пар направляется в выхлопную камеру, откуда в выхлопной патрубок ЦНД и далее в конденсатор. Температура пара на выхлопе из турбины в зависимости от конечного давления составляет 20-30 °С, при ухудшенном вакууме – 50 – 60 °С. Количество потоков ЦНД зависит от его мощности. Диаметры последних ступеней ЦНД составляют более двух метров и при большой частоте вращения (3000 об/мин) на рабочие лопатки действуют большие растягивающие напряжения, что может привести к отрыву и разрушению лопаток турбины.

Роторы всех цилиндров соединяются последовательно в одну линию с помощью муфт, то есть все цилиндры находятся на одном валу, с которого отбирает мощность один электрогенератор, расположенный в концевой части вала со стороны ЦНД.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

Для предварительного постепенного разогрева турбины перед пуском в течение нескольких часов используется валоповоротное устройство (ВПУ), вращающее вал турбины с малой частотой. ВПУ расположено в концевой части вала со стороны ЦВД. Для увеличения эффективности цикла Ренкина из проточной части цилиндров турбины организуются отборы пара на подогрев конденсата и питательной воды. Эффективность цикла при 7-9 последовательных отборов повышается в среднем на 25 % по отношению к циклу без отборов. Повышение эффективности связано с тем, что в котельной установке необходимо нагревать теплоноситель не от температуры конденсата пара после конденсатора, а от температуры немногим ниже температуры кипения при давлении в котле. При этом затрачивается меньше топлива на нагрев одного и того же количества теплоносителя. Однако, отборы пара приводят к тому, что всего лишь небольшая часть от поступившего на турбину пара доходит до последней ступени ЦНД, что снижает выработку электроэнергии. Для компенсации недовыработки требуется увеличения расхода пара на турбину по сравнению с циклом без отборов.

Рисунок 3 - Схема осевой многоступенчатой турбины

1 - Корпус турбины

2 - Кольца диафрагм

3 - Направляющие лопатки

4 - Ротор состоящий из дисков

5 - Вал

6 - Рабочие лопатки

7 - Подшипники

8 - Лабиринтовые уплотнения

9,10 - Входные и выходные патрубки

Конденсатор

Конденсатор представляет собой поверхность нагрева, состоящую из пучков труб и корпуса (подогреватель поверхностного типа). Конденсатор служит для конденсации отработавшего в турбине пара и является одним из наиболее важных элементов электростанции. Пар попадает в паровое пространство между корпусом и пучками труб, заполненных охлаждающей водой. Здесь происходит конденсация пара и сбор конденсата в конденсатосборнике. Охлаждающая вода подается в конденсатор из прудов-охладителей или градирен по трубопроводам большого диаметра с помощью мощных циркуляционных насосов. Нагретая вода направляется обратно в пруд-охладитель или градирню, где охлаждается до температуры окружающей среды. Перепад температур теплоносителей в конденсаторе не велик – 10-20 °С, поэтому конденсатор имеет значительную поверхность нагрева. В конденсаторе должен всегда поддерживаться сильный вакуум (3-5 кПа). Для поддержания этого вакуума служит пароструйный эжектор, отсасывающий паровоздушную смесь из конденсатора и создающий в нем разряжения. Острый пар на эжектор отбирается из ЦВД турбины, паровоздушная смесь направляется в охладитель эжектора (ОЭ), где она передает теплоту конденсату.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

Собранный в конденсатосборнике конденсат (его уровень поддерживается автоматически), откачивается конденсатным насосом в конденсатный тракт. Для исключения вскипания конденсата в насосе создается подпор жидкости (конденсатор находится выше конденсатного насоса).

В конденсаторах имеется встроенный теплофикационный пучок труб для возможности нагрева сетевой воды при работе конденсатора на ухудшенном вакууме.

Рисунок 4 - Схема двухходового конденсатора

1,2 - Входные и выходные патрубки для воды

3 - Трубная доска

4 - Приемная горловина

5 - Камера для охлаждающей воды

6 - Входная, поворотная и выходная камеры для охлаждающей воды

7 - Конденсаторные трубки

8 - Конденсатосборник

9 - Отсос паровоздушной смеси из воздухоохладителя

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

КР.44.140400.В16.008

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В качестве исходных данных для расчёта задаются начальные параметры пара перед турбиной ( температура t₁ и давление P₁ ) и давление пара в конденсаторе P₂ . Вариант задания в таблице.

Таблица 1

Параметр	Номер варианта
	1
Температура пара перед турбиной t₁,^оС;( T₁= t₁ + 273),K	500 (773)
Давление пара перед турбиной , Р₁ , ата (МПа)	130 (12,75)
Давление пара в конденсаторе , Р₂, ата (МПа)	0,04 (0,004)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

КР.44.140400.В16.008

3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБРАТИМОГО ЦИКЛА РЕНКИНА

Таблица 2 - Термодинамический анализ обратимого цикла Ренкина

№	Наименование величины	Единица измерения	Способ определения величины	Величина
1	2	3	4	5
1.	Энтальпия пара перед турбиной	кДж/кг	i₁=f(P₁;t₁)	800
2.	Энтропия пара перед турбиной	кДж/(кг К)	s₁=f(P₁;t₁)	1,54
3.	Энтальпия пара за турбиной	кДж/кг	i₂=f(P₂)	462
4.	Энтропия пара за турбиной	кДж/(кг К)	s₂= s₁	1,54
5.	Энтальпия воды на линии насыщения при давлении Р₂	кДж/кг	i₃=f(P₂)	120
6.	Температура воды и пара при Р₂	⁰С	t₂=f(P₂); (T₂= t₂+273,15)	28,98 (301,6)
7.	Энтропия воды на линии насыщения при Р₂	кДж/(кг К)	s₃=f(P₂) s₄= s₃	0,4178
8.	Энтальпия воды за насосом	кДж/кг	i₄=f(P₁;s₃)	137
9.	Температура воды за насосом	⁰С	t₄=f(P₁;i₄) (T₄)	29,36 (302)
10.	Работа расширения (теоретическая)	кДж/кг	l_т^теор=(i₁-i₂)	338
11.	Работа сжатия (теоретическая)	кДж/кг	l_нас^теор=(i₄-i₃)	17
12.	Теплота, подведенная в цикле	кДж/кг	q₁=( i₁-i₄)	663
13.	Термический КПД обратимого цикла Ренкина	-	h_t= (l_т^теор- l_нас^теор)/q₁	0,484
14.	Термический КПД обратимого цикла Карно	-	h_t^оцк=1-(T₂/T₁)	0,61
15.	Степень термодинамического совершенства обратимого цикла Ренкина	-	h=h_t / h_t^оцк	0,794

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

КР.44.140400.В16.008

3.1 Изображение теоретического цикла Ренкина в диаграмме T-s

Рисунок 5 - T - S диаграмма цикла Ренкина

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

КР.44.140400.В16.008

4. АНАЛИЗ ЦИКЛА РЕНКИНА С УЧЕТОМ НЕОБРАТИМЫХ ПОТЕРЬ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ

Таблица 3 – Анализ цикла Ренкина с учетом необратимых потерь с помощью метода Тепловых потоков

№

Наименование величины

Единица измерения

Способ определения величины

Величина

Относительный внутренний КПД турбины

h_oi^m=0,85-0,90

0,85

Относительный внутренний КПД насоса

h_oi^н=0,85-0,90

0,85

Действительная энтальпия пара за турбиной

кДж/кг

i₂_д=i₁-h_oi^m×(i₁-i₂)

512,7

Действительная работа турбины

кДж/кг

l_m^действ=i₁- i₂_д

287,3

Действительная работа насоса

кДж/кг

l_н^действ=(i₄-i₃)/h_oi^н

Действительная энтальпия воды за насосом

кДж/кг

i₄_д=i₃+(i₄-i₃)/h_oi^н

140

Необратимые потери в турбине

кДж/кг

i₂_д- i₂

50,7

Необратимые потери в насосе

кДж/кг

i₄_д- i₄

Относительный внутренний КПД цикла

h_oi^ц=(( i₁- i₂)× h_oi^m-( i₄- i₃/)h_oi^н)/(( i₁- i₂)-( i₄- i₃))

0,833

10.

Абсолютный внутренний КПД цикла

h_i^ц=h_t×h_oi^ц

0,403

11.

Механический КПД турбины

h_м=0,97-0,995

0,97

12.

Механическая работа турбины

кДж/кг

l_m^м=h_м× l_m^действ

111

13.

Абсолютный эффективный КПД турбинной установки

h_е^m=h_м×h_i^ц

0,341

14.

КПД электрогенератора

h_г=0,97-0,99

0,97

15.

Работа, передаваемая внешнему потребителю (электроэнергия в сеть)

кДж/кг

l_э=h_г× l_m^м

278,681

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

16.

Абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки

h_е^г=h_г×h_е^m

0,391

17.

КПД паропровода

h_пп=0,98-0,99

0,98

18.

Энтальпия пара на выходе из котла

кДж/кг

i₁⁰=i_4д+(i₁-i_4д)/h_пп

806,667

20.

Энтальпия воды, поступающей в котел

кДж/кг

i_4д

140

21.

Тепло, переданное в котле воде и пару

кДж/кг

i₁⁰- i_4д

666,667

22.

КПД котла

h_ка=0,89-0,93

0,89

23.

Тепло, выделяющееся в топке при сгорании топлива на 1 кг пара с энтальпией i₁⁰

кДж/кг

q^I= (i₁- i_4д)/(h_пп×h_ка)

749,064

24.

Эффективный абсолютный КПД всей тепловой установки

h_е^уст=h_ка×h_пп×h_г ×h_м ×h_oi^ц ×h_t

0,365

25.

Низшая теплота сгорания топлива

кДж/кг

Q_н^р

9260

26.

Эффективный удельный расход топлива

кг/кВт ч

b_е^уст=3600/ Q_н^р×h_е^уст

1,066

27.

Мощность установки

кВт

210000

28.

Часовой расход топлива

кг/ч

B= b_е^уст×N

29.

Часовой расход пара через турбину

кг/ч

D=3600×N/(( i₁- i₄)× h_е^m)

2915755,5

30.

Часовое тепловыделение в топке котла

кДж/кг

Q= B×Q_н^р

2073514582

31.

Тепло, выделившееся в топке котла

q’

100

32.

Потеря тепла в котле

Dq_ка=(1-h_ка)×q’

33.

Потеря тепла в паропроводах

Dq_пп=(1-h_пп)× h_ка× q’

0,89

34.

Тепло, поступившее с паром в турбину

q₁=q’-Dq_ка-Dq_пп

88,11

35.

Тепло, отводимое в конденсаторе

Dq₂^дейст=(1-h_i^ц)×h_пп×h_ка×q’

14,74

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

36.

Суммарные потери в котле, паропроводах, конденсаторе

Dq_ка+ Dq_пп+Dq₂^дейст

144,3

37.

Механические потери в турбине

Dq_м=(1-h_м)×h_i^ц×h_пп×h_ка×q’

2,201

38.

Механические и электрические потери в генераторе

Dq_г=(1-h_г)×h_м×h_i^ц ×h_пп×h_ка×q’

0,689

39.

Работа, переданная внешнему потребителю (электроэнергия)

l_э=h_е^уст×q’

36,46

40.

Тепловой баланс теплосиловой паротурбинной установки, работающей по циклу Ренкина

q’=l_э+Dq₂^дейст+Dq_г+ Dq_м+ Dq_пп+Dq_ка

63,779

Изображение теоретического и действительного процессов повышения давления воды в насосе в диаграммах i-s и Т-s

Рисунок 6 - Изображение теоретического и действительного процессов повышения давления воды в насосе в диаграммах i-s

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР.44.140400.В16.008

Рисунок 7 - Изображение теоретического и действительного процессов повышения давления воды в насосе в диаграммах Т-s

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 268; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!