Расчет второго подогревателя

Министерство образование и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Кафедра: Теплоэнергетика

Расчетно-графическая работа:

Исследование и расчет термодинамических циклов

Теплоэнергетических установок

Выполнил:

Проверил:

Саратов 2008

Содержание

Реферат……………………………………………………………………3

Введение………………………………………………………….……….4

Задание 1……………………………………………………………...…..7

Задание 2………………………………………………………………….26

Задание 3…………………………………………………………...……..41

Заключение………………………………………………………...……..54

Литература…………………………………………………………....…..55

Реферат

Данная расчётно-графическая работа состоит из 55 листов, включая 4 рисунка, 9 таблиц, 8 графиков и список используемых источников.

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, ПАРОВАЯ ТУРБИНА, КОМПРЕССОР, ПАР, КОНДЕНСАТ, ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, РЕГЕНЕРАЦИЯ, КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, КОНДЕНСАТОР, РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ, ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР.

В данной расчётно-графической работе были выполнены расчеты ПТУ, ГТУ и ПГУ бинарного типа, приобретены навыки научно-исследовательской работы.

Введение

Теплоэнергетические установки делятся на паровые теплоэнергетические установки (ПТУ), газовые теплоэнергетические установки (ГТУ) и парогазовые теплоэнергетические установки (ПГУ). Все эти установки служат для выработки электрической и тепловой энергии.

Основными элементами ПТУ являются паровой котел, паровая турбина, электрический генератор, конденсатор, питательный насос. Работает ПТУ по следующему принципу: вода в паровом котле нагревается и превращается в пар, который затем поступает в пароперегреватель, после пароперегревателя пар подается в голову паровой турбины, расширяется, и поступает в конденсатор, где превращается в воду, далее в питательном насосе жидкость сжимается и подается обратно в паровой котел. Электрический генератор превращает механическую энергию в электрическую. В теплофикационных установках наряду с выработкой электрической энергии, осуществляется отбор пара на теплофикацию из паровой турбины. Дополнительными элементами ПТУ являются: система регенерации, системы промежуточного перегрева пара.

За основной цикл в паротурбинной установке принят идеальный цикл Ренкина. В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсаторе, вследствие чего вместо громоздкого малоэффективного компрессора для подачи воды в котел применяют питательный водяной насос, который имеет малый габарит и высокий К. П. Д. При сравнительно небольшой мощности, потребляемой насосом, потери в нем оказываются малыми по сравнению с общей мощностью паротурбинной установки. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара.

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Общая эффективность паровых турбин (электроэнергия + тепло) доходит до ~85% в расчете на единицу потраченного топлива. Мощность единичной паровой турбины ~ до 1000 МВт.

Типы паровых турбин

1) турбины с противодавлением - давление пара на выходе турбины выше атмосферного

2) турбины конденсационные - давление пара на выходе турбины ниже атмосферного

Пар в турбину должен подаваться с характеристиками:

давлением 40-60 бар

температурой 400-500°С.

Плюсы паровых турбин:

1) работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое

2) высокая единичная мощность

3) свободный выбор теплоносителя

4) широкий диапазон мощностей

5) внушительный ресурс паровых турбин

Минусы паровых турбин:

1) высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)

2) дороговизна паровых турбин

3) низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии

4) дорогостоящий ремонт паровых турбин

5) снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Подогреватели воздуха бывают рекуперативного и регенеративного типа. В рекуперативных подогревателях тепло постоянно передается через стены, так как с одной стороны проходят дымовые газы, а с другой — воздух в горелки. У регенеративного типа тепло дымовых газов сначала поглощается насадкой регенератора и затем передается воздуху. Насадка при каждом цикле нагревается и охлаждается.

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей - это силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Утилизация тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. В обычном рабочем режиме - на газе, а в резервном (аварийном) - автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ может работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Плюсы ГТУ:

1) незначительная потребность в охлаждающей воде;

2) возможность применения белее высоких температур рабочего тела;

3) меньший расход металла, приходящийся на единицу мощности;

4) возможность очень быстрого пуска и форсирование нагрузки;

Минусы ГТУ:

1) большая работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре;

2) высокая температура выхлопных газов;

3) невозможность работы на твердом топливе;

4) относительная низкая предельная мощность газовой турбины;

5) резкое снижение экономичности при недогрузках;

Парогазовые установки имеют одно главное отличие. В ПГУ отработавшие газы, имеющие высокую температуру, поступают в котел-утилизатор. В котле-утилизаторе парогазовой установки высокотемпературные газы разогревают пар до температуры ~500°С. В котле парогазовой установки давление пара поднимается до ~80 атм. Эти параметры позволяют использовать паровые турбины. В парогазовых установках паровые турбины вращают дополнительные генераторы. В парогазовых установках используется еще ~20% энергии поступившего топлива. Общий электрический КПД парогазовой установки составляет ~58%. В стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 40%. ПГУ — относительно новый тип электростанций, работающих на газе, жидком или твердом топливе. Парогазовые установки предназначены для получения максимального количества электроэнергии с силовыми агрегатами относительно высокой мощности.

ЗАДАНИЕ №1

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с регенерацией (рис. 1.1). Из котельного агрегата (КА) в паровую турбину (ПТ) поступает пар с давлением р₁ и температурой t₁. Давление пара в конденсаторе (К) равно p₂. Конденсат отработавшего пара при давлении p₂ и температуре насыщения подается питательным насосом (ПН) в регенеративные подогреватели (РП) поверхностного типа, где осуществляется ступенчатый подогрев питательной воды паром, отбираемым из проточной части турбины. Нагрев воды в каждом из подогревателей одинаковый. Конденсат греющего пара из подогревателей при температуре насыщения каскадно сливается в конденсатор. Недогрев питательной воды в подогревателях до температуры насыщения греющего пара равен δt = 2-10 °С. Примем степень недогрева таким образом, чтобы давление греющего пара соответствовало показаниям на h-s – диаграмме изобарам.

Дополнительно примем КПД поверхностных подогревателей – η_n=0,98; конденсатора η_к=0,99. Теплота сгорания условного топлива

Рис. 1.1. Принципиальная схема паротурбинной установки с регенерацией

Задание:

1. Нарисовать принципиальные схемы паротурбинных установок без регенерации и с регенерацией. В Т-s – координатах нарисовать соответствующие схемам термодинамические циклы ПТУ.

2. В h-s – координатах нарисовать теоретический и действительный процессы расширения пара в паровой турбине. Показать пересечение изобар отборов системы регенерации с линиями теоретического и действительного процессов.

3. Для всех характерных теоретических и действительных точек паротурбинной установки определить следующие значения параметров: давление р, температуру t, удельные объем V, энтальпию h и энтропию s, степень сухости х, относительный α и полный D расходы рабочего тела.

4. Определить расход циркуляционной воды, кратность циркуляции, секундный, часовой и годовой расходы натурального и условного топлив для установок с регенерацией и без нее.

5. Рассчитать термический, абсолютный внутренний КПД цикла, а также эффективный и электрический КПД-нетто всей установки с регенерацией и без нее.

6. Полученные значения для установок с регенерацией и без регенерации сравнить и сделать выводы.

Решение задания №1.

Таблица 1.1. Исходные данные для расчета

№ варианта	, МПа	, ˚С	, МПа	, -	, -	, -	Δtцв, ˚С	, Мдж/кг	Nэ, МВт	, -	, -	, ˚С
			0,005	0,92	0,7	0,98				0,95	0,99

Определение параметров в характерных точках:

Точку 1 определяем по заданным давлению p₁ и температуре t₁ с использованием h-s – диаграммы.

Точку 2t определим по заданному конечному давлению p₂ и энтропии s_2t=s₁ с использованием h-s – диаграммы.

Точку 2 определим из расчета действительного процесса расширения пара в паровой турбине по формуле:

(1)

Из (1) выразим h₂ :

(кДж/кг)

По найденной h₂ и известному p₂ определим все остальные параметры в этой точке:

Параметры точек 3, 4t , 4 определим с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. Точку 3 определим по давлению p₃=p₂ как жидкость, находящаяся в состоянии насыщения.

Точку 4t определим по давлению p_4t=p₁ и энтропии s_4t=s₃ :

По следующей формуле определим энтальпию в точке 4 :

(кДж/кг)

По энтальпии h₄ и давлению p₄=p_4t определим все остальные параметры в точке 4 :

Работа насоса (сжатия) теоретическая и действительная с приемлемой точностью может быть определена по приближенным формулам:

и ,

где - средний удельный объем жидкости при адиабатном повышении давления; - КПД насоса.

Для воды, являющейся практически несжимаемой жидкостью в широком интервале параметров состояния 0,001 м³/кг.

(кДж/кг)

= 22,854 (кДж/кг)

Повышение температуры воды при адиабатном повышении давления можно также найти из приближенных формул:

и

Здесь - изобарная теплоемкость воды. В широкой области параметров состояния кДж/(кг К).

(К)

(К)

Расчет системы регенеративных подогревателей:

Общий нагрев питательной воды в подогревателях равен:

(К)

Нагрев питательной воды в каждом подогревателе составляет:

(К)

Расчет первого подогревателя:

Тепловой и материальный балансы подогревателя имеют вид:

для теоретического цикла

для действительного цикла

Из этих уравнений определяются теоретический и действительный относительные расходы греющего пара в подогреватель, то есть отношение расходов греющего пара к расходу питательной воды.

В данных уравнениях параметры питательной воды (точки пв и 6) определяются при соответствующих температурах и и давлении . Так как в цикле Ренкина подвод теплоты изобарный, то . Для принятой системы регенерации относительный расход питательной воды равен =1. Точки от1t и от1 определяются по h-s – диаграмме на пересечении изобары отбора соответственно с теоретическим и действительным процессами расширения пара в паровой турбине. Точка др1 определяется по давлению .

Давление отбора определяется по температуре насыщения в подогревателе:

,

где принимаем от 2 до 10 °С таким образом, чтобы соответствовало показанным на h-s – диаграмме изобарам.

(°С)

(кПа)

(°С)

Таблица 1.9 Параметры в точке от1t

p_{от1 =} f(t_нас1) = 0,5 МПа

Таблица 1.10 Параметры в точке oт1

p_{др1 =} f(t_нас1)= 0,5 МПа

Таблица 1.11 Параметры в точке др1

Расчет второго подогревателя

Тепловой и материальный балансы второго подогревателя:

для теоретического цикла:

(14)

для действительного цикла:

(15)

В уравнениях (), () параметры точки 5 определяются при температуре и давлении p₅= p₁. Точки от2t, от2, др2, определяются аналогично какдля первого подогревателя по давлению в отборе p_от2. Давление отбора p_от2 определяется потемпературе насыщения в подогревателе:

(⁰С)

p_от2t=f(t_нас2)=0,16 МПа

Таблица 1.14 Параметры в точке от2t

p_{от2 =} f(t_нас1) = 0,16 МПа

Таблица 1.15 Параметры в точке от2

p_{др2 =} f(t_нас2) = 0,16 МПа, t_др2 = 113,32 ⁰С

Таблица 1.16 Параметры в точке др2

p₅ = 16 МПа, t₅ =111,64-38,36 =73,28 ⁰С

По температуре t₅ и давлению p₅=p₁ определим все остальные параметры

Таблица 1.17 Параметры в точке 5

Поиск по сайту: