Анализ цикла паротурбинной установки (стр. 1 из 2)

Задание

Паротурбинная установка мощностью N_Э работает при начальных параметрах p₁, t₁ и конечном давлении пара p_к. 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.

N_Э=110 МВт

р₁=9 МПа

t₁=500˚С

р_К=0,010 МПа

η_oi^T=0,85

η_oi^H=0,80

η_ка=0,82

Q_H^P=38 МДж/кг

Δt₁= +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=0,0010103 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)

x_2a=(s-s’)/(s’’-s’) x_2a=(6,6601-0,6492)/(8,1489-0,6492)=0,801

v_2a=v’_2a*(1-x_2a)+v’’_2a*x_2a v_2a=11,759 м³/кг

h_2a= h’_2a*(1-x_2a)+h’’_2a*x_2a h_2a=2109,035 кДж/кг

2д – влажный насыщенный пар

η_oi^T=(h₁-h’_2д)/(h₁-h_2a)

h_2д=h₁- η_oi^T*(h₁-h_2a)

h_2д=2300,77 кДж/кг

x_2д=(h_2д-h’_2д)/(h’’_2д-h’_2д) x_2д=0,882

v_2д=12,940 м³/кг

s_2д=7,264 кДж/(кг*К)

3 – кипящая жидкость

x₃=0

v₃=v’₂=0,0010103 м³/кг

h₃=h’₂=191,81 кДж/кг

s₃=s’₂=0,6492 кДж/(кг*К)

4a – жидкость

s_i=0,5689 кДж/(кг*К) t(s_i)=40˚C

s_i+1=0,6996 кДж/(кг*К) t(s_i+1)=50˚C

t_4a(s=0,6492)=46,14 ˚C=319,14 K

t_i=40 ˚C v(t_i)=0,0010039 м³/кг

t_i+1=50 ˚C v(t_i+1)=0,0010082 м³/кг

v_4a(t=46,14)=0,00100654 м³/кг

t_i=40 ˚C h(t_i)=175,5 кДж/кг

t_i=40 ˚C h(t_i)=217,1 кДж/кг

h(t=46,14)=201,04 кДж/кг

4д – жидкость

η_oi^H=(h_4a-h₃)/(h_4д-h₃)

h_4д=h₃+(h_4a-h₃)/ η_oi^H

h_4д=203,35 кДж/кг

h_i=175,5 кДж/(кг*К)

t(s_i)=40˚C

h_i+1=217,1 кДж/(кг*К) t(s_i+1)=40˚C

t_4д(h=203,25)=46,96 ˚C=319,96 K

t_i=40 ˚C

v(t_i)= 0,0010039м³/кг

t_i+1=50 ˚C

v(t_i+1)=0,0010082 м³/кг

v_4д(t=46,96)=0,0010066 м³/кг

t_i=40 ˚C

s(t_i)=0,5689 кДж/(кг*К)

t_i+1=50 ˚C

s(t_i+1)=0,6996 кДж/(кг*К)

s_4д(t=46,96)=0,6599 кДж/(кг*К)

5 – кипящая жидкость

t₅=303,35˚C=576,35 K

v₅=v’₅=0,0014181 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=0,02077 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-h_4a=3387,3-201,04=3186,26кДж/кг

q₂=h_2a-h₃=2109,035-191,81=1917,23кДж/кг

l_Т= h₁-h_2a=3387,3-2109,035=1277,97 кДж/кг

l_H= h_4a-h₃=201,04-191,81=9,23 кДж/кг

l_ц=l_T-l_H=1277,97-9,23=1268,74 кДж/кг

η_t=(q₁-q₂)/q₁=(3186,26-1917,23)/3186,26=0,3983

D=N₀/(h₁-h_2a)=N_э/ (h₁-h_2a)/η_М/ η_Г=110/1277,97/0,98/0,99=88,718 кг/с

d_Э=3600*D/N_Э=3600*88,718/110=2,903 кг/(кВт*ч)

Q₁=D*q₁=88,718*3186,26=282,679 МВт

q_T=3600*Q₁/N_Э=3600*282,679/110=9,251 МДж/(кВт*ч)

B=Q₁/( η_ка*Q_H^P)=282,679/(0,82*38)=9,072 кг/с

b_Э=3600*B/ N_Э=3600*9,072/110=0,297 кг/(кВт*ч)

Q₂=q₂*D=1917,23*88,718=170,093 МВт

η_oi=l_ц^д/l_ц^а=1

η_Э=N_Э/Q₁=110/282,679=0,3891

η_i=(q₁-q₂)/q₁=(3186,26-1917,23)/3186,26=0,3983

Действительный цикл ПТУ

q₁=h₁-h_4д=3387,3-203,35=3183,95 кДж/кг

q₂=h_2д-h₃=2300,77-191,81= 2108,96кДж/кг

l_Т= (h₁-h_2а)* η_oi^T=(3387,3-2109,035)*0,85=1086,53 кДж/кг

l_H= (h_4а-h₃)/ η_oi^Н=(201,04-191,81)/0,8=11,54 кДж/кг

l_ц=l_T-l_H=1086,53-11,54=1074,99 кДж/кг

η_t=(q₁-q₂)/q₁=(3183,95-2108,96)/3183,95=0,3376

D=N_i/(h₁-h_2д)=N_э/ (h₁-h_2д)/η_М/ η_Г=110/1086,53/0,98/0,99=104,349 кг/с

d_Э=3600*D/N_Э=3600*104,349/110=3,415 кг/(кВт*ч)

Q₁=D*q₁=104,349*3183,95=332,242 МВт

q_T=3600*Q₁/N_Э=3600*332,242/110=10,873 МДж/(кВт*ч)

B=Q₁/( η_ка*Q_H^P)=332,242/(0,82*38)=10,662 кг/с

b_Э=3600*B/ N_Э=3600*10,662/110=0,349 кг/(кВт*ч)

Q₂=q₂*D=2108,96*104,349=220,068 МВт

η_oi=l_ц^д/l_ц^а=1074,99/1268,74=0,8473

η_Э=N_Э/Q₁=110/332,242=0,3311

η_i=(q₁-q₂)/q₁* η_oi=(3183,95-2108,96)/3183,95*0,8473=0,2860

N_i=D*(h₁-h_2д)=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

t_i=570 ˚Cv(t_i)=0,04109 м³/кг

t_i+1=580 ˚Cv(t_i+1)= 0,04168м³/кг

v₁(t=575)=0,041385 м³/кг

t_i=570 ˚C s(t_i)=6,8752 кДж/(кг*К)

t_i+1=580 ˚C s(t_i+1)= 6,9040 кДж/(кг*К)

s₁(t=575)=6,8896 кДж/(кг*К)

t_i=570 ˚C h(t_i)=3561,0 кДж/кг

t_i+1=580 ˚C h(t_i+1)= 3585,4 кДж/кг

h₁(t=575)=3573,2 кДж/(кг*К)

2а – влажный насыщенный пар

t₂=45,81˚C

v^’_2а=0,0010103 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)

x_2a=(6,8896-0,6492)/(8,1489-0,6492)=0,832

v_2a=v’_2a*(1-x_2a)+v’’_2a*x_2a

v_2a=12,206 м³/кг

h_2a= h’_2a*(1-x_2a)+h’’_2a*x_2a

h_2a=2182,03 кДж/кг

2д – влажный насыщенный пар

η_oi^T=(h₁-h’_2д)/(h₁-h_2a)

h_2д=h₁- η_oi^T*(h₁-h_2a)

h_2д=2390,71 кДж/кг

x_2д=(h_2д-h’_2д)/(h’’_2д-h’_2д) x_2д=0,919

v_2д= 13,483 м³/кг

s_2д=7,541 кДж/(кг*К)

По рассчитанным данным составляется таблица 2

Действительный цикл ПТУ c измененным параметром

q₁=h₁-h_4д=3573,2-203,35=3369,85кДж/кг

q₂=h_2д-h₃=2390,71-191,81= 2198,9кДж/кг

l_Т= (h₁-h_2а)* η_oi^T=(3573,2-2182,03)*0,85=1182,49 кДж/кг

l_H= (h_4а-h₃)/ η_oi^Н=(201,04-191,81)/0,8=11,54 кДж/кг

l_ц=l_T-l_H=1182,49-11,54=1170,95 кДж/кг

η_t=(q₁-q₂)/q₁=(3369,85-2198,9)/3369,85=0,3475

D=N_i/(h₁-h_2д)=N_э/ (h₁-h_2д)/η_М/ η_Г=110/1182,49/0,98/0,99=95,88 кг/с

d_Э=3600*D/N_Э=3600*95,88/110=3,138 кг/(кВт*ч)

Q₁=D*q₁=95,88*3369,85=323,101 МВт

q_T=3600*Q₁/N_Э=3600*323,101/110=10,574 МДж/(кВт*ч)

B=Q₁/( η_ка*Q_H^P)=323,101/(0,82*38)=10,369 кг/с

b_Э=3600*B/ N_Э=3600*10,369/110=0,339 кг/(кВт*ч)

Q₂=q₂*D=2198,9*95,88=210,831 МВт

η_oi=l_ц^д/l_ц^а=1170,9/1268,74=0,923

η_Э=N_Э/Q₁=110/323,101=0,3405

η_i=(q₁-q₂)/q₁* η_oi=(3369,85-2198,9)/3369,85*0,923=0,3207

N_i=D*(h₁-h_2д)=95,88*1182,49=113,377 МВт

Тепловой баланс действительного цикла простой ПТУ

Котельная установка

Q=B*Q_H^P=10,662*38=405,156 МВт

Q₁=η_ка*Q=0,82*405,156=332,228 МВт

ΔQ_кА=Q-Q₁=405,156-332,228=72,928МВт

Турбина

Q₁=Q₂+N_e+ΔQ_м

Q₂=D*q₂=104,349*2108,96=220,068 МВт

N_e=N_Э/η_Г=110/0,99=111,111 МВт

ΔQ_м=Q₁-Q₂-N_e=332,228-220,068-111,111=1,049 МВт

Конденсатор

Q₂=Q₁- ηi*Q₁=(1-0,3376)*332,228=220,068 МВт

N_e=N_Э+ ΔQ_Г

ΔQ_Г=N_e-N_Э=111,111-110=1,111 МВт

Тепловой баланс

Q=N_Э+Q₂+ ΔQ_Г+ ΔQ_м+ ΔQ_кА

405,156=110+ 220,068+1,111+1,049+72,928

405,156=405,156

Эксергетический баланс дейстаительного цикла простой ПТУ

Котлоагрегат

E^пв=Е^ка_вх=D*((h_4д-h₀)-T₀*(s_4д-s₀))=104,349*((203,35-84)-293(0,6599-0,2965))=104,349*

*(119,35-106,4762)=1,343 МВт

E^топ=0,975*B*Q_H^P=0,975*38*10,662=395,027 МВт

E^ка_вых=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

ΔE^кА=(E^ка_вх+Е^топ)-Е^ка_вх=1,343+395,027-150,134=246,236 МВт

Турбина

Е^Т_вх=Е^ка_вых

Е^Т_вых=D*((h_2д-h₀)-T₀*(s_2д-s₀))=104,349*((2300,77-84)-293*(7,264-0,2965))=104,439*