В паровом котле К образуется насыщенный пар с давлением Р1 и температурой tкип, который в пароперегревателе ПП перегревается при неизменном давлении до температуры t1. Перегретый пар поступает в паровую турбину ПТ, где расширяется, производя работу l, которая преобразуется генератором ЭГ в электроэнергию. Отработавший в тур - бине пар с давлением Р2 и температурой t2 поступает в конденсатор КУ, где при неизменных давлении и температуре превращается в конденсат. Конденсат поступает в бак-накопитель БН, затем откачивается из него конденсационным насосом КН и подается в питательный бак ПБ. Отту - да насосом ПН перекачивается в котел, где снова нагревается и испаря - ется, и цикл повторяется.

Рисунок 1 – Принципиальная схема паросиловой конденсационной установки

Критерием оценки экономичности преобразования тепловой энер - гии q в механическую l служит термический коэффициент полезного действия (КПД) – зt. Повышение начальных параметров пара, введение регенеративного подогрева питательной воды паром, отбираемым из турбины, ведет к увеличению зt. Осуществление комбинированной вы - работки электроэнергии и тепла (теплофикационный цикл) обеспечива - ет экономию топлива и позволяет еще больше повысить степень ис - пользования тепла топлива, а следовательно – повысить КПД.

Задание


Паросиловая установка оборудована турбиной мощностью N. Турбина работает на паре с начальными параметрами Р1 и t1 и имеет  два отбора: первый – производственный при Ротб1, величина отбора Дотб1; второй – теплофикационный для сетевых подогревателей при Ротб2, величина отбора Дотб2.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Конденсат с производства и от сетевых подогревателей возвраща - ется при температуре насыщения отбираемого пара. Давление в кон - денсаторе (давление противоотбора) Р2 = 0,004 МПа; относительный внутренний КПД турбины з0i; механический КПД турбины змех; КПД электрогенератора зг.

Для производства пара в количестве Д на ТЭЦ установлены ко - тельные агрегаты, в которых сжигается топливо с низшей теплотой сго-

рания QР.

Исходные данные для расчета приведены в приложении А.

Принцип расчета цикла тепловой электростанции (ТЭЦ)


В основе работы тепловой электростанции лежит цикл паротур - бинной установки (цикл Ренкина), расчет которого сводится к опреде - лению начальных и конечных параметров процессов, составляющих цикл: давления Р, удельного объема υ, температуры Т, энтальпии i, эн - тропии S и внутренней энергии U [1-3].

При решении задач, связанных с изменением состояния водяного пара, часть параметров находят по диаграммам TS, iS, другие – расчет - ным путем с помощью соответствующих формул и данных, взятых из таблиц водяного пара [2, 4].

Во всех случаях важно правильно определить, к какому состоянию пара (перегретому, сухому или влажному) относится параметр. Этот вопрос легко решается с помощью таблиц и диаграмм водяного пара.

Состояние перегретого пара задается его давлением и температу - рой. Параметры перегретого пара ( υ, i, S) определяются по таблице

«Вода и перегретый пар» или более наглядно по i-S - диаграмме        водя - ного пара [2, 4].

Состояние сухого насыщенного пара можно определить по давле - нию, температуре, удельному объему. Параметры сухого и влажного насыщенного пара определяются по таблице «Насыщенный пар и вода на линии насыщения» и по i-S - диаграмме [2, 4].

Состояние влажного насыщенного пара определяется его давле - нием (или температурой) и степенью сухости х.

Таблиц влажного насыщенного пара не существует, поэтому удельный объем υ, энтальпию i и энтропию S влажного пара опреде - ляют по формулам :

υx  = υ′ ⋅ x + υ′ ⋅ (1 - x),

ix = i′ + rx,        (1)

S = S′ + r x,

Tн

где x – степень сухости влажного насыщенного пара; r – скрытая теплота парообразования.

Значения

υ′, υ′ ,

i′,S, r, Тн находятся по таблицам «Насыщенный пар

и вода на линии насыщения» по заданному давлению [4]. В этих табли - цах параметры с одним штрихом соответствуют закипающей воде (х = 0), с двумя – сухому насыщенному пару (х = 1).

Степень сухости в конце адиабатного расширения определяется при помощи i-S-диаграммы. Конечное состояние влажного насыщенно - го пара находится графически как точка пересечения адиабаты (верти - кали) с заданной конечной изобарой (давление в конденсаторе Р2). Сте - пень сухости пара х определяется по значению на кривой сухости в точке 2 (рисунок 2).

Энтальпия и энтропия в начальном и в конечном состоянии нахо - дится по соответствующим значениям оси ординат i и оси абсцисс S.

Температура пара в конечном состоянии (после расширения в тур - бине) определяется следующим образом. Если точка 2, характеризую - щая конечное состояние пара, находится в области перегретого пара, то ее температура определяется по значению изотермы, проходящей через точку 2. Если в конечном состоянии пар влажный, то нужно от точки 2, характеризующей его состояние, подняться по соответствующей изоба - ре до верхней пограничной кривой. Температура t2 определяется по изотерме, проходящей через найденную точку 3, лежащую на верхней пограничной кривой (рисунок 2).

Рисунок 2 – Графическое определение начальных и конечных параметров пара в процессе адиабатного расширения в турбине

Перед расчетом следует схематично построить цикл паротурбин - ной установки в Рυ – и TS-координатах, изобразив предварительно нижнюю и верхнюю пограничные кривые. Для определения параметров характерных точек цикла использовать iS-диаграмму и таблицы водя - ного пара [2, 4]. Результаты представить в виде таблицы 1.

Внутренняя энергия U рассчитывается по формуле, кДж/кг:

U = i – Рυ,        (2)

где i – кДж/кг; Р – кПа;

υ – м3/кг.

Таблица 1 – Параметры характерных точек цикла


Точ - ки

Состоя - ние        ра-

бочего тела

Параметры

Р

υ

t

Т

i

S

U

кПа

м3/кг

0С

К

кДж/кг

кДж/кгК

кДж/кг

1

2

3

4

5

6

Далее следует определить изменение внутренней энергии, энталь - пии, энтропии, а также количество использованного тепла и работу для каждого процесса цикла. При расчете использовать данные таблицы 1 и известные аналитические зависимости [1,2,3]:

    для изохорного процесса qх = ДU; для изобарного процесса qр = Дi;        (3) для изотермического процесса qt = T·ДS.

Работа процесса определяется по формуле:

l = q – ДU.        (4)

Полученные в расчетах результаты свести в таблицу 2, учитывая знаки (+) и (–).

Таблица 2 – Основные характеристики процессов цикла



Процес-

сы

ДU

Дi

ДS

q

l

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кгК

кДж/кг

кДж/кг

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-1

Сумма

Примечание – Проверка: суммарное изменение Д U, Дi, ДS в

цикле должно быть равным нулю.

Для заданного цикла полезное тепло определяется следующим об - разом:

qц = qподв – qотв,        (5)

где qподв – подведенное тепло (сумма q со знаком + из таблицы 2), кДж/кг;

qотв – отведенное тепло (сумма q со знаком – из таблицы 2), кДж/кг.

Полезная работа цикла:

l        = l расш  – l сж,        (6)

где        l расш  –        работа  расширения пара  (сумма        l        со знаком +), кДж/кг;

l сж – работа, затраченная на сжатие пара (сумма l со знаком –, кДж/кг.

Термический КПД цикла:

q

ηt = q

⋅100%.

(7)

подв

Проверкой правильности заполнения таблицы 2 должно быть ра - венство :

qц = l ц.

Расчет основных показателей ТЭЦ и КЭС


В этом разделе курсовой работы требуется определить:

Паропроизводительность Д парового котла и расход топлива В на ТЭЦ. Суммарный расход топлива В при раздельной выработке электро - энергии и тепла, а также экономию топлива на ТЭЦ по сравнению с раздельной выработкой тепла в производственно-отопительной котель - ной и электроэнергии на КЭС. Коэффициент использования тепла при комбинированной и раз - дельной выработке электроэнергии и горячей воды. Экономию топлива и повышение зt за счет использования пара

более высоких начальных параметров (Р II и t II ).

Увеличение зt за счет регенеративного подогрева питательной во - ды.

Необходимый расход пара Д, кг/ч, через турбину (рисунок 3) определяется по формуле:

Д = Дотб1  + Дотб2 + Дк,        (8)

где Дотб1 – величина отбора пара для производственных  нужд, кг/ч;

Дотб2 – величина отбора пара для бытовых и производствен ных подогревателей, кг/ч;

Дк – количество пара, поступающего в конденсатор, кг/ч, определяется из уравнения теплового баланса.

N·103·860·4,18 = [Дотб1(i1– iотб1)+ Дотб2(i1– iотб2)+ Дк(i1– i2д)] ×змех· зг,

(9)

где N – мощность турбины, МВт;

iотб1, iотб2 – энтальпии пара в соответствующих местах отбора, кДж/кг;

i2д – энтальпия пара, поступающего в конденсатор, кДж/кг; змех, зг – механический КПД турбины (выбирается в пределах

91-96%) и КПД электрогенератора (94-97%).

Более высокие значения КПД соответствуют более мощным тур - бинам, работающим на высоких параметрах пара.

Рисунок 3 – Расчетная схема ТЭЦ

Для определения энтальпии в координатах i-S строится график процессов теоретического и действительного расширения пара в тур - бине (наложением кальки на i-S диаграмму). Действительный процесс расширения пара в турбине сопровождается потерями, учитываемыми КПД. В результате кривая действительного процесса (1-2д) отклоняется вправо от идеального (адиабатного) процесса расширения. Схема по - строения процессов теоретического м действительного расширения па - ра приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Процесс расширения пара в турбине

На рисунке 4 h0 = i1 – i2 – располагаемый теплоперепад;

hi = h0 · з0i – действительный теплоперепад, где з0i – относительный внутренний КПД турбины (выбирается в пределах 71-80%).

Величины hiотб1 и hiотб2 вычисляются аналогично: h01  = i1 – iотб1;        h02 = i1 – iотб2;

hiотб1  = h01 · з0i;        hiотб2 = h02 · з0i.

Часовой расход топлива на ТЭЦ ВТЭЦ, кг/ч, определяется с помо-

щью уравнения теплового баланса котельного агрегата:

ВТЭЦ· QР ·  зКА = Д (i1 – iпв),        (10)

где зКА – КПД котельного агрегата, выбирается в пределах 81-86% (более высокие значения соответствуют более мощным котлам);

Р – теплота сгорания топлива, кДж/кг;

iпв – энтальпия питательной воды, кДж/кг:

iпв  = ботб1·i′отб1+ ботб2·i′отб2+ бк·i′2д,        (11) где б – количество пара (конденсата) в соответствующем ме-

сте        отбора в долях, т. е.

ботб1+ ботб2+ бк=1;        (12)

ботб1=

ботб2 =

Дотб1 ;

Д

Дотб 2 ;

Д

бк =

Дк.

Д

Значения энтальпий отборов i′отб1, i′отб2, i′2д определяются по таб - лицам «Насыщенный пар и вода на линии насыщения» по величине давления соответствующих отборов и давления в конденсаторе [4].

Для определения суммарного расхода топлива Вобщ при раздель - ной выработке электроэнергии и тепла рассчитывают расход топлива на КЭС-I ВКЭС-I (рисунок 1):

ВКЭС-I

= ДКЭС-I (i1 - i′2д ) ,        (13)

Qр ⋅ η

н        КА

и расход топлива в производственно-отопительной котельной Впр-от (рисунок 5):

Впр - от

= Дотб1(iотб1 - i′отб1) + Дотб 2 (iотб 2 - i′отб 2 ) .        (14)

Qр ⋅ η

н        КА

Тогда Вобщ= ВКЭС-I+ Впр-от.        (15)

Расход пара ДКЭС-I определяется из уравнения теплового баланса: N·103·860·4,18 = ДКЭС-I(i1– i2д) ·змех· зг.        (16)

Экономия топлива на ТЭЦ по сравнению с раздельной выработкой энергии равна:

Вобщ  - ВТЭЦ ⋅100% .        (17)

Вобщ

Рисунок 5 – Расчетная схема производственно-отопительной Котельной

Коэффициент использования тепла определяется как отношение полезно использованной теплоты ко всей затраченной:

а) в случае комбинированной выработки энергии (ТЭЦ)

= N·103·860·4,18+ [Дотб1(iотб1 - i′отб1) + Дотб 2 (iотб 2 - i′отб 2 )] ;        (18)

КТЭЦ

BТЭЦ

⋅ Qр

б) в случае раздельной выработки энергии

= N·103·860·4,18+ [Дотб1(iотб1 - i′отб1) + Дотб 2 (iотб 2 - i′отб 2 )] .        (19)

Кразд

Bобщ

⋅ Qр

Экономия топлива за счет использования на конденсационной электростанции (КЭС-II) пара с более высокими начальными парамет-

рами ( РII и t II ), чем на КЭС-I.

ВКЭС-I - ВКЭС-II ВКЭС-I

⋅100% ,        (20)

где ВКЭС-II – расход топлива на КЭС-II.

ВКЭС - II

= ДКЭС - II

(iII

- i′2д )

,        (21)

Qр ⋅ ηКА

где ДКЭС-II – паропроизводительность котла на КЭС-II, кг/ч, опре - деляется из уравнения теплового баланса:

N·103·860·4,18 = ДКЭС-II ( iII – iII

) ·змех· зг.        (22)

1        2д

Для нахождения энтальпий        II        II        строится  график процессов

теоретического и действительного расширения пара с начальными па-

раметрами

II        II

1        1

в турбине, для этого необходимо провести построе-

ния в i-S-координатах аналогично представленным на рисунке 4, но без промежуточных отборов пара.

Изменение термического КПД с использованием пара более высо - ких начальных параметров определится из выражения:

ηКЭС-II - ηКЭС-I

Δηt

где

=  t        t        ⋅100% ,        (23)

t

ηКЭС-I – термический КПД парового цикла Ренкина на КЭС-I:

ηКЭС-I  = i1 - i2 ;        (24)

t        i1 - i′2

ηКЭС-II – термический КПД парового цикла Ренкина на КЭС-

КЭС - II

iII - iII

II:        ηt

=  1        2  .        (25)

II - i′2

Введение регенеративного подогрева питательной воды за счет отбора пара при давлении Ротб2 на КЭС-II (рисунок 6) позволяет повы - сить зt всей установки на величину

η КЭС - II -η КЭС - II

Δηp =

t рег        t

КЭС - II

t рег

⋅100% ,        (26)

где η КЭС-II – термический КПД регенеративного цикла, равный

η КЭС-II

(iII

=

    iII ) - α

рег

II

отб2

    iII )

.        (27)

t рег

II

1        отб2

Доля отбора пара на регенерацию брег определяется из уравнения теплового баланса подогревателя ПДН при условии, что конденсат по - догревается до температуры насыщения, соответствующей давлению отбора, т. е. до энтальпии i′отб2.

αрег (iII

      i′отб2

) = (1 - α

рег

)(i′отб2

- i′2

) .        (28)

Рисунок 6 – Расчетная схема КЭС-II с регенеративным подогревом питательной воды

арианты заданий