Анализ давления промежуточного перегрева пара на тепловой электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Промежуточный перегрев пара на ТЭС

Определить оптимальное давление промежуточного перегрева пара Рпп при заданных начальных (ро, to) и конечных (рк) параметрах пара для теоретического цикла станции. Температура промежуточного перегрева равна начальной tпп = tо.

Сравнить значения конечной степени сухости пара для циклов без промежуточного перегрева и с промежуточным перегревом при оптимальном значении рпп. В расчетах учесть работу питательного насоса.

Исходные данные

ро = 21,5МПа;

tо = 530оС;

рк = 4кПа.

Решение

Для цикла с начальными параметрами пара ро = 21,5МПа и t = 530оС и конечным давлением рк = 3кПа принимаем пять промежуточных значений давления в промежуточном пароперегревателе, прочитываем термический КПД и строим зависимость зt = ѓ(pпп). Максимальное значение зt на графике будет соответствовать оптимальному давлению рпп.

При одноступенчатом промежуточном перегреве рекомендуется следующие соотношения давления промежуточного перегрева и свежего пара

рпп = (0,15 - 0,20)ро = 0,15•20 - 0,2•20 = 3,0 - 4,0.

Давление пара отправляемого на перегрев

р1 = 1,05рпп.

Находим параметры пара по hs-диаграмме:

ho = 3423кДж/кг;

hkt = 1828,8кДж/кг;

х = 0,73.

По таблицам: h'k = 101кДж/кг; v = 0,0010027м3/кг.

1) Примем рпп = 3,2МПа,

р1 = 1,05•3,2 = 3,36.

По h-s диаграмме определяем: h1t = 2892кДж/кг; hпп = 3588кДж/кг; hkt = 2188кДж/кг; х = 0,86.

Определяем располагаемый теплоперепады в цилиндрах турбины

Ноцвд = ho - h1t = 3423 - 2892 = 531кДж/кг:

Ноцнд = hпп - hkt = 3545 - 2188 = 1357кДж/кг.

Определяем энтальпию питательного насоса, принимая КПД насоса зн = 0,85

Дhпн = = 25,359кДж/кг.

Определяем термический КПД

зtпп = = 0,478.

2) Примем рпп = 3,4МПа,

р1 = 1,05•3,4 = 3,57МПа.

По h-s диаграмме определяем: h1t = 2920кДж/кг; hпп = 3543кДж/кг; hкt = 2180кДж/кг; х = 0,848.

Определяем располагаемый теплоперепады в цилиндрах турбины

Ноцвд = ho - h1t = 3423 - 2920 = 503кДж/кг:

Ноцнд = hпп - hkt = 3543 - 2180 = 1363кДж/кг.

Определяем термический КПД

зtпп = = 0,4761.

3) Примем рпп = 3,6МПа,

р1 = 1,05•3,6 = 3,78МПа.

По h-s диаграмме определяем: h1t = 2934кДж/кг; hпп = 3541кДж/кг; hкt = 2171кДж/кг; х = 0,845.

Определяем располагаемый теплоперепады в цилиндрах турбины

Ноцвд = ho - h1t = 3423 - 2934 = 489кДж/кг:

Ноцнд = hпп - hkt = 3541 - 2171 = 1370кДж/кг.

Определяем термический КПД

зtпп = = 0,4763.

4) Примем рпп = 3,8МПа,

р1 = 1,05•3,8 = 3,99МПа.

По h-s диаграмме определяем: h1t = 2946кДж/кг; hпп = 3539кДж/кг; hкt = 2163кДж/кг; х = 0,841.

Определяем располагаемый теплоперепады в цилиндрах турбины

Ноцвд = ho - h1t = 3423 - 2946 = 477кДж/кг:

Ноцнд = hпп - hkt = 3539 - 2163 = 1376кДж/кг.

Определяем термический КПД

зtпп = = 0,4761.

4) Примем рпп = 4,0МПа,

р1 = 1,05•4,0 = 4,2МПа.

По h-s диаграмме определяем: h1t = 2946кДж/кг; hпп = 3581кДж/кг; hкt = 2163кДж/кг; х = 0,841.

Определяем располагаемый теплоперепады в цилиндрах турбины

Ноцвд = ho - h1t = 3423 - 2946 = 477кДж/кг:

Ноцнд = hпп - hkt = 3539 - 2163 = 1376кДж/кг.

Определяем термический КПД

зtпп = = 0,476.

Строим график зависимости зt = ѓ(pпп).

Из графика видно, что оптимальное давление рпп = 3,6МПа, термический КПД зt = 0,4763.

Значение конечной степени сухости равно х = 0,845.

2. Регенеративный подогрев питательной воды

Паротурбинная установка с начальными параметрами ро, tо и конечным давлением рк работает по принципу Ренкина с двухступенчатым регенеративным подогревом питательной воды. Тип подогревателя смешивающий (СМ) или поверхностный (ПВ) и относительный внутренний КПД проточной части турбины зoi.

Вариантными расчетами внутреннего КПД установки в зависимости от температуры воды на входе в парогенератор определить термодинамически оптимальную температуру питательной воды. Расчет выполнить для двух вариантов тепловой схемы ПТУ:

1. Схема без промежуточного перегрева пара.

2. При введении в схему ПТУ промежуточного перегрева пара давлением рпп = (0,15 - 0,2)•ро и температуре tпп = tо.

Повышением энтальпии воды в питательном насосе и потерями давления в пароперегревателе и трубопроводах до подогревателей пренебречь.

Исходные данные к задаче:

ро = 21,5МПа;

tо = 530оС;

рк = 4кПа;

зoi. = 0,86;

тип подогревателя ПВ.

Решение

Определяем энтальпии:

ho = 3423кДж/кг; hkt = 1879кДж/кг; hk = 121,41кДж/кг.

Принимаем температуру питательной воды в диапазоне от температуры насыщения в конденсаторе 240C до температуры насыщения в котле 365,71оС. Определяем КПД в зависимости от принятых температур. Оптимальная температура tпвопт будет соответствовать максимальному значению КПД.

1. Схема без промежуточного перегрева.

Рисунок 1 - Схема ПТУ с двумя регенеративными поверхностными подогревателями

1) Примем t2пв = 100оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 135оС.

Энтальпии h2пв = 2676,3кДж/кг, h'2пв = 414,85кДж/кг.

h1пв = 2727,4кДж/кг, h'1пв = 567,7кДж/кг.

Давление р2пв = 0,101325МПа, в отборе р2 = 1,05•0,101325 = 0,10639МПа.

Давление р1пв = 0,31306МПа, в отборе р1 = 1,05•0,31306 = 0,3287МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2675,7кДж/кг; h'2 = 417,51кДж/кг;

h1 = 2729,8кДж/кг; h'1 = 575,5кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,07095;

б2 = = 0,125.

Определяем КПД

2) Примем t2пв = 150оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 185оС.

Энтальпии h2пв = 2764,3кДж/кг, h'2пв = 632,2кДж/кг.

h1пв = 2727,42781,2кДж/кг, h'1пв = 785,3кДж/кг.

Давление р2пв = 0,47597МПа, в отборе р2 = 1,05•0,47597 = 0,49977МПа.

Давление р1пв = 1,1234МПа, в отборе р1 = 1,05•1,1234 = 1,17957МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2748,5кДж/кг; h'2 = 636,8кДж/кг;

h1 = 2782,0кДж/кг; h'1 = 789,9кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,0769;

б2 = = 0,236.

Определяем КПД



3) Примем t2пв = 200оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 235оС.

Энтальпии h2пв = 2791,4кДж/кг, h'2пв = 852,4кДж/кг.

h1пв = 2801,9кДж/кг, h'1пв = 1013,9кДж/кг.

Давление р2пв = 1,5551МПа, в отборе р2 = 1,05•1,5551 = 1,632855МПа.

Давление р1пв = 3,0635МПа, в отборе р1 = 1,05•3,0635 = 3,216675МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2792,2кДж/кг; h'2 = 858,6кДж/кг;

h1 = 2801,8кДж/кг; h'1 = 1025,5кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,0909;

б2 = = 0,37.

Определяем КПД

4) Примем t2пв = 250оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 285оС.

Энтальпии h2пв = 2799,5кДж/кг, h'2пв = 1085,8кДж/кг.

h1пв = 2772,4кДж/кг, h'1пв = 1263,4кДж/кг.

Давление р2пв = 3,9776МПа, в отборе р2 = 1,05•3,9776 = 4,1765МПа.

Давление р1пв = 6,9174МПа, в отборе р1 = 1,05•6,9174 = 7,26327МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2798,4кДж/кг; h'2 = 1107,7кДж/кг;

h1 = 2767,4кДж/кг; h'1 = 1283,0кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,119;

б2 = = 0,558.

Определяем КПД

Строим зависимость абсолютного внутреннего КПД от температуры питательной воды

Из графика видно, что оптимальная температура питательной воды соответствует максимальному значению КПД

tпвопт = 185оС, змакс = 0,4812.

2. Схема с промежуточным перегревом

Давление промежуточного перегрева

рпп = 0,2•20 = 4МПа.

Определяем энтальпии:

hпп = 3583кДж/кг, hkt = 2075кДж/кг, hк = 121,41кДж/кг.

1) Примем t2пв = 100оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 135оС.

Энтальпии h2пв = 2676,3кДж/кг, h'2пв = 414,85кДж/кг.

h1пв = 2727,4кДж/кг, h'1пв = 567,7кДж/кг.

Давление р2пв = 0,101325МПа, в отборе р2 = 1,05•0,101325 = 0,10639МПа.

Давление р1пв = 0,31306МПа, в отборе р1 = 1,05•0,31306 = 0,3287МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2675,7кДж/кг; h'2 = 417,51кДж/кг;

h1 = 2729,8кДж/кг; h'1 = 575,5кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,07095;

б2 = = 0,125.

Определяем КПД

2) Примем t2пв = 150оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 185оС.

Энтальпии h2пв = 2764,3кДж/кг, h'2пв = 632,2кДж/кг.

h1пв = 2727,42781,2кДж/кг, h'1пв = 785,3кДж/кг.

Давление р2пв = 0,47597МПа, в отборе р2 = 1,05•0,47597 = 0,49977МПа.

Давление р1пв = 1,1234МПа, в отборе р1 = 1,05•1,1234 = 1,17957МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2748,5кДж/кг; h'2 = 636,8кДж/кг;

h1 = 2782,0кДж/кг; h'1 = 789,9кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,0769;

б2 = = 0,236.

Определяем КПД

3) Примем t2пв = 200оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 235оС.

Энтальпии h2пв = 2791,4кДж/кг, h'2пв = 852,4кДж/кг.

h1пв = 2801,9кДж/кг, h'1пв = 1013,9кДж/кг.

Давление р2пв = 1,5551МПа, в отборе р2 = 1,05•1,5551 = 1,632855МПа.

Давление р1пв = 3,0635МПа, в отборе р1 = 1,05•3,0635 = 3,216675МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2792,2кДж/кг; h'2 = 858,6кДж/кг;

h1 = 2801,8кДж/кг; h'1 = 1025,5кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,0909;

б2 = = 0,37.

Определяем КПД

4) Примем t2пв = 250оС, примем подогрев в подогревателе 40оС, недогрев примем 5оС, тогда t1пв = 285оС.

Энтальпии h2пв = 2799,5кДж/кг, h'2пв = 1085,8кДж/кг.

h1пв = 2772,4кДж/кг, h'1пв = 1263,4кДж/кг.

Давление р2пв = 3,9776МПа, в отборе р2 = 1,05•3,9776 = 4,1765МПа.

Давление р1пв = 6,9174МПа, в отборе р1 = 1,05•6,9174 = 7,26327МПа.

Энтальпии пара в отборах

h2 = 2798,4кДж/кг; h'2 = 1107,7кДж/кг;

h1 = 2767,4кДж/кг; h'1 = 1283,0кДж/кг.

Определяем относительные расходы отборов

б1 = = = 0,119;

б2 = = 0,558.

Определяем КПД

Строим зависимость абсолютного внутреннего КПД от температуры питательной воды

Из графика видно, что оптимальная температура питательной воды соответствует максимальному значению КПД

tпвопт = 185оС, змакс = 0,463.

3. Комбинированное производство электроэнергии и тепла

Определить экономию топлива (ДВ) при раздельном и комбинированном производстве электроэнергии и тепла.

Состав раздельной установки:

- Паротурбинная установка с начальными параметрами рор, tор и конечным давлением ркр работает по циклу Ренкина. Электрическая мощность Nэ, МВт. Относительный внутренний КПД проточной части турбины зoip.

- Котельная установка (водогрейный котел отпускает тепло потребителю с горячей водой в количестве Qт, кВт. КПД котельной установки зкур.

Состав комбинированной установки:

- Паротурбинная установка с начальными параметрами рок, tок и конечным давлением ркк. Электрическая мощность Nэ, МВт. Относительный внутренний КПД проточной части турбины зoiк. В турбине выполнен нерегулируемый отбор для отпуска тепла потребителю при давлении рт, МПа. Количества отпускаемого тепла потребителю - Qт, МВт. КПД котельной установки зкук.

Определить показатели тепловой экономичности для каждого типа установок:

- КПД установки по выработке электроэнергии - зэст;

- удельный расход условного топлива по выработке электроэнергии - bэ = ;

- КПД установки по отпуску тепла - зтст;

- удельный расход условного топлива по отпуску тепла - bт = .

Исходные данные к задаче:

Nэ = 220МВт;

Qт = 75МВт.

Раздельная установка:

рор = 14,5МПа;

tор = 555оС;

ркр = 3кПа;

зoip = 0,926;

зкур = 92,3%.

Комбинированная установка:

рок = 11,1МПа;

tок = 430оС;

ркк = 3кПа;

зoiк = 0,902;

зкук = 91,5%;

рт = 0,3МПа.

зэст; bэ, зтст; bт, ДВ ? ?

Решение

1) Раздельная установка

Определяем энтальпии

ho = 3436кДж/кг; hkt = 1900кДж/кг; h'k = 121,41кДж/кг.

Определяем термический КПД

зt = = 0,463.

Абсолютный электрический ПКД, пренебрегая зм и зг

зэ = зoi•зt = 0,926•0,463 = 0,429.

КПД станции

зст = зэ•зку = 0,429•0,923 = 0,396.

Определяем удельный расход условного топлива по выработке электроэнергии

bэ = = 0,31кг/кВт•ч.

Расход топлива по выработке электроэнергии

Вкэс = = 18,95кг/с.

Расход топлива по выработке тепла

Вкнд = = 2,77 кг/с.

Общий расход топлива

Вру = Вкэс + Вкнд = 18,95+2,77 = 21,72 кг/с.

2) Комбинированная установка

Определяем энтальпии

ho = 3207кДж/кг; hkt = 2065,8кДж/кг; h'k = 101кДж/кг; hт = 2762,9кДж/кг; h'т = 697,1кДж/кг.

Определяем расход пара потребителю

Dт = = 36,3 кг/с.

Определяем использованный теплоперепад

Нi = (ho - hkt)•зoi = (3207 - 2065)•0,902 = 1030кДж/кг.

Коэффициент недовыработки

ут = = 0,224.

Определяем полный расход пара

Dот = = = 221,7кг/с.

Dк = Dот - Dт = 221,7 - 36,3 = 185,4кг/с.

Энтальпия питательной воды

hпв = = 198,6 кДж/кг.

Расход тепла

Qту = Doт(ho - hпв) = 221,7•(3207 - 228,45) = 660344,53кВт = 660,3 МВт.

Абсолютный электрический КПД

зэ = = 0,37

КПД станции

зст = зэ•зку = 0,37•0,915 = 0,338

Определяем удельный расход условного топлива по выработке электроэнергии

bэ = = 0,364кг/кВт•ч.

Определяем удельный расход условного топлива по отпуску тепла

bт = = 36,97 кг/ГДж.

Расход топлива по выработке электроэнергии

Вэ = = 22,25кг/с.

Расход топлива по выработке тепла

Вт = bт•Qт = 36,97•10-6•75000 = 2,7 кг/с.

Общий расход топлива

Вку = Вэ + Вт = 2,7 + 22,25 = 24,95 кг/с.

3) Экономия топлива

Экономия топлива определяется по формуле

ДВ = ,

где

от = ут• = 0,25;

ДВ = = 2,098 кг/с;

Расход топлива

В = = 24,63 кг/с.

4. Теоретические вопросы

тепловой электростанция термический турбина

Вопрос 1 (6,2). Как влияет начальная температура пара на термический КПД цикла и внутренний относительный КПД турбины?

Для того чтобы увеличить термический КПД цикла Ренкина, применяют так называемый перегрев пара в специальном элементе котла -- пароп ерегревателе, где пар нагревается до температуры, превышающей температуру насыщения при данном давлении pt. Цикл Ренкина с перегретым паром. В этом случае средняя температура подвода теплоты увеличивается по сравнению с температурой подвода теплоты в цикле без перегрева и, следовательно, термический КПД цикла возрастает.

Для цикла с перегревом процесс расширения пара в турбине 1-2, осуществляемый до того же, что и раньше, давления р2, заканчивается внутри двухфазной области в районе более высоких степеней сухости. Благодаря этому условия работы проточной части турбины оказываются более легкими и, следовательно, повышаются внутренний относительный КПД турбины и внутренний КПД цикла ; величина для цикла с перегревом возрастает за счет роста T.

Вопрос 2 (10,5). В чем заключается недостаток и преимущества включения деаэратора по предвключенной схеме по сравнению со схемой включения деаэратора, как самостоятельного подогревателя.

В случае работы деаэраторов с постоянным давлением в колонке применяют две основные схемы включения:

- Деаэратор является самостоятельной ступенью регенеративного

подогрева и подключается к отдельному регулируемому или нерегулируемому отбору.

- Деаэратор является предвключенной ступенью регенеративного подогрева перед первым подогревателем высокого давления и оба аппарата питаются паром от одного регулируемого или нерегулируемого отбора. Подогреватель может быть включен до или после деаэратора.

Недостатком указанных схем включения является поддержание в отборе давления, значительно превышающего давление в деаэратре. Пар отбора дросселируется в регуляторе давления, который поддерживает постоянное давление в колонке деаэратора при колебаниях нагрузки турбины. При подключении деаэратора к отбору с номинальным давлением, равным расчетному давлению в деаэраторе, в случае недогрузки турбины, когда давление в отборе падает ниже требуемого значения, необходимо переключить питание деаэратора на отбор более высокого давления.

Дросселирование пара снижает экономичность турбоустановки. Этот недостаток устраняется при переводе деаэраторов на работу на скользящем давлении, с одновременным их питанием от резервного источника пара. В этом случае деаэратор подключают к нерегулируемому отбору с номинальным давлением, равным рабочему давлению в деаэраторе.

Вопрос 3 (16.3). Какие факторы влияют на глубину размещения водозабора?

Гидротехнические сооружения, осуществляющие забор воды из водотока или водоема для ирригации, водоснабжения, гидроэлектростанций и т. д.

Водозаборные сооружения должны обеспечивать пропуск воды в канал, трубопровод, туннель в заданном количестве, надлежащего качества и в соответствии с графиком водопотребления. Для этого порог водозаборных отверстий надлежащих размеров закладывают на отметках, гарантирующих работу водозаборных сооружений при любых уровнях воды в реке (водоеме); водозаборные сооружения оборудуют сороудерживающими решетками, эксплуатационными (рабочими) и ремонтными затворами с механизмами для маневрирования ими; устраивают сооружения для отстоя (осаждения) и удаления наносов, сооружения, задерживающие лед, шугу, плавник, и проводят др. мероприятия. Забранная водозаборными сооружениями вода транспортируется далее или безнапорным водоводом (канал, лоток, туннель), или напорным водоводом (трубопровод, туннель, трубчатое отверстие в плотине). Забор воды может осуществляться из водотока при его бытовых уровнях -- при отсутствии подпора, создаваемого плотиной, и из подпертого бьефа плотины. Соответственно водозаборные сооружения подразделяют на две группы -- бесплотинные и плотинные.

Бесплотинные водозаборные сооружения бывают открытые и закрытые. Открытые водозаборные сооружения могут быть поверхностными, шпорными и ковшовыми. Открытые поверхностные применяются преим. для ирригационных целей. Они представляют собой канал, отходящий от реки под непрярым углом к оси, с расположенным на нем регулятором (иногда наз. головным сооружением) с затворами. Если река несет много наносов, в т. ч. донных, место отвода канала 2

Располагают на вогнутом берегу, благодаря чему в канал попадают преим. поверхностные струи, менее насыщенные наносами (см. Поперечная циркуляция). При расположении регулятора в некотором удалении от берега реки создаются лучшие гидравлич. условия работы и участок канала до регулятора используется как отстойник, из которого отложившиеся наносы удаляются обычно механич. путем. Более совершенны и широко распространены на реках с неустойчивыми берегами открытые водозаборные сооружения с несколькими (3--4) каналами -- отстойниками.

Список используемой литературы

1. Стельман Л. С., Тишин С. Г., Лавыгин В. М. Тепловые и атомные электростанции. М., Энергоатомиздат, 2000.

2. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. М., Энергоатомиздат, 1987.

3. Щепетильников М. И., Хлопушин Н. И. Сборник задач по курсу ТЭС. М, Энергоатомиздат, 1983.

4. Тепловые и атомные электрические станции. Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 140101 "Тепловые электрические станции" ИДО. /Сост. Беляев Л. А., Матвеев А. С. Томск. Изд. ТПУ, 2008.

Размещено на Allbest.ru

...