Расчет обратимого цикла паротурбинной установки

Задача

Рассчитать обратимый цикл Ренкина (рис. 4). Параметры пара на входе в турбину р₁, t₁ и давление пара на выходе из турбины р₂даны в табл.3 по вариантам.

Порядок решения задачи

1. Представить цикл в P-v и h-s- диаграммах.

2.Привести схему установки и нанести узловые точки цикла на схему. Указать назначение каждого процесса (1-2, 2-3 и т.д.), его характер (адиабатный, изобарно-изотермический) и т.д.).

3. Определить параметры p, t, h, s, x в узловых точках цикла с использованием рис.4 таблиц [3] и занести в табл.4 Рассчитать подводимую теплоту (q₁), отводимую теплоту (q₂), работу турбины (l_т), работу насоса (l_н), работу цикла (l), термический КПД цикла (η_t).

5. Показать цикл Карно в p-v и T-s – диаграммах для интервала давлений р₅÷р₆. Сравнить термический КПД цикла Ренкина (η_t) с термическим КПД цикла Карно (η_tк).

6. Ответить на вопросы:

- Почему цикл Карно не используется в паротурбинной установке?

- Как зависит термический КПД цикла Ренкина (η_t) от параметров пара на входе в турбину p₅, t₅, от давления в конденсаторе p₆?

Таблица 3

Таблица 2

ЗАДАНИЕ № 2

Способы повышения КПД паротурбинных установок

Такими способами являются: применение промежуточного перегрева пара (задача № 1), регенерации тепла (задача № 2), а также совместная выработка электроэнергии и тепла на теплофикационных паротурбинных установках (задача № 3). При решении данных задач представляется возможность разобраться с системой КПД для оценки эффективности реальных циклов паротурбинных установок.

Решение данных задач не обязательно, но желательно в целях повышения уровня знаний по дисциплине.

 Рис.5                 Рис 6

На рис. 5. и 6. представлены схема и цикл паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара.

Дано:параметры пара перед СВД: р₁ = 100 бар, t₁=550 ^оС; параметры пара на входе в СНД: p₃=30 бар, t₃=t₁; давление пара в конденсаторе p₄=0,04 бар; КПД парового котла η_пк=0,9, внутренний относительный КПД обеих ступеней турбины одинаков η_oi^τ=0,85, механический КПД η_м=0,98, КПД электрического генератора η_r=0,99.

Обозначения: ПК – паровой котел, П-пароперегреватель, ПП – промежуточный пароперегреватель, СВД, СНД – ступени высокого и низкого давлений турбины, К – конденсатор, ЭГ – электрический генератор, Н – насос.

Цифры на схеме соответствуют узловым точкам действительного цикла (рис. 2.6.).

Рассчитать:

- значения энтальпий (h) в узловых точках обратимого и действительного циклов;

- термический КПД обратимого цикла (η_t), внутренний КПД действительного цикла (η_i), электрический КПД (η_э) турбогенераторной установки;

- потери тепла в паровом котле (q_пот^пк), в конденсаторе (q_пот^к );

- механические потери в ступенях турбины (l ^τ_{пот.мех});

- потери в генераторе электрического тока (l ^τ_пот).

Записать уравнение теплового баланса и проверить тождество.

Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Задача № 2

На рис. 7 и 8 представлены схема и регенеративный цикл паротурбинной установки с одним отбором пара в смешивающий подогреватель.

  Рис.7                                      Рис.8

Обозначения: ПК – паровой котел, П-пароперегреватель, Т – паровая турбина, ЭГ – электрогенератор, К – конденсатор, ПВ – подогреватель воды, Н – насос.

Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в T-s- диаграмме.

Дано:параметры пара перед турбиной: р₁ = 140 бар, t₁=550 ^оС; давление пара в конденсаторе p₃=0,04 бар; давление отбора пара из турбины р₂=р₅=6 бар.

Рассчитать: подводимую теплоту (q₁), отводимую теплоту (q₂), термический КПД обратимого регенеративного цикла (η_t^рег).

Рассчитать термический КПД (η_t) цикла без регенерации (1-3-4). Сравнить с термическим КПД регенеративного цикла (η_t^рег).

Задача № 3

На рис. 9 и 10 представлены схема и цикл теплофикационной паротурбинной установки с регулируемым отбором пара.

 Рис. 9                               Рис. 10

Обозначения: ПК – паровой котел, П-пароперегреватель, Т – паровая турбина, ЭГ – электрогенератор, ПТ – потребитель тепла, К – конденсатор, ПБ– питательный бак, Н – насос.

Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в T-s- диаграмме.

Дано:параметры пара перед турбиной: р₁ = 180 бар, t₁=550 ^оС; давление отбора пара p₂=9 бар; давление пара в конденсаторе р₃=0,04 бар; расход пара, поступающего на турбину, G=280 кг/с; расход пара, направляемого потребителю G_отб=160 кг/с; температура возвращаемого потребителем конденсата t_к=100 ^оC при давлении p₂=9 бар.

Рассчитать:

- значения энтальпий в узловых точках цикла;

- теоретическую мощность обратимого цикла (N_t, кВт);

- теплоту, переданную потребителю (Q_потр, кВт);  

- подводимую теплоту в обратимом цикле (Q₁, кВт);

- коэффициент использования тепла (К) обратимого цикла теплофикационной паротурбинной установки;

- термический КПД обратимого цикла без теплофикационного отбора пара (η_t).

Рассчитать:

- значения энтальпий в узловых точках цикла;

- теоретическую мощность обратимого цикла (N_t, кВт);

- теплоту, переданную потребителю (Q_потр, кВт);

- подводимую теплоту в обратимом цикле (Q₁, кВт);

- коэффициент использования тепла (К) обратимого цикла теплофикационной паротурбинной установки;

- термический КПД обратимого цикла без теплофикационного отбора пара (η_t).

Сравнить коэффициент использования тепла (К) теплофикационного цикла с термическим КПД (η_t) цикла без теплофикационного отбора пара и сделать выводы.

ЗАДАНИЕ № 2