Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки

Размещено на /

Міністерство освіти і науки України

Тернопільський національний технічний університет ім. І.Пулюя

Електромеханічний факультет

Кафедра енергозбереження та енергетичного менеджменту

Курсова робота

з курсу

"Технічна термодинаміка"

На тему: Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки

Тернопіль 2010

Зміст

електроенергія паротурбінний регенеративний термічний

Реферат

Вступ

1. Теоретична частина

1.1 Цикли паротурбінних установок

1.2 Цикли Карно для водяної пари

1.3 Цикл Ренкіна

1.4 Вплив основних параметрів пари на термічний ККД

1.5 Регенеративний цикл паротурбінної установки

2. Розрахункова частина

2.1 Завдання

2.2 Розрахунок конкретної установки згідно варіанту

Висновок

Література

Календарний план

Реферат

Дана курсова робота містить 2 розділи, 9 малюнків, 28 формул і 9 використаних першоджерел.

Метою курсової роботи є підвищення ефективності паротурбінних установок шляхом удосконалення внутрішньої регенерації теплоти відпрацьованих у паровій турбіні, розробка рекомендацій по створенню схем ПТУ, що мають максимальний ККД і забезпечують мінімальне забруднення навколишнього середовища.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

Парогенератор, пара, паротурбінна установка, регенеративний цикл, коефіцієнт корисної дії.

Вступ

В даний час переважна частина електроенергії виробляється на теплових електростанціях за допомогою паротурбінних установок з використанням водяної пари. Теплова паротурбінна електростанція (ТПЕС), теплова електростанція, на якій для приводу електричного генератора використовується парова турбіна (ПТ). Основне призначення ТПЕС, як і будь-якої електростанції, – виробництво електричної енергії. Необхідний для ПТ пар виробляється в парогенераторі. Використання пари з високими параметрами (тиском і температурою) збільшує питому роботу пари, зменшує витрату пари, тепло і палива, тобто збільшує ККД (коефіцієнт корисної дії) ТПЕС. Як живильна вода для парогенераторів використовують конденсат відпрацьованої в турбіні пари, пором регенеративних відборів турбіни, що підігрівається. Сучасні ТПЕС працюють по термодинамічному циклу, основою якого служить цикл Ренкіна водяної пари. Необхідний тиск пари забезпечується подачею в парогенератор відповідної кількості що підлягає перетворенню на пару води (за допомогою живильного насоса). Потрібна температура пари досягається його перегрівом в пароперегрівачі парогенератора; в той же час виробляється проміжний перегрів пари: пару з проміжного рівня турбіни відводять в котельну для повторного перегріву, а потім направляють в наступний рівень турбіни. Турбоагрегат і пором, що забезпечує його, парогенератор з їх допоміжним устаткуванням і трубопроводами пари і води утворюють енергоблок ТПЕС. Економічність енергозбереження електростанції характеризується величиною розрахункових питомих витрат на виробництво електроенергії. Розрахункові питомі витрати визначаються одноразовими (за роки будівництва станції) капіталовкладеннями, а також щорічними витратами виробництва з моменту введення устаткування в експлуатацію і на ТПЕС.

1. Теоретична частина

1.1 Цикли паротурбінних установок

В даний час переважна частина електроенергії виробляється на теплових електростанціях за допомогою паротурбінних установок з використанням водяної пари. Принципова схема паротурбінної установки показана на рис. 1, її робота здійснюється наступним чином. При згорянні палива в точці парогенератора 1 утворюються газоподібні продукти згоряння, теплота яких передається потім воді і пару через металеву стінку труб.

Рис. 1. Принципіальна схема паротурбінної установки.

Вода підігрівається до кипіння і переходить в насичену пару, яка при русі через пароперегрівач 2 підсушується і перегрівається. Перегріта пара направляться в парову турбіну 3, де її теплота переходить в механічну роботу обертання ротора турбіни. В електричному генераторі, що сидить на одному валу з турбіною, механічна робота переходить в електричну енергію. Після турбіни відпрацював пар з низьким тиском поступає в конденсатор 4, через який прокачується охолоджуюча вода. Тут пара віддає теплоту воді і конденсується. Конденсат відкачується насосом 5, знову подається в парогенератор і цикл повторюється.

1.2 Цикли Карно для водяної пари

На рис. 2 в координатах – зображений теоретичний цикл Карно насиченої водяної пари.

Установка, що працює за циклом Карно, повинна складатися з парогенератора, парової турбіни, компресора й конденсатора. Ізобарно-ізотермічний процес здійснюється в парогенераторі, в якому за рахунок підводиться тепла кипляча рідина стану переходить в суху насичену пару стану видання . Отримана пара по адіабати розширюється в турбіні і здійснює роботу, яка на діаграмі зображується пл. і визначається за формулою

Рис. 2. Цикл Карно для сухої насиченої пари

Відпрацьована пара надходить у конденсатор, де здійснюється часткова конденсація внаслідок віддачі теплоти охолоджуючої воді при постійних температурі і тиску по лінії . Волога насичена пара стану надходить у компресор, стискується по адіабати і знову переходить в рідину стану , яка подається в парогенератор і цикл повторюється. Робота компресора на рис. 2 зображується заштрихованої пл. і визначається за рівнянням:

У сучасних паротурбінних установках тиск у конденсаторі підтримується в інтервалі тому питома обсяг вологої пари поступає в компресор, у багато разів перевищує обсяг рідини. У зв'язку з цим компресор виходить громіздким і на нього витрачається велика кількість металу. Крім того, на стиск вологої пари витрачається надмірно велика робота, складова значну частину роботи, яку здійснюють порою в турбіні.

Розрахунки показують, що якщо паротурбінна установка буде працювати в межах від в парогенераторі до в конденсаторі, то теоретична робота компресора складає близько роботи пари в турбіні. Практично внаслідок ряду втрат на привід компресора витрачається ще більша робота.

На підставі вищевикладеного здійснення циклу Карно в паротурбінних установках важко і економічно невигідно, тому на практиці він не застосовується.

1.3 Цикл Ренкіна

Теоретичним циклом паротурбінних установок є цикл – Ренкіна. Його основна відмінність від циклу Карно полягає в тому, що в конденсаторі здійснюється повна конденсація пари, що надходить з турбіни. У зв'язку з цим замість громіздкого компресора застосовується більш компактний насос, в якій внаслідок малої стисливості води витрачається робота у багато разів менше, ніж у компресорі. У паротурбінних установках електростанцій, що працюють по циклу Ренкіна, замість насиченої пари застосовують перегріту, що забезпечує відмінкові умови роботи турбіни і більш високі значення ККД установки.

На рис. 3 зображений теоретичний цикл Ренкіна. для перегрітої пари в координатах (схема установки на рис. 1). Внаслідок малої стисливості води процес в насосі зображується ізохорами причому точка а знаходиться лівіше нижньої прикордонної кривої. Робота стиснення в насосі зображується площадкою , яка заштрихована на діаграмі.

Рис. 3,4. Цикл Ренкіна для перегрітої пари в і –діаграмах

Ізобаричний процес здійснюється в парогенераторі, причому ділянка відповідає підігріву води до кипіння, ділянка – пароутворення і ділянка – перегріву пари в пароперегрівачі.

Процес є адіабатного розширення пари в турбіні, а чинена робота є наявна робота, вона дорівнює різниці ентальпій – зображується площею 1234, а корисна робота пари в циклі зображується площею

Ізобарно-ізотермічний процес протікає в конденсаторі, де відпрацював пар повністю конденсується; стан конденсату визначається точкою , яка знаходиться на нижній прикордонної кривої.

Зобразимо цикл Ренкіна в координатах як це показано на рис. 4. Тут точка а суміщена з точкою , тому що при стисканні води в насосі її температура і ентропія практично не змінюються, а ізобар підігріву води співпадає з нижньою прикордонної кривою. У цій діаграмі окремі площі зображують: пл. – ентальпію перегрітого пара стану 1; пл. – ентальпію відпрацьованої пари стану 2 при вході в конденсатор і2; пл. — ентальпію конденсата стану після конденсатора Теплота сообщенная пари в парогенераторі по ізобару , зображується пл. і визначається за рівнянням

Теплота віддана охолоджуючі воді в конденсаторі по ізобарі 2–2', зображується пл. і визначається за рівнянням

При низьких і середніх початкових тисках пари робота насоса незначна і зазвичай її не беруть до уваги, тому термічний ККД циклу Ренкіна можна знайти за рівнянням

або остаточно

Отже, робота пари, зображувана пл. дорівнює різниці ентальпій адіабатного розширення пари в турбіні

Крім термічного ККД при різних теплових розрахунків визначають питома витрата пари і теплоти на одиницю роботи.

В паросилових установках, як одиниця роботи використовується позасистемна одиниця кіловат годину тепловий еквівалент якого дорівнює Тому при вимірюванні ентальпії пари в питома витрата її в можна визначити за рівнянням

а питома витрата теплоти в – за формулою

При вимірюванні ентальпії пари в відповідно отримаємо:

в

і в

де – тепловий еквівалент

Дійсний процесс розширення пари внаслідок тертя в соплах і на лопатках турбіни та інших внутрішніх втрат є незворотнім процесом і супроводжується збільшенням ентропії. Робота тертя переходить в теплоту, яка передається парі, і її ентальпія в кінцевому стані зростає. Адіабатний процес зображується лінією а дійсний процес – похилій лінією яка є умовним графіком цього процесу. Дійсна робота пари дорівнює:

а теоретична