новая папка 1 / 302207
.pdf1390
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра промышленной теплоэнергетики
ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ РЕЖИМОВ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ТУРБИНЫ С ОДНИМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОТБОРОМ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовой работе
по дисциплине «Тепловые двигатели»
Составители: А.Г. Арзамасцев, В.Я. Губарев
Кадры для региона
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
Липецк Липецкий государственный технический университет
2014
УДК 621.4(07) А809
Рецензент – доц. А.В. Севостьянов
Арзамасцев, А.Г.
А809 Построение диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором [Текст]: метод. указания к курсовой работе по дисциплине «Тепловые двигатели» / сост. В.Я. Губарев, А.Г. Арзамасцев. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 17 с.
В методических указаниях рассмотрены принципы построения диаграммы режимов для теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором. Даны пояснения по расчету уравнений основных линий диаграммы и их графическому построению.
Методические указания предназначены для студентов 3-го курса направления «Теплоэнергетика и теплотехника» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Тепловые двигатели».
Табл.1. Ил.2. Библиогр.: 4 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014
2
Методические указания предназначены для курсового проектирования по дисциплине «Тепловые двигатели».
Цель методических указаний – ознакомление студентов с методикой графического построения диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором.
Список использованных обозначений
D0 – количество свежего пара, поступившего в турбину, т/ч;
Dк – пропуск пара в конденсатор, т/ч;
Dотб – расход пара на теплофикационный отбор, т/ч;
N э – электрическая мощность турбины, МВт;
N эхх – мощность холостого хода, МВт;
H к – действительный располагаемый теплоперепад при расширении пара в турбине до давления в конденсаторе, кДж/кг;
H отб – действительный располагаемый теплоперепад при расширении пара
втурбине до давления в отборе, кДж/кг;
т – внутренний относительный кпд турбины;
.м – механический кпд турбоагрегата;
.г – электрический кпд генератора;
p0 – давление пара на входе в турбину, Па; pотб – давление пара, идущего в отбор, Па;
t0 – температура пара на входе в турбину, ºС;
h0 – энтальпия пара на входе в турбину, кДж/кг; hот б – энтальпия пара, идущего в отбор, кДж/кг;
hк – энтальпия пара на входе в конденсатор, кДж/кг.
3
Общие сведения
Для большинства крупных городов и промышленных центров основным источником энергии являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В комбинированном технологическом процессе на ТЭЦ, называемом теплофикацией, вырабатываются два вида энергии: электрическая и тепловая. При теплофикации теплота топлива, сожженного в паровых котлах, преобразуется с помощью теплофикационных турбин и электрических генераторов в электроэнергию, а тепло пара из теплофикационного отбора, с помощью пароводяных подогревателей, передается сетевой воде, которая используется для централизованного снабжения теплотой жилищнокоммунальных потребителей и промышленных предприятий.
Ключевым элементом теплофикационного цикла является паровая турбина с регулируемым теплофикационным отбором. Пар от котла по паропроводу, проходя через направляющие аппараты, поступает на криволинейные лопатки турбины, закрепленные на окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.
В лопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, а та, в свою очередь, в механическую работу вращения вала турбины.
Паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.
В зависимости от теплового процесса паровые турбины подразделяют на 3 основные группы:
1)конденсационные без регулируемых отборов пара;
2)теплофикационные с регулируемым отбором;
3)турбины специального назначения.
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. К теплофикационным паровым турбинам относятся:
4
1)турбины с противодавлением;
2)турбины с регулируемым отбором пара;
3)турбины с отбором и противодавлением.
Утурбин с противодавлением весь отработанный пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность,
развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с этой потребностью.
В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из одной или двух промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора выбирают в зависимости от нужных параметров пара.
У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из о дной или двух промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
Процесс эксплуатации паровой турбины неизбежно связан с изменениями ряда факторов, определяющих ее рабочий процесс. Некоторые из этих факторов, например, параметры свежего пара, вакуум в конденсаторе и число оборотов, обычно колеблются в относительно небольших пределах. Другие факторы, такие как: электрическая нагрузка и расход пара, могут принимать любые значения в границах, обусловленных холостым ходом и максимальной мощностью данной турбины.
Диаграмма режимов является основным инструментом, взаимно увязывающим основные количественные и качественные показатели работы турбины. Диаграмма режимов представляет собой графическую зависимость расхода свежего пара от электрической мощности турбины и для теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором диаграмма режимов позволяет связать между собой три величины: расход свежего пара на
5
турбину, вырабатываемую турбоагрегатом электрическую мощность и расход пара в теплофикационный отбор.
Диаграмма отражает три основных режима работы турбоагрегата:
1) конденсационный режим работы (когда пар в отбор не поступает) – при этом режиме выработка электроэнергии максимальна, а выработка тепловой энергии отсутствует;
2)теплофикационный режим работы (когда турбина пропускает в конденсатор минимально возможное количество пара, а практически весь свежий пар поступает в теплофикационный отбор) – при этом режиме выработка электричества минимальна, а тепловой энергии – максимальна;
3)конденсационно-теплофикационный (когда часть свежего пара поступает в отбор, а оставшийся пар пропускается в конденсатор) – промежуточный режим между первыми двумя вариантами, сопровождающийся выработкой как электро-, так и тепловой энергии.
Всвязи с наличием этих трех режимов всю турбину условно делят на предотборную (часть высокого давления) и послеотборную (часть низкого давления) части [1].
Количество пара в части высокого давления равно расходу свежего пара, поступающего в турбину, а в части низкого давления расход пара меньше поступившего в турбину на величину отбора (величина утечек пара пренебрежимо мала по сравнению с расходом свежего пара на турбину, поэтому ее не учитывают). Мощность, вырабатываемая турбиной, складывается из суммы мощностей, вырабатываемых до и после отбора.
Внутренний относительный кпд турбины не является постоянной величиной, а зависит от ряда факторов, основным из которых является расход пара на турбину и вырабатываемая мощность [2]. Однако учет влияния этих факторов для различных режимов работы турбины серьезно затруднен, поэтому
вдальнейших расчетах принято, что значение внутреннего относительного кпд турбины остается постоянной величиной, не зависящей от режимов работы.
6
Варианты заданий
Задания на построение диаграммы режимов включают 6 типов теплофикационных турбин, для каждой из которых предложены три варианта входных и выходных параметров пара. Тип турбины и параметры пара задаются преподавателем и фиксируются в журнале.
В табл. 1 приведены необходимые исходные данные для построения диаграммы режимов теплофикационной турбины.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
Исходные данные |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наим. |
Давление |
Температура |
|
Давление |
Кпд |
Макс. |
|
Номин. |
турбины |
на входе |
на входе |
|
на входе |
турбины |
расход |
|
мощность |
|
в турбину |
в турбину, |
|
в конден- |
т , % |
пара |
|
N эн , МВт |
|
p0 , атм |
t0 , ºС |
|
сатор |
|
на турбину |
|
|
|
|
|
|
pк ,атм |
|
D m ax , т/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6-35 |
34,3 |
435 |
|
0,0065 |
0,75 |
42 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6-35 |
32,3 |
430 |
|
0,006 |
0,75 |
42 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6-35 |
33,3 |
440 |
|
0,0065 |
0,75 |
42 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-12-35 |
34,3 |
435 |
|
0,006 |
0,76 |
82 |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-12-35 |
33,3 |
430 |
|
0,0055 |
0,76 |
82 |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-12-35 |
35,3 |
445 |
|
0,0065 |
0,76 |
82 |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-25-29 |
28,4 |
400 |
|
0,0055 |
0,77 |
180 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-25-29 |
29,4 |
410 |
|
0,005 |
0,77 |
180 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-25-29 |
27,4 |
390 |
|
0,006 |
0,77 |
180 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-25-90 |
88,2 |
500 |
|
0,005 |
0,78 |
159 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-25-90 |
85,2 |
480 |
|
0,0045 |
0,78 |
159 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-25-90 |
90,2 |
520 |
|
0,0055 |
0,78 |
159 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-50-130 |
128 |
565 |
|
0,0045 |
0,79 |
245 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-50-130 |
132 |
585 |
|
0,0043 |
0,79 |
245 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-50-130 |
120 |
545 |
|
0,005 |
0,79 |
245 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-100-130 |
128 |
565 |
|
0,004 |
0,8 |
445 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-100-130 |
133 |
585 |
|
0,0038 |
0,8 |
445 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-100-130 |
125 |
540 |
|
0,0043 |
0,8 |
445 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
Методика построения диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором
На диаграмме режимов должны быть показаны следующие линии: линия конденсационного режима, линия противодавления, линии постоянного пропуска пара в конденсатор, линии постоянного отбора. В дальнейших расчетах и на диаграмме режимов единица измерения мощности – МВт, расхода пара – т/ч, располагаемого теплоперепада – кДж/кг.
Построение реального процесса расширения в турбине на h-s диаграмме воды и водяного пара с последующим нахождением энтальпий в ключевых точках (на входе пара в турбину, пара в отборе и на выходе пара из турбины в конденсатор) является обязательным предварительным шагом для получения уравнений основных линий диаграммы режимов.
После нахождения на h-s диаграмме ключевых точек, характеризующих происходящий в турбине тепловой процесс, приступают к получению уравнений и построению линий для разных режимов работы турбоагрегата. Так как внутренний относительный кпд турбины в расчетах является постоянной величиной, то все линии на диаграмме будут прямыми. Для построения прямой должны быть известны либо координаты двух ее точек, либо координаты одной точки и угловой коэффициент. В целом, для построения основных линий диаграммы режимов достаточно найти значения двух угловых коэффициентов: угловой коэффициент линии противодавления и угловой коэффициент линии конденсационного режима.
Совокупность построенных в Nэ-D0 координатах прямых для разных режимов работы турбины и будет являться диаграммой режимов.
Стоит отметить, что диаграмма режимов строится для определенных значений параметров пара на входе в турбину и выходе в конденсатор. Однако предложенная методика построения универсальна и позволяет построить диаграмму режимов при любых заданных параметрах пара для данной турбины.
8
1.Построение процесса расширения пара в турбине на h-s диаграмме
инахождение вырабатываемой электрической мощности
Процесс расширения пара в турбине без учета потерь тепла является адиабатным, то есть происходит при постоянном значении энтропии s const .
Действительный процесс расширения пара в турбине сопровождается потерями энергии (в соплах, рабочих лопатках, с выходной скоростью и т.д.). Эти потери учитываются введением внутреннего относительного кпд турбины т , равного отношению срабатываемого теплоперепада к располагаемому.
Для построения реального процесса расширения пара в турбине и нахождения ключевых точек необходимо с использованием h-s диаграммы
выполнить следующие действия: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
1) На пересечении линий t t0 |
const и p p0 |
const |
отметить точку «0», |
|||||
характеризующую параметры входа пара в турбину. |
|
|
|
|
|||||
|
2) |
Проведя |
линию s=const |
из точки «0» |
до пересечения |
с линией |
|||
p pк |
const , можно найти точку «Ктеор», характеризующую параметры выхода |
||||||||
пара из турбины в конденсатор при адиабатном расширении. |
|
|
|||||||
|
3) Вычислить располагаемый теплоперепад пара при работе турбины в |
||||||||
конденсационном |
режиме при |
адиабатном расширении |
по |
формуле |
|||||
H теор h |
h теор . |
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
0 |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
4) Определить располагаемый действительный теплоперепад пара при его |
||||||||
расширении в турбине: H к H ктеор т . |
|
|
|
|
|
|
|||
|
5) Найти энтальпию точки «К», характеризующей |
параметры выхода |
|||||||
пара из турбины с учетом потерь энергии, |
из уравнения hк h0 |
H к . Лежащая |
|||||||
на линии p pк const точка с энтальпией hк |
и будет точкой «К». |
|
6)Построить прямую через точки «0» и «К», которая характеризует реальный процесс теплового расширения пара в турбине.
7)Найти точку «Т» на пересечении линии расширения пара в турбине и
линии p pотб const . Данная точка определяет параметры пара в отборе.
9
8) Вычислить располагаемый теплоперепад в турбине до выхода пара в отбор по формуле H отб h0 hотб , где находится на диаграмме как энтальпия в точке «Т».
На рис. 1 в h-s координатах схематически показан действительный процесс расширения пара в турбине с одним теплофикационным отбором.
h |
x=1 |
0 |
p0=const |
Т |
pотб=const |
К |
pк=const |
s |
Рис. 1. Процесс расширения пара в турбине с одним регулируемым отбором |
вh-s координатах
Вобщем случае электрическая мощность вычисляется по формуле:
N э Dк H к Dотб H отб м г .
3600
При вычислении электрической мощности в дальнейших расчетах необходимо знать значения механического кпд (характеризует механические потери энергии) и кпд генератора (характеризует электрические потери в генераторе). В дальнейших расчетах значения этих кпд принимаем:
м г 0,97 .
10