Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний технічний університет України

”Київський політехнічний інститут”

Визначення ефективності роботи

енергетичного обладнання

Частина ІІ

Визначення ЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЦИКЛІВ ПАРОСИЛОВИХ УСТАНОВОК

Методичні рекомендації

до виконання розрахункової роботи

Київ-2012

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний технічний університет України

”Київський політехнічний інститут”

Визначення ефективності роботи

енергетичного обладнання

Частина ІІ

Визначення ЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЦИКЛІВ ПАРОСИЛОВИХ УСТАНОВОК

Методичні рекомендації

до виконання розрахункової роботи

для студентів напряму підготовки

«Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване

природокористування»

Київ

НТУУ «КПІ»

2012

Визначення ефективності роботи енергетичного обладнання. Частина ІІ. Визначення енергетичних характеристик циклів паросилових установок [Текст]: метод. рек. до викон. розрахункової роботи для студ. напряму підготовки «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» /Уклад: В.В.Дубровська, В.І Шкляр – К.: НТУУ «КПІ», 2012. – 21 с.

Рекомендовано вченою радою

Інституту енергозбереження та енергоменеджменту, НТУУ „КПІ”

(Протокол № 4 від 26 листопада 2012 р.)

Навчальне видання

Визначення ефективності роботи енергетичного обладнання.

Частина ІІ.

Визначення енергетичних характеристик циклів

паросилових установок

Методичні рекомендації

до виконання розрахункової роботи

для студентів напряму підготовки

«Екологія, охорона навколишнього середовища та

збалансоване природокористування»

Укладачі: В.В. Дубровська, канд. техн. наук, доц.

В.І. Шкляр, канд. техн. наук, доц.

Відповідальний

редактор В.І. Дешко, д-р. техн. наук, проф.

Рецензент Г.М. Васильченко, канд. техн. наук, доц.

Зміст

ВСТУП……………………………………………………………..............	4
1 Мета розрахункової роботи…………………………............	5
2 Завдання на розрахункову роботу……………………....	5
3 Порядок виконання та оформлення завдання….…	5
4 Розрахунок енергетичних ХАРАКТЕРИСТИК ЦИКЛІВ ПАРОСИЛОВИХ УСТАНОВОК……………………………..………	6
4.1 Цикл Ренкіна……………………………………………………	7
4.2 Цикл ПСУ з проміжним перегрівом пари.……………….…..	11
4.3 Цикл ПСУ з регенеративним підігрівом живильної води…..	14
5 Висновки по роботі .....……………………………….………….	19
Список рекомендованої літератури………………......…....	20
ДОДАТОК………………………………………………………………....	21

Вступ

Перетворення енергії органічного або ядерного палива в механічну енергію за допомогою водяної пари здійснюється в паросилових установках, які є базою сучасної енергетики. Вони виробляють близько 90 % електричної енергії України.

Термодинамічною основою паротурбінної електростанції є цикл Ренкіна. Для підвищення його ефективності використовують більш високі початкові параметри пари, вводять деякі зміни в термодинамічний цикл і загальну технологічну схему електростанції (цикл з проміжним перегрівом пари, регенеративний підігрів живильної води).

Ефективність роботи паросилових установок визначають відповідні ККД та енергетичні показники.

Розрахунково-графічна робота складається з двох частин. Друга частина «Визначення енергетичних характеристик циклів паросилових установок».

1 Мета розрахункової роботи

Мета роботи полягає в одержанні вміння виконувати теплотехнічні розрахунки та складати матеріальні і теплові баланси енергетичного обладнання та визначати ефективність його роботи, порівнювати основні енергетичні показники різних циклів виробництва електричної енергії; закріпленні теоретичних знань, отриманих при вивченні дисципліни «Технологічні процеси сировинно-будівельного та ПЕК» а саме розділів: «Паросилові установки» та «Теплові електричні станції».

2 Завдання на розрахункову роботу

В роботі пропонується визначити енергетичні показники різних циклів ПСУ з розрахунком: підведеної q₁ та відведеної q₂ теплоти, корисної роботи в циклі - l, термічного коефіцієнта корисної дії циклу - h _t ; витрати палива В на виробництво електричної енергії; зменшення питомої витрати умовного палива при роботі різних схем ПСУ.

Вихідні дані для розрахунку наведено в табл. Д1.

3. Порядок виконання та оформлення завдання

Розрахункова робота складається з наступних розділів:

1. Визначення основних параметрів в характерних точках заданого циклу:

   • циклу Ренкіна;

• циклу з проміжним перегрівом пари;

• циклу з регенеративним підігрівом живильної води;

2. Розрахунок коефіцієнта корисної дії і витрати палива на виробництво електричної енергії.

3. Порівняння різних схем ПСУ. Визначення зменшення питомої витрати палива.

4. Висновки по роботі.

Пояснювальна записка до розрахункової роботи повинна бути виконана на аркушах А4 з рамкою і супроводжуватись відповідними схемами, рисунками, діаграмами з побудованими циклами та поясненнями до них.

4. Розрахунок енергетичних характеристик циклів паросилових установок

На сучасних конденсаційних електричних станціях (КЕС) електрична енергія виробляється на базі конденсаційних турбін типу К різними методами [1-6]:

• конденсаційним (цикл Ренкіна, цикл з проміжним перегрівом пари);

• конденсаційним і комбінованим на базі регенеративного підігріву кон-денсату (регенеративний цикл).

Цикли з проміжним перегрівом пари (при правильному виборі параметрів пари в проміжному пароперегрівачі), регенеративний та їх поєднання мають більш високий ККД ніж цикл Ренкіна.

Розрахунки циклів проводимо за відповідними методиками.

4.1 Цикл Ренкіна.

Для визначення ККД циклу необхідно знайти параметри робочого тіла в характерних точках циклу (рис1).

1. За відомими значеннями тиску - р₁ і температури t₁ визначаємо параметри в точці 1, використовуючи h – s діаграму (рис. 1):

.

2. Вважаючи процес розширення пари в турбіні ізоентропним знаходимо точку 2 на перетині лінії s₁=const з лінією тиску в конденсаторі р₂ = const (або t₂ = const) та визначаємо параметри робочого тіла на виході з турбіни (на вході в конденсатор):

.

3. За відомим тиском в конденсаторі р₂ визначаємо параметри в точці 3 (див. рис.1) за таблицею [7] або з рівняння:

, . (1)

Параметри точок 5 та 6 визначаємо за таблицею [7] за тиском пари перед турбіною р₁:

, .

Визначені параметри робочого тіла заносимо в табл.1.

Таблиця 1.

Результати розрахунку

Номер точки на діаграмі Параметри	1	2	3	4	5	6
р, МПа
t, оС
h, кДж/кг
s, кДж/кгК

р₁=соnst

р₂=соnst

Рис. 1. Схема КЕС та цикл Ренкіна в p-v, T-s та h-s діаграмах.

4. Розрахуємо енергетичні характеристики циклу. Оскільки процеси підведення і відведення теплоти відбуваються при р = const, то кількість теплоти, яка підведена до робочого тіла в котельному агрегаті (КА) дорівнює:

. (2)

Вважаємо, що робота насосу дорівнює нулю, а ККД , тоді:

. (3)

Кількість теплоти відведеної від робочого тіла охолоджуючою водою в конденсаторі визначають з рівняння:

. (4)

Корисна робота, яка отримана в циклі дорівнює:

. (5)

Термічний ККД циклу Ренкіна:

. (6)

Визначаємо електричну потужність турбіни з рівняння енергетичного балансу турбіни.

Для оборотних процесів теоретична потужність ідеальної турбіни, кВт:

. (7)

Необоротність реальних процесів враховується введенням ККД, які враховують необоротні втрати в елементах і вузлах установки, тому електрична потужність дорівнює, кВт:

, (8)

де - внутрішній відносний ККД турбіни, який характеризує роботу проточної частини турбіни (технічна частина турбіни) і враховує всі внутрішні втрати, які мають місце в турбіні;

- механічний ККД, який враховує втрати на тертя в підшипниках та муфтовому з’єднанні;

- ККД, який враховує втрати в електрогенераторі.

Внутрішній абсолютний ККД конденсаційного виробництва електроенергії на КЕС, яка працює за циклом Ренкіна, дорівнює:

. (9)

5. Визначаємо витрату палива В, використовуючи рівняння теплового балансу котельного агрегату, кг/с:

, (10)

звідки:

, (11)

де - ККД котельної електростанції з урахуванням втрат теплоти в трубопроводах між котельною та машинним залом:

. (12)

6. Знаходимо питому витрату палива, враховуючи рівняння (8 і 11):

(13)

або

, (14)

де η_ПСУ - коефіцієнт корисної дії електричної станції знаходять з рівняння:

. (15)

7. Знаходимо питому витрату пари з урахуванням рівнянь (5, 7 та 8):

, (16)

де - відносний електричний ККД:

. (17)