2.4. Теплосиловые паровые циклы Задача для самостоятельного решения

Рассчитать обратимый цикл Ренкина (рис. 2.4). Параметры пара на входе в турбину р₁=100 бар, t₁= 360^оС, давление пара на выходе из турбины р₂ =0,04 бар.

Представить цикл в Т-s- и h-s- диаграммах.

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.).

Определить параметры р, t, h, s, x в узловых точках цикла с использованием таблиц [3] и занести в табл. 2.

Рассчитать подводимую теплоту (q₁), отводимую теплоту (q₂), работу турбины ( _т), работу насоса ( _н), работу цикла ( ), термический КПД цикла (_t).

Показать цикл Карно в р-υ и Т-s- диаграммах для интервала давлений р₁р₂. Сравнить термический КПД цикла Ренкина (_t) с термическим КПД цикла Карно (_{t к}).

О

Рис. 2.4

тветить на вопросы:

• Почему нецелесообразно осуществление цикла Карно в паротурбинной установке?

• Как зависит термический КПД цикла Ренкина (_t) от параметров пара на входе в турбину р₁, t₁ , от давления в конденсаторе р₂?

Методические указания к решению задачи

Параметры состояний 1, 5, 6, 3 содержатся в таблицах [3]: состояние 1 – таблица перегретого пара; состояния 3, 5, 6 – таблица насыщения (по давлениям).

В состоянии 2 – мокрый пар. Рассчитывают степень сухости через энтропию, s₂ = s₁ по формуле

,

где s и s берут из таблицы насыщения по давлению р₂, а затем рассчитывают энтальпию

.

Энтальпию точки 4 (недогретая вода) можно рассчитать из уравнения для работы насоса (адиабатно-изохорное сжатие)

,

откуда

.

Энтропия s₄ = s₃, а температуру t₄ можно определить из уравнения

,

если теплоемкость конденсата принять .

Подводимая теплота в цикле

,

отводимая теплота

,

работа турбины

работа цикла

,

термический КПД цикла Ренкина

.

Термический КПД цикла Карно, как известно, зависит только от температур подвода и отвода теплоты и для цикла Карно, осуществляемого в интервале давлений р₁р₂, определяется по формуле

где , – температуры насыщения при давлениях р₂ и р₁ соответственно.

Тема «Теплосиловые паровые циклы» содержится в учебнике [1], с. 309-349.

2.5. Способы повышения кпд паротурбинных установок

Такими способами являются: применение промежуточного перегрева пара (задача №1), регенерация 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.

Задачи для самостоятельного решения

Задача №1

На рис 2.5 и 2.6 представлены схема и цикл паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара.

Рис. 2.5 Рис. 2.6

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).

Дано: параметры пара перед СВД: р₁=100 бар, t₁=550^оС; параметры пара на входе в СНД: р₃=30 бар, t₃=t₁; давление пара в конденсаторе р₄=0,04 бар; КПД парового котла _пк=0,9, внутренний относительный КПД обеих ступеней турбины одинаков _оi^т=0,85, механический КПД _м=0,98, КПД электрического генератора _г=0,99.

Рассчитать:

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

• термический КПД обратимого цикла (_t), внутренний КПД действительного цикла (_i), электрический КПД (_э) турбогенераторной установки;

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

• механические потери в ступенях турбины ( ^т_{пот. мех});

• потери в генераторе электрического тока ( ^г_пот).

Записать уравнение теплового баланса и проверить тождество.

Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

З адача № 2. На рис. 2.7 и 2.8 представлены схема и регенеративный цикл паротурбинной установки с одним отбором пара в смешивающий подогреватель.

Дано: параметры пара перед турбиной: р₁=140 бар, t₁=550^оС; давление пара в конденсаторе р₃=0,04бар; давление отбора пара из турбины р₂=р₅=6 бар.

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

Рассчитать термический КПД (_t) цикла без регенерации (1-3-4), сравнить с термическим КПД регенеративного цикла (_t^рег ), сделать выводы.

Задача № 3. На рис. 2.9. и 2.10 представлены схема и цикл теплофикационной паротурбинной установки с регулируемым отбором пара.

Дано: параметры пара перед турбиной: р₁=180 бар, t₁=550^оС; давление отбора пара р₂=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^оС при давлении р₂=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 (_t).

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