Построение диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Тепловые дв

1390

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

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; hотб – 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.

Влопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого

инагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, а та, в свою очередь, в механическую работу вращения вала турбины.

Паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.

Взависимости 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:

1) турбины с противодавлением;

2) турбины с регулируемым отбором пара;

3) турбины с отбором и противодавлением.

4

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.

Утурбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из одной 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 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;

5

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.

В связи 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.

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.

6

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.

7

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.

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.

8

Для построения реального процесса расширения пара в турбине и нахождения ключевых точек необходимо с использованием h-s диаграммы

4)Определить располагаемый действительный теплоперепад пара при его расширении в турбине: Hк Hктеор т .

5)Найти энтальпию точки «К», характеризующей параметры выхода

пара из турбины с учетом потерь энергии, из уравнения hк h0 Hк . 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.

8)Вычислить располагаемый теплоперепад в турбине до выхода пара в

отбор по формуле Hотб h0 hотб , где hотб 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.

9