Анализ тепловой экономичности циклов пту

Имени В.И. Ленина»

 

Кафедра теоретических основ теплотехники

 

Расчётно-графическая работа

 

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

 

Выполнил: студент гр. 2-11^х

Н.М. Попов

Принял: доц. каф. ТОТ

И.М. Чухин

 

Оценка ___________

 

 

Иваново 2014

Содержание

1. Задание 1…………………………………………………………………………….…….……3

1.1. Расчёт простого цикла ПТУ……………………………………….………….…………4

1.1.1. Обратимый цикл………………………………………………………………………..7

1.1.2. Необратимый цикл……………………………………………………………………..8

1.2. Расчёт цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем……………………………10

1.2.1. Обратимый цикл…………………………………………………………………...….13

1.2.2. Необратимый цикл………………………………………………………………...….14

1.3. Расчёт регенеративного цикла ПТУ……………………………………………….…16

1.3.1. Обратимый цикл……………………………………………………………………....19

1.3.2. Необратимый цикл…………………………………………………………………....22

1.4. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ…………………………………24

 

2. Задание 2……………………………………………………………………………………....26

2.1. Расчёт цикла АЭС на насыщенном водяном паре……………………………..…29

2.1.1. Определение оптимального давления пара, идущего на сепаратор и пароперегреватель………………………………………………………..………..……….29

2.1.2. Определение показателей тепловой экономичности цикла АЭС….……..….33

 

Библиографический список……………………………………………………………….….36

 

ЗАДАНИЕ 1

 

Провести термодинамический расчет и анализ тепловой экономичности трех циклов ПТУ: простого цикла, цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем, регенеративного цикла. Все циклы ПТУ рассчитываются при одинаковых параметрах пара перед турбиной р_о, t_о и давлении пара в конденсаторе турбины р_к. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ выполняется по отношению к простому циклу. Все типы ПТУ должны иметь схематичное изображение, а их циклы представлены в T,s- и h,s-диаграммах без соблюдения масштаба.

В ряде вариантов заданий требуется термодинамическая оптимизация некоторых параметров рабочего тела ПТУ.

Варианты исходных данных к заданию 1 выдаются интерактивной программой на ЭВМ с дифференцированной оценкой уровня подготовки студента по соответствующей тематике этого задания.

 

 

Расчёт простого цикла ПТУ

Для идеального цикла без внутренних потерь определить:

1) q_эк, q_исп, q_пп – удельные величины теплоты, подведенная к рабочему телу в экономайзере, испарительной поверхности и пароперегревателе парового котла;

2) q₁ – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в обратимом цикле ПТУ;

3) q₂ – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в обратимом цикле ПТУ;

4) ℓ_н – удельная техническая работа насоса в обратимом цикле ПТУ;

5) ℓ_т – удельная техническая работа турбина в обратимом цикле ПТУ;

6) ℓ_t – удельная работа обратимого цикла ПТУ;

7) h_t – термический КПД цикла ПТУ;

8) h^н_t – термический КПД нетто цикла ПТУ;

9) d_t – удельный расход пара на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

10) q_t – удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

11) Параметры пара на выходе из турбины и на входе в паровой котёл.

 

Для реального цикла ПТУ с внутренними потерями при заданных: внутренним относительным КПД турбины h_oi=0,9, адиабатным коэффициентом насоса h_н=0,8, механическим КПД h_м=0,98, КПД генератора h_г=0,99, определить:

1) q_1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в необратимом цикле ПТУ;

2) q_2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в необратимом цикле ПТУ;

3) ℓ_нi – удельная техническая работа насоса в необратимом цикле ПТУ;

4) ℓ_тi – удельная техническая работа турбины в необратимом цикле ПТУ;

5) ℓ_i – удельная работа необратимого цикла ПТУ;

6) h_i – внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

7) h^н_i – внутренний абсолютный КПД нетто цикла ПТУ;

8) h_э – электрический КПД цикла ПТУ;

9) d_э – удельный расход пара на выработанный киловатт на час в необратимом цикле ПТУ;

10) q_э – удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в необратимом цикле ПТУ;

11) D – расход пара на паровую турбину при ее заданной электрической мощности W_э;

12) Параметры пара на выходе из турбины и на входе в паровой котёл.

Изобразить схему установки и её цикл в T,s- и h,s-диаграммах без соблюдения масштаба, но в качественном соответствии с заданными условиями.

 

 

 

 

 

 

 

Обратимый цикл

 

Определение основных параметров воды и водяного пара:

энтальпия пара на выходе из котла (перед турбиной) определяется по и :

,

энтальпия пара на выходе из турбины определяется по и :

;

энтальпия воды в состоянии насыщения () при давлении

;

энтальпия питательной воды на входе в котёл определяется по и :

;

энтальпия воды в состоянии насыщения () при давлении :

;

энтальпия пара в состоянии насыщения () при давлении :

.

 

1) Количество теплоты, расходуемой на 1 кг рабочего тела:

а) на нагрев воды до температуры кипени (в экономайзере):

;

б) на процесс парообразования:

;

в) на перегрев пара:

;

2) Общее количество подведенной теплоты:

;

3) Количество теплоты, отданной паром охлаждающей воде в конденсаторе:

;

4) Удельная работа насоса: ;

5) Удельная работа турбины: ;

6) Удельная работа обратимого цикла: .

7) Термический КПД цикла с учетом работы насоса :

;

8) Термический КПД цикла без учета работы насоса :

.

9) Удельный расход пара на выработанный кВт·ч

;

10) Удельный расход теплоты на выработанный кВт·ч

.

11) Параметры пара на выходе из турбины:

; ;

.

 

Параметры воды на входе в паровой котёл:

 

.

 

Необратимый цикл

Внутренний относительный КПД турбины .

Адиабатный коэффициент насоса .

Механический КПД .

КПД генератора .

 

Определение параметров в конце необратимых процессов:

 

1) Удельная теплота, подведенная в цикл ПТУ:

.

2) Удельная теплота, отведенная из цикла ПТУ:

.

3) Удельная техническая работа насоса:

4) Удельная техническая работа турбины:

5) Удельная работа необратимого цикла ПТУ:

.

6) Внутренний абсолютный КПД цикла с учетом работы насоса:

7)Внутренний абсолютный КПД цикла без учета работы насоса

8) Электрический КПД:

9) Удельный расход пара на выработанный кВт ч:

;

удельный расход пара на отпущенную электрическую работу:

.

10) удельный расход теплоты на выработанный кВт ч:

;

удельный расход теплоты на отпущенную электрическую работу:

.

11) расход пара на турбину при заданной электрической мощности:

.

 

12) Параметры пара на выходе из турбины:

 

X_ki = 0,79;

 

Параметры воды на входе в паровой котёл:

 

.

 

 

Таблица 1.1. Результаты расчета простого цикла ПТУ

Исходные данные	ро,	to,	pк,	hoi	hн	hм	hг	Wэ,
МПа	^оС	МПа					МВт
		0,005	0,9	0,8	0,98	0,99
Обр. цикл	q1,	q2,	ℓт,	ℓн,	ht	h^нt	dt,	qt,
3185,5	1784,3	1416,2		0,44	0,442	2,542	8144,8
Необр. цикл	q1i,	q2i,	ℓтi,	ℓнi,	hi	hэ	dэ,	qэ,	D,
								кг/c
3181,78	1925,9	1274,6	18,75	0,395	0,383	2,911	9393,86	145,56

 

 

Обратимый цикл

 

бар

.

 

1) Удельная подведенная теплота:

2) Удельная отведенная теплота:

3) Удельная работа насоса:

4) Удельная работа турбины:

5) Удельная работа цикла:

6) Термический КПД цикла ПТУ:

7) Термический КПД нетто цикла ПТУ:

8) Удельный расход пара:

9)Удельный расход теплоты:

10) Параметры пара на выходе из турбины:

; ;

.

Параметры воды на входе в паровой котёл:

.

 

Необратимый цикл

 

1) Удельная подведенная теплота

2) Удельная отведенная теплота:

3) Удельная работа турбины:

4) Удельная работа насоса:

5) Удельная работа цикла:

6) Внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ с учетом работы насоса:

7) Внутренний абсолютный КПД нетто цикла ПТУ:

8) Электрический КПД цикла ПТУ:

9) Удельный расход пара.

10) Удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в необратимом цикле ПТУ;

11) Полный расход пара на турбину при заданной электрической мощности:

 

12) Параметры пара на выходе из турбины:

; ;

.

 

Параметры воды на входе в паровой котёл:

.

 

Таблица 1.2. Результаты расчета цикла ПТУ с ВПП

Исходн. данные	ро,	to/tвп,	pвп,	pк,		hм	hг	Wэ,
МПа	^оС	МПа	МПа				МВт
	510/530	4,5	0,005	0,8/0,93	0,98	0,99
Обр. цикл	q1,	q2,	ℓт,	ℓн,		dt,	qt,
3692,53	2017,63	1689,9		0,454/0,456	2,13	7866,21
Необр. цикл	q1i,	q2i,	ℓтi,	ℓнi,		dэ,	qэ,	D,
							кг/c
3621,42	2112,35	1527,82	18,75	0,417/0,405	2,43	8898,26	121,43

 

Обратимый цикл

 

1) Определение давления пара, отбираемого из турбины в регенеративные подогреватели.

Для определения давлений отборов используется принцип равномерного подогрева воды в подогревателях, обеспечивающий максимальное значение термического КПД цикла ПТУ.

Количество регенеративных подогревателей .

 

Температуры воды на выходе из подогревателей:

По данным температурам находятся давления отборов:

(по ) = 5,07

(по ) = 1,2

(по ) = 0,145

 

Определение основных параметров воды и водяного пара:

 

Энтальпии воды в состоянии насыщения () на выходе из подогревателей П₁, П₂ и П₃ при давлениях , и :

Энтальпии пара отборов турбины определяются по давлениям , , и энтропии :

 

2) Определение долей отборов пара на подогреватели:

а) первый подогреватель П₁:

Рис. 1.10. Схема потоков подогревателя П₁

 

б) второй подогреватель П₂:

Рис. 1.11. Схема потоков подогревателя П₂

 

в) третий подогреватель П₃:

Рис. 1.12. Схема потоков подогревателя П₃

 

 

3) Удельная подведенная теплота:

4) Удельная отведенная теплота:

5) Удельная техническая работа турбины в обратимом цикле ПТУ

6) Удельная работа обратимого цикла ПТУ;

7) Термический КПД цикла ПТУ:

8) Удельный расход пара и теплоты:

9) Удельный расход теплоты:

10) Параметры пара на выходе из турбины и на входе в паровой котёл:

.

 

 

Необратимый цикл

 

Внутренний относительный КПД турбины .

1) Определение долей отборов пара на подогреватели:

а) первый подогреватель П₁:

б) второй подогреватель П₂:

в) третий подогреватель П₃:

2) Удельная подведённая теплота:

3) Удельная отведённая теплота:

4) Удельная техническая работа турбины в необратимом цикле ПТУ:

5) Удельная работа необратимого цикла ПТУ:

6) Внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ:

7) Электрический КПД цикла ПТУ:

8) Удельный расход пара на выработанный киловатт на час в необратимом (на единицу электрической работы) цикле ПТУ:

9) Удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в необратимом (на единицу электрической работы) цикле ПТУ:

 

10) Расход пара на паровую турбину при ее заданной электрической мощности W_э:

.

11) Параметры пара на выходе из турбины и на входе в паровой котёл:

.

 

Таблица 1.3. Результаты расчета регенеративного цикла ПТУ

Исход-ные данные	ро,	to,	p1,	p2,	p3,	pк,	n	hoi	hм	hг	Wэ,
МПа	^оС	МПа	МПа	МПа	МПа					МВт
		5,07	1,2	0,145	0,005		0,9	0,98	0,99
Обр. цикл	q1,	q2,	ℓт,	a1	a2	a3	ht	h^нt	dt,	qt,
2179,2	1086,66	1090,93	0,162	0,125	0,104	0,501	0,501	3,3	7185,63
Необр. цикл	q1i,	q2i,	ℓтi,	a1i	a2i	a3i	hi	hэ	dэ,	qэ,	D,
										кг/c
2179,2	1190,2	987,6	0,16	0,122	0,1	0,453	0,44	3,76	8181,8	187,86

 

Задание 2

Провести термодинамический расчет цикла ПТУ АЭС на насыщенном водяном паре. Выбрать оптимальное давление пара, идущего на пароперегреватель. При расчетах работой насосов пренебречь. Основные исходные данные и результаты термодинамического расчета цикла ПТУ АЭС свести в табл. 2.3.

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чухин, Иван Михайлович. Техническая термодинамика. Часть 2: учеб. пособие / И.М. Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2008. – 228 с.

2. Чухин, Иван Михайлович. Сборник задач по технической термодинамике: учеб. пособие / И.М. Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2011. – 248 с.

3. Чухин, Иван Михайлович. Методические указания к расчету термодинамической эффективности циклов паротурбинных установок / И.М. Чухин; Иван. гос. энерг. ун-т – Иваново, 2002, 56 с. (№ 1446)

4. Ривкин, Соломон Лазаревич. Теплофизические свойства воды и водяного пара: справочник / С.Л. Ривкин, А.А. Александров. – М.: Энергия, 1980. – 424 с.

5. Чухин, Иван Михайлович. Анализ тепловой экономичности циклов ПТУ. Методические указания и задания для выполнения интерактивной расчетно-графической работы № 2 по курсу «Техническая термодинамика» ИГЭУ, Иваново, 2013, 41 с. (№2096)

 

Имени В.И. Ленина»

 

Кафедра теоретических основ теплотехники

 

Расчётно-графическая работа

 

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

 

Выполнил: студент гр. 2-11^х

Н.М. Попов

Принял: доц. каф. ТОТ

И.М. Чухин

 

Оценка ___________

 

 

Иваново 2014

Содержание

1. Задание 1…………………………………………………………………………….…….……3

1.1. Расчёт простого цикла ПТУ……………………………………….………….…………4

1.1.1. Обратимый цикл………………………………………………………………………..7

1.1.2. Необратимый цикл……………………………………………………………………..8

1.2. Расчёт цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем……………………………10

1.2.1. Обратимый цикл…………………………………………………………………...….13

1.2.2. Необратимый цикл………………………………………………………………...….14

1.3. Расчёт регенеративного цикла ПТУ……………………………………………….…16

1.3.1. Обратимый цикл……………………………………………………………………....19

1.3.2. Необратимый цикл…………………………………………………………………....22

1.4. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ…………………………………24

 

2. Задание 2……………………………………………………………………………………....26

2.1. Расчёт цикла АЭС на насыщенном водяном паре……………………………..…29

2.1.1. Определение оптимального давления пара, идущего на сепаратор и пароперегреватель………………………………………………………..………..……….29

2.1.2. Определение показателей тепловой экономичности цикла АЭС….……..….33

 

Библиографический список……………………………………………………………….….36

 

ЗАДАНИЕ 1

 

Провести термодинамический расчет и анализ тепловой экономичности трех циклов ПТУ: простого цикла, цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем, регенеративного цикла. Все циклы ПТУ рассчитываются при одинаковых параметрах пара перед турбиной р_о, t_о и давлении пара в конденсаторе турбины р_к. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ выполняется по отношению к простому циклу. Все типы ПТУ должны иметь схематичное изображение, а их циклы представлены в T,s- и h,s-диаграммах без соблюдения масштаба.

В ряде вариантов заданий требуется термодинамическая оптимизация некоторых параметров рабочего тела ПТУ.

Варианты исходных данных к заданию 1 выдаются интерактивной программой на ЭВМ с дифференцированной оценкой уровня подготовки студента по соответствующей тематике этого задания.

 

 

Расчёт простого цикла ПТУ

Для идеального цикла без внутренних потерь определить:

1) q_эк, q_исп, q_пп – удельные величины теплоты, подведенная к рабочему телу в экономайзере, испарительной поверхности и пароперегревателе парового котла;

2) q₁ – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в обратимом цикле ПТУ;

3) q₂ – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в обратимом цикле ПТУ;

4) ℓ_н – удельная техническая работа насоса в обратимом цикле ПТУ;

5) ℓ_т – удельная техническая работа турбина в обратимом цикле ПТУ;

6) ℓ_t – удельная работа обратимого цикла ПТУ;

7) h_t – термический КПД цикла ПТУ;

8) h^н_t – термический КПД нетто цикла ПТУ;

9) d_t – удельный расход пара на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

10) q_t – удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

11) Параметры пара на выходе из турбины и на входе в паровой котёл.

 

Для реального цикла ПТУ с внутренними потерями при заданных: внутренним относительным КПД турбины h_oi=0,9, адиабатным коэффициентом насоса h_н=0,8, механическим КПД h_м=0,98, КПД генератора h_г=0,99, определить:

1) q_1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в необратимом цикле ПТУ;

2) q_2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в необратимом цикле ПТУ;

3) ℓ_нi – удельная техническая работа насоса в необратимом цикле ПТУ;

4) ℓ_тi – удельная техническая работа турбины в необратимом цикле ПТУ;

5) ℓ_i – удельная работа необратимого цикла ПТУ;

6) h_i – внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

7) h^н_i – внутренний абсолютный КП