Термодинамический анализы цикла паротурбинной установки

Содержание

1. Схема паротурбинной установки                                                          стр 2
2. Исходные данные                                                                                   стр 3
3. Решение                                                                                                   стр 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Схема паротурбинной установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Парогенератор, 2- турбина, 3- конденсатор, 4- питательный насос, 5- генератор, 6- пароперегреватель, 7- вторичный перегрев пара.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Исходные данные

 

МПа	МПа	МПа	МПа	МПа	МПа	0С	0С	0С	0С	кПа
28	26	24	7	6	4	590	580	590	580	11	0,90	0,87

 

27 мДж/кг

Примечание: =0,9; 0,96; =0,98; =0,91; Т_ос=290⁰ С;

Р_ос=100 кПа

Требуется определить:

1. Составить энергетический баланс установки и определить КПД установки.
2. Составить эксергетический баланс установки и определить эксергетический  КПД.
3. Составить баланс эксергетических потерь энтропийным методом и определить КПД установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Решение

 

Составляем таблицу параметров состояния в каждой характерной точке цикла

Параметры в характерных точках

	Р МПа	t 0С	Т К	h кДж/кг	S кДж/кг	Х
1”	28	590	863	3434,6	6,2506
1’	26	580	853	3423,4	6,2666
1	24	574	848	3423,4	6,3007
а	7	365	638	3061,5	6,3007
ад	7	378	651	3097,69	6,3590
в”	7	590	863	3626,8	7,0635
в’	6	580	853	3611,8	7,1148
в	4	573	846	3611,8	7,2983
2	0,011	47,68	320,68	2316,77	7,2983	0,89
2д	0,011	47,68	320,68	2485,12	7,8213	0,96
2’	0,011	47,68	320,68	191,81	0,6737	0
3	28	49	322	230,3	0,6737
3д	28	51	324	234,57	0,7035

 

 

 

 

 

 

Точка 2.  Р₂=11 кПа =110,6737 кДж/кг; S^”=8,1155 кДж/кг S^”-S^’=7,4417 кДж/кг; h^’=191,81 кДж/кг; h^”=2587,2 кДж/кг; r=2387,6 кДж/кг; 
t₂=4768 ^оС

 

 

 

 

Точки 1^”, 1^’, 1, а, в^”, в^’, в – параметры найдены по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара.

Пользуясь таблицей, составляем энергетический баланс, относя все его составляющие к 1 кг рабочего тела.

1. Находим теплоту, подведённую в паровой котёл к рабочему телу.

 

2. Теплота первоначально внесённая в установку за счёт сгорания топлива.

 

 

В- расход топлива, кг/ч;

Д- расход воды, кг/ч.

 

3. Потеря теплоты при горении топлива.

 

4. Потеря теплоты трубопроводами по пути от парового котла до турбины.

 

5. Теплота, отданная охлаждающей воде в конденсаторе

 

6. Действительная работа насоса.

 

7. Действительная работа турбины

 

8. Механические потери работы на трение в подшипниках турбины.

 

9. Работа на муфте электрогенератора

 

10.  Электрические потери в электрогенераторе

 

11.  Работа на клеммах электрогенератора

 

Баланс энергии имеет вид:

 

КПД установки (брутто) на клеммах электрогенератора:

 

Составление эксергетического баланса.

Увеличение эксергии рабочего тела происходит в насосе и в паровом  котле.

Прирост эксергии в насосе равен  приросту эксергии рабочего тела:

 

Прирост эксергии в парогенераторе представляет собой первоначально внесённую  эксергию за вычетом потерь, которые складываются:

Из потерь, учитываемых КПД парового котла

 

Из потерь эксердии при окислении топлива 

Из потерь ,которые возникают по причине внешней необратимости процесса теплообмена между продуктами сгорания топлива и рабочим телом.

Суммарные потери не зависят от средней температуры продуктов сгорания, а зависят только от средней интегральной температуры Т_{ср.подв} рабочего тела в процессе подвода к нему теплоты:

 

 

кДж/кг

Искомое увеличение эксергии в паровом котле

 

Или иначе

 

Уменьшение  эксергии в трубопроводе:

 кДж/кг

При дросселировании:

кДж/кг

В проточной  части турбины ЦВД:

 кДж/кг

В трубопроводе после пром перегрева:

кДж/кг

При дросселировании  после пром перегрева:

 кДж/кг

В проточной  части турбины ЦНД:

кДж/кг

В конденсаторе:

 кДж/кг

Эксергетический баланс для тех узлов установки, в которых происходит изменение состояния рабочего тела:

Увеличение  эксергии, кДж/кг

В насосе – 34,113 кДж/кг

В парогенераторе – 1915,238 кДж/кг

Итого 1949,352 кДж/кг

Уменьшение  эксергии

В трубопроводе – 45,727 кДж/кг

В регулироваемом клапане – 63,136 кДж/кг

В проточной  части турбины – 1621,107 кДж/кг

В конденсаторе – 219,381 кДж/кг

Итого 1949,352 кДж/кг

Невязка баланса  составляет всего 0%

Если  допустить, что теплота трения и  теплота, эквивалентная потерям  в электрогенераторе, полностью  передаётся окружающей среде, то потери эксергии в этих узлах окажутся равными потерям энергии.

∆L_м=д_м=58,079 кДж/кг

∆ L_э=д_э=27,878 кДж/кг

Эксергетический КПД узлов

1. Эксергетический КПД парового котла:

 

2. Эксергетический КПД трубопровода:

 

 

3. Эксергетический КПД регулированного клапана:

 

 

4. Эксергетический КПД турбины:

 

5. Эксергетический КПД конденсатора:

 

Эксергия, отданная конденсирующимся влажным  паром в конденсаторе

 кДж/кг

Это составляет 219,381/2293,307=0,095 от теплоты, отданной охлаждающей воде в конденсаторе.

6. Эксергетический КПД питательного насоса

 

7. Эксергетический КПД процессов отвода в окружающую среду теплоты трения и теплоты выделившейся в генераторе

 

Эксергетический КПД (брутто) всей установки

 

Коэффициенты  эксергетических потерь

Потери  эксергии в паровом котле

 кДж/кг

Коэффициент эксергетических потерь

 

Потери  эксергии в трубопроводе

 кДж/кг

 

В регулированном клапоне:

кДж/кг

 

В турбине:

 кДж/кг

 

В конденсаторе:

 кДж/кг

 

В питательном  насосе:

 кДж/кг

 

Эксергетические потери на трение в подшипниках турбины:

 кДж/кг

 

Потери  в электрогенераторе

 кДж/кг

 

Коэффициент эксергетических потерь для всей установки

 

КПД всей установки.