18 Паросиловые установки

18.1 Паровая турбина мощностью N=12000 кВт работает при начальных параметрах р1=80 бар и t1=450ºC. Давление в конденсаторе р2=0,04 бар. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания Qрн=25 МДж/кг. КПД котельной установки равен ηк.у=0,8. Температура питательной воды tп.в=90ºС.

Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условий, что она работает по циклу Ренкина.

Ответ: d0=2,7  кг/(кВт·ч), В=4810 кг/ч.


18.2 На сколько процентов увеличится термический КПД цикла Ренкина и на сколько килограммов при этом уменьшится удельный расход паросиловой установки при увеличении котельного давления пара от 1 до 4 МПа, если в обоих случаях Т1=600К и р2=0,1 атм? 

Ответ:  термический КПД цикла Ренкина увеличится на ηt=7%, а удельный расход паросиловой установки при это уменьшится на Δd0=0,73 кг/(кВт·ч).


18.3 1 Вычертить принципиальную тепловую схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Обозначить позициями и записать наименование основных ее элементов.

2 Вычертить без масштаба цикл Ренкина в p-υ и T-s координатах. Обозначить узловые точки и процессы цикла.

3 Рассчитать для двух вариантов (исходные данные — таблица 3.1):

3.1 термический КПД цикла Ренкина ηt;

3.2 удельный расход пара d0, кг/(кВт·ч), на выработку 1 кВт·ч энергии;

3.3 удельный расход пара d0, кг/МДж, для совершения 1 МДж работы.

4 Дать алгоритм нахождения в s-i (s-h)  диаграмме водяного пара рассчитываемый процесс расширения пара в паровой турбине (для 2-х вариантов).

5 На основании расчета сделать вывод о влиянии повышения начальных параметров пара на термический КПД цикла и выработку количества пара.

6 Ответить на контрольные вопросы:

что такое сухость пара;

в какой области р- υдиаграммы пар находится в состоянии влажного, сухого насыщенного и перегретого пара?

Таблица 3.1 — Исходные данные

Вариантр1, МПаT1, Kр'1, МПаT'1, Kр2, кПа
32,03005,05004,0

Варианты задачи: 16, 18, 7, 5, 46, 8, 11, 40, 15, 31, 24, 28, 35, 14, 32, 12, 25, 41, 17, 21, 37, 33, 30, 4, 2, 6.


18.4 Турбина мощностью 24000 кВт работает при параметрах пара: р1=2,6 МПа, t1=420ºC, р2=0,004 МПа. Для подогрева питательной воды из турбины отбирается пар при ротб=0,12 МПа. Определить термический к.п.д. и удельный расход пара. Определить также улучшение термического к.п.д. в сравнении с той же установкой, но работающей без регенеративного подогрева.

Ответ: ηtрег=0,43, d0p=2,96 кг/(кВт·ч), ηt=0,37,(Δη/η)100=16,22%.


18.5 Водяной пар с начальным давлением р1=3 МПа и степенью сухости х1=0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на Δt; после перегревателя пар адиабатно расширяется в турбине до давления p2. Определить теплоту (на 1 кг пара), подведенную к нему в пароперегревателе; работу и термический КПД цикла Ренкина, степень сухости пара х2 в конце расширения; работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления р’1.

Определить начальные и конечные параметры состояния пара по диаграмме i-s и рассчитать по таблицам состояние пара в конце каждого процесса; изобразить перечисленные процессы в координатах i-s и заполнить сводную табл.4.8. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.4.12.

Таблица 4.12

Δt, ºCр'1, МПар2, кПа
401,23,0

Ответ: q1-2=213 кДж/кг, lц=1022 кДж/кг, ηt=0,36, х2=0,74, l’ц=905 кДж/кг, х5=0,79.


18.6 (Вариант 2.4.5) РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ (ПСУ)

Данные для выполнения задания:

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина.

Цикл предс­тавлен на диаграмме р-υ рис.1.2

р1 — абсолютное давление рабочего тела (перегретого вара) перед турбиной, МПа;

t1 — температура рабочего тела (перегретого пара) перед турби­ной, ºC;

р2 – абсолютное давление рабочего тела в конденсаторе, МПа;

QНр — теплота сгорания топлива, кДж/кг;

N0 — теоретическая мощность турбины (без учета действительных потерь), кВт.

Следует выполнить:

1 Изобразить принципиальную схему ПСУ и кратко описать принцип ее действия.

2 Изобразить теоретический цикл на T-s, i-s диаграммах.

3 Указать, какие действительные процессы, происходящие в паросиловой установке, описываются отдельными участками диаграммы теоретического цикла.

4 Определить состояние рабочего тела (x — степень сухости) и значений термодинамических параметров p, υ, s, T, i в характерных точках цикла. Полученные данные свести в таблицу.

5 Определить количество теплоты, затраченное на подогрев питательной воды до температуры кипения q′ на парообразование r, на перегрев пара qp.

6 Определить общее количество теплоты подведенное в цикле q1 и отведенное в конденсаторе q2.

7 Найти работу в турбине lT при отсутствии в ней потерь.

8 Определить работу lн, затраченную на адиабатное сжатие питательной воды в насосе и подачу ее в котел.

9 Вычислить полезную работу l теоретического цикла.

10 Вычислить теоретический КПД   цикла.

11 Определить теоретический удельный d0  и общий D0 расходы па­ра установкой при полной нагрузке, условно полагая, что единственным источником потерь теплоты служит конденсатор.

12 Определить удельный g0 и часовой G0 расходы топлива установкой.

Численные значения исходных величин взять из табл.1 приложения 2 согласно указанного преподавателем (методистом) номеру варианта.

Таблица 1.1 — Исходные данные для расчета

р1, МПаt1, ºCр2, МПарNsub>0, кВттопливоQНр, кДж/кг
2,25000,00410000мазут41870


18.7 (Вариант 2.2.5) РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Данные для выполнения задания:

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина, Цикл предс­тавлен на диаграмме р-υ рис.2.1.2

р1 — абсолютное давление рабочего тела (перегретого пара), МПа;

t1 — температура рабочего тела (перегретого пара) перед турби­ной, ºС;

р2 – абсолютное давление рабочего тела в конденсаторе, МПа;

QНр — теплота сгорания топлива, кДж/кг;

η0t — относительный внутренний  паровой турбины.

Требуется:

1 Изобразить принципиальную схему ПСУ и кратко описать принцип ее действия.

2 Изобразить теоретический цикл на T-s, p-υ, i-s диаграммах.

3 Указать, какие действительные процессы, происходящие в паросиловой установке, описываются отдельными участками диаграммы теоретического цикла.

4 Определить состояние рабочего тела (x — степень сухости) и значений термодинамических параметров p, υ, s, T, i в характерных точках цикла. Полученные данные свести в таблицу.

5 Определить количество теплоты, затраченное на подогрев питательной воды до температуры кипения q′ на парообразование r, на перегрев пара qp.

6 Определить общее количество теплоты подведенное в цикле q1.

7 Определить количество теплоты, отведенное в конденсаторе, при теоретическом q2 и действительном  q процессах расширения пара в турбине.

8 Вычислить располагаемый  h0 (lТ) и используемый hд (lТД) теплоперепад.

9 Определить работу lн, затраченную на адиабатное сжатие питательной воды в насосе и подачу ее в котел.

9 Вычислить полезную работу l теоретического и действительного циклов.

11 Вычислить термический КПД теоретического ηТ и действительного ηТД циклов.

12 Определить теоретический удельный d0 расход па­ра установкой при полной нагрузке для теоретического и действительного циклов.

13 Определить удельный g0 расход топлива установкой.

Численные значения исходных величин взять из табл.8 приложения 2 согласно указанного преподавателем (методистом) номеру варианта.

Таблица 2.2.1 — Исходные данные для расчета

р1, МПаt1, ºСр2, МПаη0tтопливоQНр, кДж/кг
54800,010,85мазут41800


18.8 Определить термический к.п.д. цикла Ренкина, если р1=6 МПа и t1=450 ºC, р2=0,004 МПа.

Ответ: ηt=40,2%.


18.9 Рассчитать цикл Ренкина для паросиловой установки.

Исходные данные

Давление перегретого пара р1=2,5 МПа;

Температура перегретого пара t1=340 ºC;

Давление в конденсаторе р2=0,50 МПа;

s=const.

Расчет произвести по i-s — диаграмме состояния воды и пара.

Найти параметры точек: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Для каждой точки найти: i, x, t, s, p, υ. Составить таблицу и график цикла Ренкина.


18.10 (Вариант 37) Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемый теплоперепад, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости х2 (при давлении р2). Изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание ее работы. Представить цикл Ренкина в диаграммах T-s и h-s. Задачу решать с помощью h-s — диаграммы.

Представить графическое решение задачи в h-s — диаграмме.

Таблица 1 — Исходные данные для расчета цикла паросиловой установки

р1, МПаt1, ºCр′1, МПаt′1, ºCр2, кПа
4,03506,05503,0

h-s — диаграмма водяного пара с рассчитанными процессами прилагается к задаче

Варианты задачи: 11, 85, 95, 88, 24, 16, 27, 01, 10, 12, 15, 32, 33, 45, 47, 53.