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 Паросиловая установка по циклу Ренкина
Таблица 1 — Исходные данные
№ п/п в журнале | р1, МПа | Т1, ºС | р’1, МПа | Т’1, ºС | р2, кПа |
1 | 1,3 | 250 | 2,5 | 500 | 4 |
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 р-υ и T-s координатах. Обозначить узловые точки и процессы цикла.
3 Рассчитать для двух вариантов (исходные данные — таблица 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-υ диаграммы пар находится в состоянии влажного, сухого насыщенного и перегретого пара?
s-h диаграмма водяного пара с рассчитанными процессами прилагается к задаче
Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.
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, ºC | р'1, МПа | р2, кПа |
40 | 1,2 | 3,0 |
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, МПа | t1, ºC | р2, МПа | рNsub>0, кВт | топливо | QНр, кДж/кг |
2,2 | 500 | 0,004 | 10000 | мазут | 41870 |
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 q2д 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, МПа | t1, ºС | р2, МПа | η0t | топливо | QНр, кДж/кг |
5 | 480 | 0,01 | 0,85 | мазут | 41800 |
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%.
Все задачи из: Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике
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 Паросиловая установка работает по циклу Ренкина. Заданы давление p1 = 3МПа, температура t1 = 400ºС пара на входе в турбину и давление в конденсаторе p2 = 2 кПа. При давлении рʹ1 = 1 МПа введен вторичный перегрев до первоначальной температуры. Определите влажность пара за последней ступенью турбины и термический коэффициент полезного действия цикла с вторичным перегревом. Изобразите на рисунке схему паросиловой установки с вторичным перегревом пара, цикл в диаграммах pv, Ts, is.
is — диаграмма водяного пара с рассчитанными процессами прилагается к задаче