ТТДч.2_ргр_Попов. Н.М.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»

Кафедра теоретических основ теплотехники

Расчётно-графическая работа

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

Выполнил: студент гр. 2-11х

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 ро, tо и давлении пара в конденсаторе турбины рк. 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.

1.1. Расчёт простого цикла ПТУ

Для идеального цикла без внутренних потерь определить:

1) qэк, qисп, qпп – 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) ℓн – удельная техническая работа насоса в обратимом цикле ПТУ;

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

6) ℓt – удельная работа обратимого цикла ПТУ;

7) t – термический КПД цикла ПТУ;

8) нt – термический КПД нетто цикла ПТУ;

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

10) qt – 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 oi=0,9 , адиабатным коэффициентом насоса н=0,8 , механическим КПД м=0,98 , КПД генератора г=0,99 , определить:

1) q1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в необратимом цикле ПТУ;

2) q2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в необратимом цикле ПТУ;

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

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

5) ℓi – удельная работа необратимого цикла ПТУ;

6) i – внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

7) нi – внутренний абсолютный КПД нетто цикла ПТУ;

8) э – электрический КПД цикла ПТУ;

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

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

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

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.

Рис.1.1. Схема простой ПТУ: ПК паровой котел; ПП пароперегреватель; ИСП испарительная поверхность; ЭК экономайзер; ПТ паровая. турбина; К-р конденсатор паровой турбины; Н насос; ЭГ электрический генератор

в

а

ctпв

сtк

1

Н

2 рк, hк

рo, to, ho

пп

ПК исп

эк

4

3

ПТ

К-р

ЭГ

sо

sк

q2i

q1i

в

ро

хкi

а

1

То

4

3

х=0

к

х=1

рк

2

Рис. 1.2. Необратимый цикл простой ПТУ в T,s-диаграмме

s

Т

4

2

sкi

4

ctпв

hкi

2

h

3

4

Рис.1.3. Необратимый цикл простой ПТУ в h,s-диаграмме

2

1

ctк

ctпвi

hк

hо

s

х=0

К

рк

tо

х=1

ро

q1i

q2i

тi

нi

1.1.1. 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:

.

1.1.2. 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:

Xki = 0,79;

Параметры воды на входе в паровой котёл:

.

Таблица 1.1. Результаты расчета простого цикла ПТУ

Исходные данные

ро,

to,

pк,

oi

н

м

г

Wэ,

МПа

оС

МПа

МВт

15

510

0,005

0,9

0,8

0,98

0,99

180

Обр. цикл

q1,

q2,

т,

н,

t

нt

dt,

qt,

3185,5

1784,3

1416,2

15

0,44

0,442

2,542

8144,8

Необр. цикл

q1i,

q2i,

тi,

нi,

i

э

dэ,

qэ,

D,

кг/c

3181,78

1925,9

1274,6

18,75

0,395

0,383

2,911

9393,86

145,56

1.2. Расчёт цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем

Для идеального цикла без внутренних потерь определить:

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

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

3) ℓн – удельная техническая работа насоса в обратимом цикле ПТУ;

4) ℓт – удельная техническая работа турбина в обратимом цикле ПТУ;

5) ℓt – удельная работа обратимого цикла ПТУ;

6) t – термический КПД цикла ПТУ;

7) нt – термический КПД нетто цикла ПТУ;

8) dt – удельный расход пара на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

9) qt – удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

10) 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.

Для реального цикла ПТУ с внутренними потерями при заданных: внутренним относительным КПД части низкого давления турбины oiчнд=0,93 , внутренним относительным КПД части высокого давления турбины oiчвд=0,8, адиабатным коэффициентом насоса н=0,8 , механическим КПД м=0,98 , КПД генератора г=0,99, определить:

1) q1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в необратимом цикле ПТУ;

2) q2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в необратимом цикле ПТУ;

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

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

5) ℓi – удельная работа необратимого цикла ПТУ;

6) i – внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

7) нi – внутренний абсолютный КПД нетто цикла ПТУ;

8) э – электрический КПД цикла ПТУ;

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

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

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

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.

Рис. 1.4. Схема паротурбинной установки с вторичным пароперегревателем: ПК паровой котел; ПП первичный пароперегреватель; ВПП вторичный пароперегреватель; ЧВД, ЧНД части высокого и низкого давления турбины; К-р конденсатор паровой турбины; Н насос; ЭГ электрический генератор

впп

рo, to, ho

ПК

пп

6

1

Н

рк, hк

5

4

К-р

ЭГ

рвп, tвп, вп

рвп, hвп

3

ctк

ctпв

чвд

чнд

2

6’

4’

4

2

s

3

6

5

2

1

TO=Твп

рK

рO

х=0

х=1

T

Рис. 1.5. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара в T,s-диаграмме

рВП

K

q1i

q2i

сtпв

сtпвi

hKi

h’ВПi

6’

4’

2’

3

ро

2

h”ВП

h’ВП

h

5

6

Рис. 1.6. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара в h,s-диаграмме

4

1

ctК

hK

hо

s

x=0

K

рК

tо=tвп

x=1

нi

рвп

1.2.1. 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:

.

1.2.2. 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,

м

г

Wэ,

МПа

оС

МПа

МПа

МВт

15

510/530

4,5

0,005

0,8/0,93

0,98

0,99

180

Обр.

цикл

q1,

q2,

т,

н,

dt,

qt,

3692,53

2017,63

1689,9

15

0,454/0,456

2,13

7866,21

Необр.

цикл

q1i,

q2i,

тi,

нi,

dэ,

qэ,

D,

кг/c

3621,42

2112,35

1527,82

18,75

0,417/0,405

2,43

8898,26

121,43

1.3. Расчёт регенеративного цикла ПТУ

.Для идеального цикла ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смешивающих подогревателях без учёта работы насосов определить:

1) р1, р2 и p3 – давления отборов пара из турбины на регенеративные подогреватели (число регенеративных подогревателей по заданию n=3);

2) 1, 2 и 3 – доли отбора пара на регенеративные подогреватели в обратимом цикле ПТУ;

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

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

5) ℓт – удельная техническая работа турбины в обратимом цикле ПТУ;

6) ℓt – удельная работа обратимого цикла ПТУ;

7) t – термический КПД цикла ПТУ;

8) dt – удельный расход пара на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

9) qt – удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в обратимом цикле ПТУ;

10) 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.

Для реального цикла ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смешивающих подогревателях (без учёта работы насосов) определить:

1) 1i, 2i и 3i – доли отбора пара на регенеративные подогреватели в необратимом цикле ПТУ;

2) q1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в необратимом цикле ПТУ;

3) q2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в необратимом цикле ПТУ;

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

5) ℓi – удельная работа необратимого цикла ПТУ;

6) i –внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

7) э – электрический КПД цикла ПТУ;

8) dэ – удельный расход пара на выработанный киловатт на час в необратимом (на единицу электрической работы) цикле ПТУ;

9) qэ – удельный расход теплоты на выработанный киловатт на час в необратимом (на единицу электрической работы) цикле ПТУ;

10) D – расход пара на паровую турбину при ее заданной электрической мощности Wэ;

11) 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.

D3

D2

D1

D

Po, to, ho

Рис. 1.7. Схема регенеративной ПТУ с тремя смешивающими подогревателями: П1, П2 и П3

сtк

4

5

П3

П2

П1

1, P1, h1

2, P2, h2

3, P3, h3

ct3

ct1

ct2

ctпв

Pк, hк

2

1

3

6

2’

q2i

q1i

6

s

so

Рис. 1.8. Необратимый цикл ПТУ с тремя смешивающими регенеративными подогревателями в T,s — диаграмме

5

ТК

Т3н

Т2н

Т1н

Тон

P3

P2

P1

к

4

3

2

1

TO

PK

PO

х=0

х=1

T

Рис. 1.9. Необратимый цикл ПТУ с тремя смешивающими подогревателями в h,s- диаграмме

h

2’

so

s

ct1

ct2

ct3

6

5

h1i

h2i

h3i

P1

P2

P3

3

4

2

1

ctК

hKi

hO

х=0

К

PK

tO

х=1

PO

q1i

1.3.1. 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:

П1

Рис. 1.10. Схема потоков подогревателя П1

б) второй подогреватель П2:

П2

Рис. 1.11. Схема потоков подогревателя П2

в) третий подогреватель П3:

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:

.

1.3.2. 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 Wэ:

.

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

oi

м

г

Wэ,

МПа

оС

МПа

МПа

МПа

МПа

МВт

15

510

5,07

1,2

0,145

0,005

3

0,9

0,98

0,99

180

Обр. цикл

q1,

q2,

т,

1

2

3

t

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,

тi,

1i

2i

3i

i

э

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

1.4. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ

Основные результаты расчетов трех, выше приведенных, циклов ПТУ сводятся в табл. 1.4.

Таблица 1.4. Основные результаты расчета циклов ПТУ

ро= 150 бар,

to= 510 oC,

рк= 0,05 бар,

Wэ= 180 МВт

Простой цикл ПТУ

ПТУ с ВПП

ПТУ с регенерацией (n=3)

Обратимый

Необратимый

Обратимый

Необратимый

Обратимый

Необратимый

q1, q1i

кДж/кг

3185,5

3181,78

3692,53

3621,42

2179,2

2179,2

q2, q2i

кДж/кг

1784,3

1925,9

2017,63

2112,35

1086,66

1190,2

lт, lтi

кДж/кг

1416,2

1274,6

1689,9

1527,82

1090,93

987,6

lн, lнi

кДж/кг

15

18,75

15

18,75

t или i,

%

44

39,5

45,4

41,7

50,1

45,3

dt или dэ,

кг/(кВтч)

2,542

2,911

2,13

2,43

3,3

3,76

qt или qэ,

кДж/(кВтч)

8144,8

9393,86

7866,21

8898,26

7185,63

8181,8

D,

кг/с

145,56

121,43

187,86

На выходе из турбины

hк, hкi

кДж/кг

1922,1

2063,72

2155,4

2250,12

1922,1

2063,7

хк, хкi

0,74

0,79

0,83

0,87

0,74

0,79

vк, vкi

м3/кг

20,8

22,4

23,5

24,6

20,8

22,4

На входе в паровой котел

tпв, tпвi

oC

33,2

34,1

33,2

34,1

264,81

264,81

ctпв, ctпвi

кДж/кг

152,77

156,52

152,77

156,52

1159,1

1159,1

Расчёт относительного увеличения работы, подведённой и отведённой теплоты, КПД обратимого цикла с ВПП по отношению к простому.

;

;

;

.

Аналогичные расчёты проведены для необратимого цикла ПТУ с ВПП, регенеративного цикла ПТУ.

1) Сравнение цикла с вторичным перегревом пара с простым циклом:·Обратимый цикл:

Увеличение КПД у цикла с ВПП по отношению к простому циклу составляет 3% относительных. Это объясняется тем, что относительное увеличение работы цикла (16,2%) больше относительного увеличения подведённой теплоты (13,7%), или относительное увеличение отведённой теплоты (11,6%) меньше относительного увеличения подведённой теплоты (13,7%). Дополнительным эффектом введения ВПП является увеличение конечной степени сухости пара (с 0,74 для простой ПТУ до 0,83 для ПТУ с ВПП).

·Необратимый цикл:

Увеличение КПД у цикла с ВПП по отношению к простому циклу составляет 5,28% относительных. Это объясняется тем, что относительное увеличение работы цикла (16,6%) больше относительного увеличения подведённой теплоты (12,1%), или относительное увеличение отведённой теплоты (8,83%) меньше относительного увеличения подведённой теплоты (12,1%). Дополнительным эффектом введения ВПП является увеличение конечной степени сухости пара (с 0,79 для простой ПТУ до 0,87 для ПТУ с ВПП).

2) Сравнение регенеративного цикла с простым циклом:

·Обратимый цикл:

Увеличение КПД регенеративного цикла по отношению к простому циклу составляет 12,2 % относительных. Это объясняется тем, что относительное уменьшение работы цикла (23%) меньше относительного уменьшения подведённой теплоты (31,6%), или относительное уменьшение отведённой теплоты (39%) больше относительного уменьшения подведённой теплоты (31,6%).

·Необратимый цикл:

Увеличение КПД регенеративного цикла по отношению к простому циклу составляет 12,8% относительных. Это объясняется тем, что относительное уменьшение работы цикла (22,5%) меньше относительного уменьшения подведённой теплоты (31,5%), или относительное уменьшение отведённой теплоты (38,2%) больше относительного уменьшения подведённой теплоты (31,5%).

2. 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.

Рис. 2.1. Схема одноконтурной АЭС на насыщенном водяном паре:

РБМК – ядерный реактор кипящего типа; С – сепаратор; ПП – пароперегреватель; ЧВД – часть высокого давления; ЧНД – часть низкого давления турбины; П1 – смешивающий регенеративный подогреватель

1

cto

ctпп

1+пп

пп

с

сtпп

7

ctпв

2

пп

ро, хо

6

1

5

4

РБМК

чвд

чнд

рпп, tпп

3

С

П1

сtк

рк

Рис. 2.2. Реальный цикл АЭС на насыщенном водяном паре в T,s- диаграмме

Δtпп

ТПП

ТО

РПП

РК

РО

7

6

5

4

3

хс

2

1

х=1

х=0

хкДОП

T

s

к

Рис. 2.3. Цикл АЭС на насыщенном паре в h,s — диаграмме

хс

хКдоп

х=1

х=0

tпп

toн

Pк

Pпп

ctпп

ctк

hc

hк

hкi

hпп

h2i

h2

ho

sпп

so

7

6

5

4

2

1

3

s

h

к

Po

2.1. Расчёт цикла АЭС на насыщенном водяном паре

,

,

По pо и xо определяются энтальпия hо и энтропия sо пара на входе в ЧВД (точка 1):

hо=2762,3 кДж/кг; sо= 5,8216 кДж/(кг·K).

По pо определяется энтальпия воды в состоянии насыщения ctо’ на выходе из пароперегревателя:

ctо’= 1241,3 кДж/кг.

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

Оптимальное давление перегрева пара рППопт цикла определяется методом вариантных расчетов термического КПД цикла. Для этого задаёмся рядом значений давлений рпп в диапазоне от рк до ро и рассчитываем при этих значениях рпп термические КПД цикла t. Далее строится зависимость t=f(рпп). По графику этой зависимости определяем область, где рпп обеспечивает допустимую влажность пара на выходе из турбины, и в этой области (хКдоп0,88) по максимальному значению термического КПД определяем оптимальное значение давления перегрева пара (рис. 2.7). При этом степень сухости пара на выходе из ЧВД турбины может быть меньше 0,88.

Рис. 2.4. Схема потоков в сепараторе пара

с

1-1-с, Хс

1-1, Х2

С

Определение доли отсепарированной влаги в сепараторе производится на основании того, что количество сухого насыщенного пара на входе и выходе из сепаратора одинаково (рис. 2.4).

Определение доли греющего пара, идущего на пароперегреватель производится на основании первого закона термодинамики (теплового баланса), составленного для пароперегревателя (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема потоков пароперегревателя

ctо

пп, hо

hпп

1-1-с, hс

Количество теплоты, отданное греющим паром, равно количеству теплоты, полученному нагреваемым паром

1, h2

Рис. 2.6. Схема потоков подогревателя

1-1-с, ctк

1+пп, ctпп

пп, ctо

с, ctпп

П1

Определение доли пара, идущего на подогреватель П1 определяется из уравнения смешения потоков этого элемента схемы (рис.2.6)

В уравнениях неизвестны 1, с, пп. Поэтому они решаются в виде системы трех уравнений с тремя неизвестными.

,(1)

1) Примем рпп = рк =0,005 МПа.

По рпп и sо определяется энтальпия пара h2 и степень сухости x2 в конце обратимого адиабатного процесса ЧВД турбины:

h2= 1772,5 кДж/кг; x2= 0,67;

по рпп и xс определяется hс – энтальпия пара на выходе из сепаратора (точка 3):

hс= 2536,2 кДж/кг;

по рпп и tпп определяется hпп – энтальпия и sпп– энтропия пара на входе в ЧНД турбины (точка 4):

hпп= 3006,8 кДж/кг; sпп= 9,4765 кДж/(кг·K)

по рк и sпп определяется и энтальпия пара hк и степень сухости хк в конце обратимого адиабатного процесса ЧНД турбины (точка 5):

hк= hпп= 3006,8 кДж/кг; хк = — пер. пар, т.к. в данном случае точка 5 совпадает с точкой 4;

по pк определяется энтальпия воды в состоянии насыщения ctк’ на выходе из конденсатора турбины (точка 6):

ctк’= 138,2 кДж/кг;

по рпп определяется энтальпия воды в состоянии насыщения ctпп’ на выходе из сепаратора и подогревателя (точка 7):

ctпп’= ctк’= 138,2 кДж/кг, т.к. в данном случае точка 7 совпадает с точкой 6.

Относительные расходы получаем решением системы уравнений (1):

1=0; с=0,376; пп=0,244.

Определение удельной теплоты подведенной в цикл АЭС производится как разница энтальпий изобарного процесса 7-1, умноженная на относительный расход воды через реактор

q1=(1+пп)(ho-ctпп’)=(1+0,244)·(2762,3-138,2)=3264 кДж/кг.

Удельная работа турбины определяется как сумма удельных работ ее ЧВД и ЧНД

lт=ho-h2+(1-1-с)(hпп-hк)=2762,3-1772,5+(1-0-0,376)(3006,8-3006,8)=989,8 кДж/кг.

Термический КПД цикла АЭС без учета работы насосов определяется как

.

Аналогичные расчёты выполняются для всех принятых значений pпп.

2) Примем рпп = 0,1 МПа.

Из СУ(1):

1=0,0385; с=0,233; пп=0,168.

3) Примем рпп = 0,4 МПа.

Из СУ(1):

1=0,142; с=0,173; пп=0,126.

4) Примем рпп = 0,7 МПа.

Из СУ(1):

1=0,187; с=0,148; пп=0,108.

5) Примем рпп = 1,2 МПа.

Из СУ(1):

1=0,235; с=0,116; пп=0,0877.

6) Примем рпп = 3 МПа.

Из СУ(1):

1=0,325; с=0,0614; пп=0,0469.

7) Примем рпп = р0 =6,5 МПа.

Таким образом цикл АЭС будет без перегрева пара, и расчёт цикла будет вестись как для простого цикла ПТУ.

1=0; с=0; пп=0.

Таблица 2.2. Расчётные данные для выбора оптимального давления

pпп, МПа

0,005

0,1

0,4

0,7

1,2

3

6,5

ηt

0,303

0,384

0,4

0,403

0,406

0,399

0,377

xк

пер.пар

0,96

0,88

0,85

0,81

0,74

0,67

pППопт=0,4 Мпа.

2.1.2. Определение показателей тепловой экономичности цикла АЭС

Определение параметров рабочего тела реального (необратимого) цикла АЭС выполняется с использованием внутренних относительных КПД ЧВД и ЧНД турбины:

кДж/кг

кДж/кг

По давлению рпп и h2i определяется степень сухости на входе в сепаратор х2i.

Х2i=0,83

Определение относительных расходов 1i, сi, ппi выполняется решением системы трех уравнений, составленных для сепаратора, пароперегревателя и подогревателя П1 аналогично уравнениям:

1i=0,142; сi=0,139; ппi=0,132.

Определение удельной теплоты, подведенной в цикл АЭС:

q1i=(1+ппi)(ho-ctпп’)= (1+0,132)·(2762,3-604,5)=2443 кДж/кг.

Определение удельной теплоты, отведённой из цикла АЭС:

q2i=(1-1i-сi)(hкi –ctк’)= (1-0,142-0,139)·(2313-138,2)=1568 кДж/кг.

Удельная работа турбины определяется как сумма удельных работ ее ЧВД и ЧНД:

lтi=ho-h2i+(1-1i-сi)(hпп-hкi)=2762,3-2370,5+(1-0,142-0,139)(2997,1-2313)=879,3кДж/кг.

Внутренний абсолютный КПД цикла АЭС без учета работы насосов определяется как:

.

Удельный расход пара и теплоты на выработанный кВтч определяются традиционно:

кг/(кВтч);

кДж/(кВтч).

Электрический КПД цикла ПТУ

э = iмг=0,36·0,98·0,99=0,349;

Удельный расход пара на выработанный кВтч электрической работы ПТУ

кг/(кВтч);

Удельный расход теплоты на выработанный кВтч электрической работы ПТУ

кДж/(кВтч).

Электрическая мощность ПТУ — Nэ и расход пара на турбину D определяются соотношением

кг/с.

Таблица 2.3. Результаты расчета цикла ПТУ АЭС

Исходные данные

ро,

хo,

хс,

pпп,

tпп,

pк,

Wэ,

МПа

МПа

оС

МПа

МВт

6,5

0,99

0,99

1,2

265

0,005

0,83

0,93

300

Расчетные величины

1,

с,

пп,

q1i,

lтi,

i

э,

D,

кДж/кг

кДж/кг

кг/c

0,142

0,173

0,126

2443

879,3

0,36

0,349

351,6

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)




Предыдущий:

Следующий: