Материал: Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных. Китаев Д.Н., Мартыненко Г.Н
Отношение
i4 |
− i6 |
=η |
|
′′ |
(2.7) |
|
i4 |
− i5 |
oi |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
равно внутреннему относительному КПД ЦНД. Из уравнений (2.6) и (2.7) находим:
i4 |
= i1 − (i1 − i3 )ηoi′ ; |
(2.8) |
i6 |
= i4 − (i4 − i5 )ηoi′′. |
(2.9) |
Значения ηoi′ и ηoi′′ принимаются по табл. П.1. Порядок определения величин
i3, i5 приведен ниже.
Построение процессов изменения состояний пара в i-S- диаграмме осуществляется следующим образом.
1.По данным табл. П.1 на i-S- диаграмме водяного пара определяется местопо-
ложение точки 1. Точка 1 строится на пересечении изобары P1 и изотермы t1. Затем определяются все остальные параметры в точке 1 (энтальпия, энтропия и удельный объем пара) по диаграмме.
2.На пересечении энтропии S1 и изобары P2=PК, взятой из табл. П.1, на i-S диаграмме строится точка 2 и определяются её остальные параметры (энтальпия, энтропия, удельный объем пара, температура и степень сухости).
3.Точка 3 находится на пересечении энтропии S1 и изобары Pотб, принимаемой по табл. П.1. После построения точки 3 находятся все остальные параметры (энтальпия, энтропия, удельный объем пара, температура, степень сухости, если пар в точке 3 влажный).
4.Вычисляется энтальпия в точке 4 по формуле (2.8). На пересечении линии
i4=const и изобары Pотб находится точка 4 и определяются её остальные параметры (энтропия, удельный объем пара, температура, степень сухости, если пар в точке 4 влажный).
5.Точка 5 находится на пересечении изоэнтропы S4 и изобары P2=PК. Затем определяются все параметры точки 5 (энтальпия, энтропия, удельный объем пара, степень сухости).
6.Вычисляется энтальпия в точке 6 по формуле (2.9). На пересечении линии
i6=const и изобары P2=PК находится точка 6 и определяются её остальные параметры (энтропия, удельный объем пара, степень сухости).
Процессы изменения состояния пара в i-S- диаграмме строятся в масштабе, выбираемом студентом. На рис. 2.4. представлены возможные варианты i-S- диаграмм в соответствии с заданиями табл.П.1.
11
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.4. Изменение состояния пара в турбине
содним регулируемым отбором пара в i-S- диаграмме:
а– при выходе из отбора влажного насыщенного пара; б – то же, перегретого пара;
в– то же, перегретого пара как в реальном, так и в идеальном процессе
Вцелях проверки правильности определения параметров по диаграмме рекомендуется определять параметры пара согласно следующим формулам: энтальпию
ix = i′ + rx |
; |
|
|
(2.10) |
|||
|
|
|
|
|
|||
удельный объем |
|
|
|
|
|
|
|
υx |
=υ′′x + (1− x)υ′ |
|
(2.11) |
||||
|
|
|
; |
|
|||
энтропию |
|
|
|
|
|
|
|
Sx |
= S′ + |
|
r |
x. |
(2.12) |
||
|
|
|
|||||
tн + 273,15 |
|||||||
|
|
|
|
||||
Значения r, i′, υ′′ , υ′, S′, tн определяются согласно табл. П.3, а значение параметра степени сухости х известно из построенной диаграммы.
2.3.2. Построение T-S- диаграммы
T-S- диаграмма – это тепловая диаграмма, в которой удобно представлять и анализировать циклы различных тепловых установок [4].
На рис. 2.5 представлен цикл паротурбинной установки с одним регулируемым отбором для одного из возможных случаев, когда пар из отбора выходит во влажном состоянии.
12
Рис. 2.5. Цикл паротурбинной установки с одним регулируемым (теплофикационным) отбором в T-S – диаграмме
Предлагается следующий порядок построения процессов изменения состояний пара в контурах паротурбинной установки. Для построения данной диаграммы необходимо знать два параметра: энтропию и температуру. Для точек 1,2,3,4,5,6 эти параметры уже найдены. Зная давление пара р1, по табл. П.3 находим температуру насыщения tн = t9 = t10 (температуре насыщения равны температуры точек 9 и 10). Точка 10 принадлежит линии сухого насыщенного пара (x=1), а точка 9 линии кипящей жидкости (х=0). По табл. П.3 определяем энтропии точек 9 и 10 для соответствующего давления путем интерполяции (для точки 9 надо определить значение S′, а для точки 10- S′′). Точка 7 имеет ту же температуру, что и точки 2,5,6. Она принадлежит линии кипящей жидкости, и её энтропия находится по табл. П.3 для давления P2=PК (необходимо выписать значение S′). Температура точки 8 определяется температурой насыщения при заданном давлении отбора. Из табл. П.3 выписывается значение tн = t8 для заданного давления Ротб и значение энтропии кипящей жидкости S′. Все процессы в T-S- диаграмме строятся в масштабе, выбираемом студентом.
Вода, поступающая в котел, сухой насыщенный и перегретый пар имеют одинаковое постоянное давление P1. В процессе 9–10 происходит испарение и в точке 10 образуется сухой насыщенный пар. В процессе 9–10 происходит подвод части теплоты сжигаемого в котле топлива. Количество подводимой теплоты определяется скрытой теплотой парообразования r при P1. Процесс 10
– 1 – перегрев пара в пароперегревателе. Перегретый пар расширяется в турби-
13
не адиабатно (процесс 1 – 2). Расстояние 1 – 3 характеризует расширение пара в ЦВД без потерь, а процесс 3 – 2 – в ЦНД. Процесс 1–4 - действительный процесс с теплопотерями в ЦВД турбины, а процесс 4 – 6 - реальный процесс в ЦНД с учетом теплопотерь и отбора пара на теплофикацию (а также и на регенерацию). Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор (точка 6), где конденсируется при постоянном давлении и температуре, отдавая скрытую теплоту конденсации охлаждающей циркуляционной воде (процесс 6 – 7), и в точке 7 превращается в воду (конденсат). Процесс повышения давления конденсата насосом принят идеальным (температура и энтропия не изменяются). Процесс возврата конденсата в котел с учетом подогрева в регенеративном подогревателе (точка 8) совпадает с пограничной кривой x = 0.
2.4. Определение термодинамических и технико-экономических параметров
2.4.1. Конденсационный режим работы турбины
При работе в конденсационном режиме (Dотб = 0) турбина развивает номинальную мощность, а весь пар проходит последовательно ЧВД, ЧНД и по-
ступает в конденсатор. Расход пара на турбину DВН , кг/с, на номинальном режиме без отбора составит [3]
DН = d |
Э |
N |
Н |
, |
(2.13) |
В |
|
|
|
где dЭ – удельный расход пара на турбину для выработки номинальной мощности. В единицах СИ [dЭ] = кг/Дж. Однако относить этот расход к очень малой единице энергии Дж неудобно и практически удельный расход пара относят к 1 кВт·ч, полученному на зажимах генератора и условно называемому электрическим киловатт-часом. Таким образом, получается внесистемная единица удельного расхода пара [dЭ] = кг/(кВт·ч). Соотношение между системной и внесистемной единицами получается так:
1кг/Дж = 1кг/(Вт·с)=1·1000 3600 кг/(кВт·ч)=3,6·106 кг/(кВт·ч), 1 1
т. е. 1кг/Дж = 3,6·106 кг/(кВт·ч);
NН – номинальная мощность турбины, кВт (принимается по табл. П.1). Удельный расход пара на турбину для выработки номинальной мощности
определяется по формуле
dЭ = |
|
|
1 |
|
|
|
,кг/кДж, |
(2.14) |
|
|
|
|
|
|
|||
(i |
− i |
)η |
|
η |
|
|||
1 |
6 |
|
М |
|
ЭЛ |
|
||
14
где i1 – энтальпия пара на входе в турбину в ЧВД, кДж/кг; i6 – энтальпия
пара на выходе из ЧНД, кДж/кг; ηМ – механический КПД турбины; ηЭЛ – КПД электрогенератора.
Параметры i1 и i6 известны из расчетов, а величины ηМ ,ηЭЛ принимаются по табл. П.1.
2.4.2. Работа турбины с отбором
Если из патрубка отбора взято количество пара (Dотб ≠ 0), то мощность турбины станет меньше, так как отобранный пар не совершит работы в ЦНД. Чтобы компенсировать эту недовыработку полезной энергии, нужно в турбину ввести дополнительное количество пара вместо взятого из отбора; это количество пара будет меньше взятого из отбора, так как он будет расширяться как в ЦВД, так и в ЦНД. Дополнительное количество пара определяют как долю β от
Dотб. Таким образом, при наличии отбора Dотб количество пара DВ составит
DВ = dЭ N + β Dотб . |
(2.15) |
Коэффициент β, называемый коэффициентом недовыработки, характеризует долю работы, не совершенную паром из отбора в ЦНД.
При номинальном режиме полный расход пара на турбину составит
DН = d |
Э |
N |
Н |
+ β DН |
, |
(2.16) |
В |
|
отб |
|
|
где dЭ определяется по уравнению (2.14). Коэффициент β определяется по выражению
β = |
i4 |
− i6 |
. |
(2.17) |
|
|
|||
|
i1 |
− i6 |
|
|
Числитель в этой зависимости характеризует недовыработку 1 кг пара в ЦНД, знаменатель – выработку 1 кг пара по всей турбине.
Определив максимальный расход пара DВН , который может получить турбина при известных β и DотбН , определяют расход пара на регенерацию DР .
Расход пара на регенерацию рассчитывается на основе теплового баланса смешивающего регенеративного подогревателя: полная энтальпия рабочих тел (пара из отбора и конденсата из конденсатора), поступающих в подогреватель, равна полной энтальпии рабочего тела, выходящего из подогревателя (при номинальном режиме):
DРНi4 + DКНi′6 = (DРН + DКН )i′4 . |
(2.18) |
15