Начальные параметры
пара
|
Параметры пара после
вторичного перегрева
|
Давление отбора
Pотб, МПа
|
Конечное давление пара
Р2, кПа
|
Давление
Р1, МПа
|
Температура
t1, ºC
|
Давление
Pn, МПа
|
Температура
tn, ºC
|
13
|
490
|
3.3
|
510
|
0.38
|
4.5
|
I. ПТУ
работает на сухом насыщенном паре
Структурная схема ПТУ:
где
ПГ - парогенераторПТ -
паровая турбинаЭГ - электрогенераторК - конденсаторПН - питательный насос
Процесс парообразование в
PV, hS и TS
диаграммах, выглядит следующим образом:
а) в Pv-диаграмме, б) в Ts-диаграмме, в) в hs-диаграмме;
1-2 — адиабатное расширение пара в турбине;
2-3 — изобарно-изотермическая конденсация влажного пара в конденсаторе
(Р2 - const, t2 = const);
3 – 3’— адиабатное сжатие воды в насосе, т.к. вода практически не
сжимается, этот процесс можно считать и изохорным (данный процесс показан
только на Pv - диаграмме);
3(3’) -4 — изобарный процесс подогрева воды в экономайзере парогенератора (P1 = const);
4-1 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе
(P1= const, t1 = const).
Таблица 2 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на сухом насыщенном
паре
Точки цикла
|
Р,
|
t,
° C
|
h,
кДж/кг
|
ν,
|
S,
кДж/кг*К
|
Х
|
1
|
13
|
330.86
|
2662
|
0.012
|
5.39
|
1
|
2
|
0.0045
|
31
|
1645.7
|
19.43
|
5.39
|
0.624
|
3
|
0.0045
|
31
|
130
|
0.001
|
0.45
|
0
|
4
|
13
|
330.86
|
1532
|
0.0015
|
3.56
|
0
|
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам
свойств водяного пара
Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в
адиабатном процессе расширения определяется величиной располагаемого теплового
перепада Hp:
кДж/кг
Если пренебречь работой, затраченной на сжатие в насосе, будем
считать, что полученная в цикле работа равна работе, совершаемой паром в
турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
Теоретический удельный расход пара d0 необходимый для выработки
одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый для
выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
II. ПТУ работает на перегретом паре
Структурная схема ПТУ
Где
ПГ - парогенератор
ПП - пароперегреватель
ПТ - паровая турбина
ЭГ - электрогенератор
К - конденсатор
ПН - питательный насос
Процесс парообразование в
PV, hS и TS
диаграммах, выглядит следующим образом:
Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом
паре
Таблица 3
Точки цикла
|
Р,
МПа
|
t,
|
h,
кДж/кг
|
ν,
|
S,
кДж/кг*К
|
Х
|
1
|
13
|
490
|
3309
|
0.024
|
6.4
|
1
|
2
|
0.0045
|
31
|
1940.8
|
23.2
|
6.4
|
0.746
|
3
|
0.0045
|
31
|
130
|
0.001
|
0.45
|
0
|
4
|
13
|
330.86
|
1532
|
0.0015
|
3.56
|
0
|
5
|
13
|
330.86
|
2662
|
0.012
|
5.39
|
1
|
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам
свойств водяного пара
Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в
адиабатном процессе расширения:
кДж/кг
Работf, совершаемая паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина:
Теоретический удельный расход пара d0 необходимый для
выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый для
выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
III. ПТУ работает на
перегретом паре с вторичным перегревом
В этом цикле используется многоступенчатую турбину, состоящую из
цилиндра высокого давления и нескольких низкого давления. Пар из парового котла
направляется сначала в цилиндр высокого давления, где расширяясь, совершает
работу. После этого пар возвращается в паровой котел (промежуточный
пароперегреватель), где осушается и нагревается до более высокой температуры
(но уже при более низком и постоянном далении) и поступает в цилиндр низкого
давления, где, продолжая расширяться, снова совершает работу.
Процесс парообразование в
PV, hS и TS
диаграммах, выглядит следующим образом:
Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом
паре насыщенном паре с вторичным перегревом
Точки цикла
|
Р,
МПа
|
t,
° C
|
h,
кДж/кг
|
ν,
|
S,
кДж/кг*К
|
Х
|
1
|
13
|
490
|
3309
|
0.024
|
6.4
|
1
|
а
|
3.3
|
283.14
|
2939.6
|
0.07
|
6.4
|
1
|
b
|
3.3
|
510
|
3476.3
|
0.0107
|
7.2
|
1
|
2
|
0.0045
|
31
|
2188.1
|
26.4
|
7.2
|
0.85
|
3
|
0.0045
|
31
|
130
|
0.001
|
0.45
|
0
|
4
|
13
|
330.86
|
1532
|
0.0015
|
3.56
|
0
|
5
|
13
|
330.86
|
2662
|
0.012
|
5.39
|
1
|
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам
свойств водяного пара
Удельная теплота, затраченная на образование 1 кг пара в турбине:
кДж/кг
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Удельная полезная работа, совершаемая паром в турбине, в
адиабатном процессе расширения:
кДж/кг
Работа, совершаемая паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
Теоретический удельный расход пара d0 необходимый для
выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый для
выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
IV. ПТУ работает на перегретом паре, при этом используется
регенерация с одним отбором пара
В данном цикле используется отработавший пар для подогрева воды,
полученной после конденсации основного парового потока. При этом конденсат
греющего пара смешивается с основным потоком питательной воды
Процесс парообразование в
PV, hS и TS
диаграммах, выглядит следующим образом:
Таблица 4 Параметры в характерных точках цикла ПТУ при работе на перегретом
паре насыщенном паре с вторичным перегревом
Точки цикла
|
Р,
МПа
|
t,
° C
|
h,
кДж/кг
|
ν,
|
S,
кДж/кг*К
|
Х
|
1
|
13
|
490
|
3309
|
0.024
|
6.4
|
1
|
а
|
0.38
|
141.77
|
2525
|
0.437
|
6.4
|
0.9
|
b
|
0.38
|
141.77
|
596.8
|
0.0011
|
1.76
|
0
|
2
|
0.0045
|
31
|
1940.8
|
23.2
|
6.4
|
0.746
|
3
|
0.0045
|
31
|
130
|
0.001
|
0.45
|
0
|
4
|
13
|
330.86
|
1532
|
0.0015
|
3.56
|
0
|
5
|
13
|
330.86
|
2662
|
0.012
|
5.39
|
1
|
Параметры определяются по hs – диаграммам и таблицам
свойств водяного пара
Доля отобранного пара:
кг/кг
где ha – энтальпия пара, отбираемого из турбины;
hb – энтальпия конденсата при давлении отбора.
Полезная работа в регенеративном цикле:
кДж/кг
Количество подведенной теплоты в данном цикле:
Удельный отвод теплоты в конденсаторе:
кДж/кг
Работе, совершаемая паром в турбине:
кДж/кг
Термический КПД цикла Ренкина :
Теоретический удельный расход пара d0 необходимый для
выработки одного кВт*ч электроэнергии:
кг/( кВт*ч)
Теоретический удельный расход тепла q0, необходимый для
выработки одного кВт*ч:
кДж/( кВт*ч)
Таблица 5 Результаты расчетов
Параметры цикла
|
Цикл
паротурбинной установки
|
на сухом насыщенном паре
|
На перегретом
паре
|
с вторичным
перегревом
пара
|
с
регенеративным отбором
|
Количество подведенной теплоты q1, кДж/кг
|
2532
|
3179
|
3715.7
|
2712.2
|
Количество отведенной теплоты q2, кДж/кг
|
1515.7
|
1810.8
|
2058.8
|
1810.8
|
Полученная работа в цикле lц , кДж/кг
|
1016.3
|
1368.2
|
1368.8
|
1257.2
|
Теоретический удельный расход пара d0, кг/кВт*ч
|
3.54
|
2.63
|
2.17
|
2.86
|
Теоретический удельный расход тепла q0, кДж/ кВт*ч
|
8969
|
8361
|
8063.1
|
7757
|
Термический КПД цикла, ηT
|
0.4
|
0.43
|
0.45
|
0.46
|
Вывод
Рассчитав
паротурбинную установку, работающую по циклу Ренкина, видно, что термический
кпд таких установок очень низок (около 40%). Но так как термический вид энергии
очень распространен, необходимо искать методы повышения кпд ПТУ. В данной
работе мы увидели три способа повышения термического кпд. Комбинируя эти методы
можно повысить кпд на 10-20%, что делает данный способ получения энергии более
перспективным.