по Термодинамике

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ УТИЛИЗАЦИОННОГО

ПАРОГЕНЕРАТОРА (УПГ), РАСЧЕТ ЦИКЛА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАРОТУРБИННОГО БЛОКА В СОСТАВЕ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

1.1 Постановка задачи

Бросовую теплоту отработавших газов газотурбинной установки (ГТУ), которая имеет довольно высокий уровень эксергии, целесообразно использовать (утилизировать) в специальной паротурбинной установке (ПТУ) (см. рис. 1.1). В утилизационном парогенераторе (УПГ) энергия отработавших газов ГТУ в форме теплоты передается воде и затрачивается на ее нагрев, испарение и перегрев до максимально возможной температуры с целью достижения наибольшей экономичности ПТУ для выработки электроэнергии(см. рис. 1.2).

Используя данные раздела 3 курсовой работы, необходимо спроектировать утилизационную паротурбинную установку для нужд компрессорной станции.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема и цикл утилизационной ПТУ:

УПГ – утилизационный парогенератор; КД – конденсатор; ПН – питательный насос; Т – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор

Рисунок 1.2 – Цикл утилизационной ПТУ в T,s – координатах

Исходные данные:

– массовый расход выхлопных газов ГТУ (см. раздел 3 курсовой работы);

- эффективная мощность ГТУ(см. раздел 3 курсовой работы);

- эффективный КПД ГТУ(см. раздел 3 курсовой работы);

– температура отработавших газов ГТУ (см. раздел 3 курсовой работы);

– располагаемый температурный напор в пароперегревателе, (принимаем ⁰С);

– температура пара на входе в турбину;

– располагаемый температурный напор в испарителе, (принимаем ⁰С);

давление пара на входе в турбину, (принимаем );

давление в конденсаторе;

средняя массовая изобарная теплоемкость выхлопных газов ГТУ;

– относительный внутренний КПД турбины и насоса соответственно;

механический КПД ПТУ;

КПД электрогенератора;

коэффициент теплоиспользования УПГ.

1.2.Термодинамическая модель цикла ПТУ

1.2.1. Рассмотрим первый закон термодинамики для открытой термодинамической системы применительно к элементам ПТУ

,

где q_вн – удельная теплота, которой система обменивается с окружающей средой, Дж/кг;

h₁, h₂– удельная энтальпия рабочего тела на входе и выходе , Дж/кг;

l_тех– удельная техническая работа, Дж/кг;

с ₁, с ₂ – скорость потока рабочего тела на входе и выходе;

Н ₁, Н ₂– уровень сечения потока, отсчитанный от нулевой горизонтали на входе и выходе, м;

g– ускорение свободного падения, м/с ².

1) Для турбины (процесс 1-2):

Допущения.

Процесс адиабатный, следовательно

Тогда:

- удельная техническая работа турбины, Дж/кг.

2) Для насоса (процесс 3-4):

Процесс адиабатный, следовательно

Тогда:

- удельная техническая работа насоса, Дж/кг.

Рассмотрим закон сохранения механической энергии:

Для насоса (процесс 3-4):

- удельная работа действительного насоса.

Для идеального насоса (процесс 3-4 s ):

- удельная работа идеального насоса.

Тогда:

.

3) Для УПГ (процесс 4-И’-И’’-1):

Допущения:

,

где - удельная теплота, подводимая к воде в экономайзере;

- удельная теплота, подводимая к рабочему телу в испарителе;

- удельная теплота, подводимая в пароперегревателе.

Тогда:

удельная теплота, подведенная в УПГ, Дж/кг.

4) Для конденсатора (процесс 2-3):

Допущения:

удельная теплота, отводимая в конденсаторе, Дж/кг.

1.2.2. Относительные внутренние КПД:

- для турбины:

;

где - удельная работа турбины в изоэнтропном процессе 1-2 s (удельная работа идеальной турбины), Дж/кг;

- для насоса:

1.2.3. Удельная внутренняя работа цикла

1.2.4. Внутренний КПД цикла

1.2.5. Термический КПД цикла Ренкина

.

1.3 Расчет параметров цикла ПТУ

Расчет параметров цикла производится с помощью h , S - диаграммы водяного пара и таблицы термодинамических свойств воды и пара в состоянии насыщения.

По h , S - диаграмме находим точку 1 по давлению и температуре ⁰С. Для этой точки 3230 кДж/кг (удельная энтальпия пара на входе в турбину), (удельная энтропия пара на входе в турбину).

Рассмотрим процесс 1-2 s . Для этого процесса . Точка 2 s находится на пересечении изоэнтропы и изобары . Для этой точки кДж/кг - удельная энтальпия пара на выходе из турбины в изоэнтропном процессе 1-2s.

Находим точку 2. Из уравнения для относительного внутреннего КПД определим

- удельная энтальпия пара на выходе из турбины в действительном процессе 1-2.

Точка 2 находится на пересечении лини и изобары . Для этой точки .

Определение параметров в точке 3. Эти параметры определяются из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при .

Из таблицы: - температура воды на входе в насос;

h,s-диаграмма водяного пара

Таблица термодинамических свойств воды и пара в состоянии насыщения (по давлениям)

- удельный объем воды на входе в насос;

- удельная энтальпия воды на входе в насос;

- удельная энтропия воды на входе в насос.

Определение параметров точки 4.

- удельный объем воды на выходе из насоса.

Из уравнения для относительного внутреннего КПД насоса: , определяем: - удельная энтальпия на выходе из насоса.

Так как ,

где - массовая теплоемкость воды,

.

Изменение удельной энтропии в насосе:

- удельная энтропия на выходе из насоса,

.

Параметры в точке И’ определяются из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при .

Из таблицы:

- температура воды на входе в испаритель;

- удельный объем воды на входе в испаритель;

- удельная энтальпия воды на входе в испаритель;

- удельная энтропия воды на входе в испаритель.

Параметры в точке И’’ определяются из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при .

Из таблицы:

- температура сухого насыщенного пара на выходе из испарителя;

- удельный объем сухого насыщенного пара на выходе из испарителя;

- удельная энтальпия сухого насыщенного пара на выходе из испарителя;

- удельная энтропия сухого насыщенного пара на выходе из испарителя.

1.4 Определение показателей утилизационной ПТУ.

Удельная работа идеального насоса :

Удельная работа действительного насоса :

Удельная работа идеальной турбины :

Удельная работа действительной турбины :

Внутренняя удельная работа цикла :

Термический КПД обратимого цикла Ренкина:

Внутренний КПД цикла :

Эффективный КПД цикла :

Определение массового расхода пара (паропроизводительности УПГ), m _п, кг/с. Рассмотрим уравнение теплового баланса для испарителя и пароперегревателя:

,

где температура выхлопных газов в ГТУ перед испарителем, ⁰С:

⁰С.

Тогда:

кг/с.

Определение температуры выхлопных газов после УПГ, .

Рассмотрим уравнение теплового баланса для экономайзерной секции (подогреватель воды) :

Тепловая мощность УПГ :

Эффективная мощность ПТУ :

Общий эффективный КПД комбинированной парогазовой установки (ПГУ) :

Таблица 1.1 – Основные параметры цикла и показатели ПТУ

Вывод.

Использование комбинированных ПГУ (комбинированные циклы ПТУ и ГТУ) позволяет повышать эффективность использования энергии. В расчете определили, что КПД комбинированной ПГУ, что выше КПД ГТУ и КПД цикла ПТУ . Следовательно, можно сделать вывод о выгодности использования установок данного типа.

Изображение цикла ПТУ в p , v -координатах:

Изображение цикла ПТУ в T , S -координатах:

Изображение цикла ПТУ в h , S -координатах: