10151
.pdf30 30. Строим изоэнтропический процесс расширения пара в 1-ом отсеке
(рис. 10), определяем энтальпию htПК = 3055,2 кДж/кг и удельный объем vztПК = 0,143 м3/кг в конце процесса расширения.
31. Изоэнтропический теплоперепад 1-ого отсека
H0(1) = 3428,5 – 3055,2 = 373,3 кДж/кг.
32. Относительный внутренний КПД 1-го отсека оцениваем по прибли-
женной эмпирической формуле (6.45) из [2] для группы ступеней малой веер-
ности, работающей в сухом паре:
|
|
|
0,92 – |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
H |
0 |
(1) 700 |
|
k |
|
|
|||||
η |
0i |
(1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
вл |
|
|||||
|
|
ВД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
2 D |
v |
|
|
|
|
20000 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0,92 – |
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
373,3 700 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 0,879, |
|||||||||
|
2 43,32 0,088 |
|
20000 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где vср (v0vztПК )0,5 (0,05412 0,143)0,5 0,088м3 /кг |
– средний для отсека |
|
удельный объем, а коэффициент, учитывающий влажность kвл 1. |
||
33. |
Использованный теплоперепад 1-го отсека |
|
|
Hi (1) = 373,3·0,879 = 328,1 кДж/кг. |
|
34. |
Внутренняя мощность 1-го отсека |
|
|
Ni (1) 2D0ВД Hi (1) = 2·43,32·328,1 = 28427 кВт. |
|
35. |
Энтальпия пара в поворотной камере |
|
|
hПК = 3428,5 – 328,1 = 3100,4 кДж/кг. |
|
|
0 |
|
Эта энтальпия и давление р = 1,8 МПа определяют все параметры пара в |
||
поворотной камере: t0ПК = 331,4 °С, v0ПК = 0,15 м3/кг, |
s0ПК = 6,944 кДж/(кг·К). |
Они используются для расчета 2-го отсека (от поворотной камеры до камеры смешения).
36. Строя изоэнтропический процесс расширения пара во 2-м отсеке
(рис.10) до давления в камере смешения рсм = 0,58 МПа, определяем энтальпию htсм = 2832,3 кДж/кг и удельный объем vztсм = 0,36 м3/кг в конце процесса расши-
рения.
31
37. Изоэнтропический теплоперепад 2-го отсека
H0(2) = 3100,4 – 2832,3 = 268,1 кДж/кг.
38. Относительный внутренний КПД 2-го отсека:
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
H |
0 |
(2) 700 |
|
||||||
η0i |
(2) 0,92 – |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
kвл |
|
||||
2 D |
ВД |
v |
|
|
20000 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
0 |
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
2681, 700 |
|
|
||||||
|
0,92 – |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 0,89, |
|||||
2 43,32 0,232 |
|
20000 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где vср (v0п.кvztсм )0,5 |
(0,150 0,36)0,5 |
0,232м3 /кг – средний для отсека удель- |
|||||||||||||||
ный объем, а коэффициент, учитывающий влажность kвл 1. |
|
||||||||||||||||
39. Использованный теплоперепад 2-го отсека |
|
|
|
Hi (2) = 268,1·0,89 = 238,6 кДж/кг. 40. Внутренняя мощность 2-го отсека
Ni(2) 2D0ВД Hi (2) = 2·43,32·238,6 = 20672 кВт.
41. Энтальпия пара, поступающего в камеру смешения из 2-го отсека hкВД = 3100,4 – 238,6 = 2861,8 кДж/кг.
Рис. 9. Продольный разрез паровой турбины для двухконтурной утилизационной ПГУ.
32 42. Энтальпия пара в камере смешения (перед ЧНД ЦВД) определяется по
условию смешения соотношением:
hсм [2D0ВДhкВД (2D0НД Dд) h0НД ]
[2(D0ВД D0НД) Dд]
243,322861,8· · 2 12,5 1,76 2883,1 2866,3 кДж/кг.2 43,32 12,5 1,76
Эта энтальпия и давление рсм = 0,58 МПа определяют все параметры пара в камере смешения: tсм = 206,8 °С, vсм = 0,371 м3/кг, sсм = 7,016 кДж/(кг·К). Они
используются для расчета 3-го отсека (ЧНД ЦВД).
43. Строя изоэнтропический процесс расширения пара в 3-м отсеке до
давления p0ЦНД = 0,16 МПа, определяем энтальпию htЦНД = 2625,5 кДж/кг,
удельный объем vztЦНД = 1,057 м3/кг и сухость xztЦНД = 0,968 в конце процесса
расширения (перед ЦНД). Изоэнтропический теплоперепад отсека H0(3) = = 240,8 кДж/кг. Процесс расширения пересекает пограничную кривую в точке с энтальпией h = 2723 кДж/кг (при x = 1), и тогда «влажная» часть процесса рас-
ширения H0вл = 97,5 кДж/кг. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
44. Расход пара через 3-й отсек |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
D(3) = 2(DВД |
2DНД) D = 2(43,32 + 12,5) – 1,76 = 109,9 кг/с, |
|||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
а средний для отсека удельный объем |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
v (vсмvЦНД )0,5 (0,371 1,057)0,5 0,626 м3 / кг . |
||||||||||||||||
|
|
ср |
zt |
zt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
45. Коэффициент, учитывающий влажность, определяем по соотношению |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
γ |
0 |
γ |
к |
|
H |
вл |
0,02 |
|
97,5 |
|
|
k |
вл |
1 0,8(1 γ |
в.у. |
) |
|
|
|
|
0 |
1–0,8 |
|
|
|
0,997, |
||||
|
|
2 |
|
|
|
2 |
240,8 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H0(3) |
|
|
где учтено отсутствие системы влагоудаления (γв.у. 0), влажность перед отсе-
ком γ0 0, а влажность в конце действительного процесса расширения для первого приближения принята равной γк 0,02.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
46. |
Относительный внутренний КПД 3-го отсека |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
H |
0 |
(3) 700 |
|
k |
|
|
||||
|
η |
0i |
(3) |
0,92 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
D(3) v |
|
|
|
|
20000 |
|
вл |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
240,8 700 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
0,92 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,997 0,893. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
20000 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
109,9 0,626 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
47. |
Использованный теплоперепад 3-го отсека |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
Hi (3) = 240,8·0,893 = 215,0 кДж/кг. |
|
|
|
|||||||||||||||
48. |
Внутренняя мощность 3-го отсека |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Ni(3) D(3) Hi (3) = 109,9·215,0 = 23629 кВт. |
|
|||||||||||||||||||
49. |
Энтальпия пара на выходе из ЦВД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
hЦНД |
= 2866,3 – 215,0 = 2651,3 кДж/кг. |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50. Параметры hЦНД и рЦНД |
дают значение сухости за ЦВД хЦНД |
= 0,979, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
т.е. влажность γк = 0,021. Так как ее отличие от принятого γк = 0,02 невелико, то уточнения расчетов по пп. 45 ÷ 48 не требуется.
51. Расход пара через один поток ЦНД (отсек 4)
D 4 D 3 109,9 54,95 кг/с.
22
52.Строя изоэнтропический процесс расширения пара в 4-ом отсеке
(рис. 10) до давления рк = 5 кПа, определяем энтальпию hktЦНД = 2158,8 кДж/кг.
Изоэнтропический теплоперепад отсека H0(4) = 492,5 кДж/кг. Весь процесс
расширения протекает в области влажного пара.
53. Коэффициент, учитывающий влажность, определяем по соотношению
|
|
|
|
|
γ |
0 |
γ |
к |
|
Hвл |
|
0,021 0,1 |
|
|
||
k |
вл |
1 0,8(1 γ |
в.у. |
) |
|
|
|
0 |
1–0,8(1 015), |
|
|
|
1 |
0,96, |
||
|
|
2 |
|
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
H0(4) |
|
|
|
|
где учтено протекание всего процесса расширения в области влажного пара,
использование внутриканальной сепарации влаги (γв.у. = 0,15), а влажность в
конце действительного процесса расширения в качестве 1-го приближения принята равной γк = 0,1 (в дальнейшем при необходимости это значение можно будет уточнить).
34 54. Потерю с выходной скоростью определяем по характеристике вы-
бранной последней ступени (прил. 4): Hв.с. = 16 кДж/кг и в соответствии с эм-
пирической зависимостью (6.48) из [2], относительный внутренний КПД 4-го отсека
η0i(4) 0,87 |
|
|
H |
0 |
(4) 400 |
|
kвл |
|
H |
в.с. |
|
|||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
10000 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H0(4) |
|||||||
|
|
492,5 400 |
|
|
|
16 |
|
0,810. |
||||||||
0,87 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,960 |
|
|
|||||
|
|
10000 |
|
|
492,5 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 10. Процесс расширения пара в турбине двухконтурной ПГУ.
35
55. Использованный теплоперепад 4-го отсека
Hi (4) = 492,5·0,810 = 398,9 кДж/кг. 56. Энтальпия пара на выходе из ЦНД
hк = 2651,3 – 398,9 = 2252,4 кДж/кг.
57. Параметры hк и рк дают значение сухости за ЦНД хк = 0,87, т.е. влаж-
ность γк = 0,13. Так как ее отличие от принятого значения существенно, то тре-
буется уточнение расчетов по пп. 51 ÷ 55. Приняв значение γк = 0,13, последо-
вательно получаем:
k |
|
1 0,8(1 γ |
|
) |
|
γ |
0 |
γ |
к |
|
|
Hвл |
|
|
1– 0,8(1 015), |
|
0,021 0,13 |
1 |
0,95; |
|||||||||||
вл |
в.у. |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H0(4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
0 |
(4) 400 |
|
|
|
|
H |
в.с. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
η0i(4) 0,87 1 |
|
|
|
|
kвл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
10000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H0(4) |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
492,5 400 |
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
0,87 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,950 |
|
|
|
0,802; |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
10000 |
|
|
|
492,5 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Hi (4) = 492,5·0,802 = 395 кДж/кг; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
hк |
= 2651,3 – 395 = 2256,3 кДж/кг. |
|
|
|
|
|
|
Тогда значение сухости за ЦНД хк = 0,874, т.е. влажность γк = 0,126, что практически совпадает с принятым выше. Значение энтропии sк = 7,4 кДж/(кг·К).
58. Внутренняя мощность ЦНД
NiЦНД Ni(4) D(3) Hi (4) = 109,9·395 = 43410,5 кВт. 59. Внутренняя мощность ЦВД
NiЦВД Ni (1) Ni(2) Ni(3) = 28427 + 20672 + 23629 = 72728 кВт. 60. Внутренняя мощность паровой турбины
NiПТ = 72728 + 43410,5 = 116139 кВт.
61. В соответствии с (2.23), электрическая мощность паровой турбины
NэПТ NiПТ ηмех ηэг = 116139·0,98·0,99 = 112678 кВт.
36
3.5.Определение экономических показателей парогазовой установки
62.Абсолютный электрический КПД ПТУ
ПТУ |
|
NПТ |
112678 |
|
|
ηэ |
|
э |
|
|
0,323. |
|
|
||||
|
|
2QКУ |
2 174450 |
63.Абсолютный электрический КПД ПСУ находим по (2.26):
ηПСУэ ηПТУэ ηКУ = 0,323·0,833 = 0,269.
64.Электрическая мощность ПГУ определяется по (2.24):
NэПГУ 2NэГТУ NэПТ = 2·100000 + 112678 = 312678 кВт. 65. Теплота, подведенная в камеру сгорания одной ГТУ
Q |
NГТУ |
|
100000 |
285714 кВт. |
|
э |
|
|
|
||
ηэГТУ |
|
|
|||
КС |
|
0,35 |
|
66. Абсолютный электрический КПД брутто ПГУ
ПГУ |
|
NПГУ |
312678 |
|
|
ηэ |
|
э |
|
|
0,547. |
|
|
||||
|
|
2QКС |
2 285714 |
37
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Перечислите основные функциональные блоки тепловой схемы ко-
тельной установки.
2.Для каких целей и где применяются котлы-утилизаторы теплоты?
3.Перечислите классификацию паровых турбин в зависимости от вели-
чины входного давления водяного пара.
4.От каких параметров зависит расход греющего пара в турбинах НД?
5.От чего зависит величина расхода топливного газа в ГТУ?
6.У какой установки абсолютный электрический КПД имеет большее численное значение: парогазовой или паросиловой? Почему?
38
ПРИЛОЖЕНИЯ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Плотность |
Химический состав топливного газа (в |
Номер |
Число |
Тип |
Источник |
Давления в |
Давление в |
|||||
топливного |
|
процентах по объему) |
|
ГТУ в |
ГТУ в |
питания |
деаэраторе, |
конденсаторе, |
|||||
задания |
|
|
котла |
||||||||||
газа, кг/нм3 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
CO2 |
N2 |
прил. 2 |
ПГУ |
деаэратора |
МПа |
кПа |
||
1 |
0,654 |
98,9 |
0,13 |
0,01 |
0,01 |
0,08 |
ост. |
1 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,6 |
5,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,656 |
99,0 |
0,10 |
0,03 |
0,04 |
0,06 |
ост. |
1 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,65 |
5,4 |
3 |
0,670 |
98,5 |
0,12 |
0,02 |
0,04 |
0,08 |
ост. |
2 |
1 |
Вертик. |
Контур НД |
0,63 |
6,0 |
4 |
0,660 |
98,8 |
0,11 |
0 |
0,03 |
0,05 |
ост. |
2 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,61 |
6,5 |
5 |
0,669 |
98,6 |
0,12 |
0,015 |
0,035 |
0,07 |
ост. |
3 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,65 |
5,4 |
6 |
0,654 |
98,8 |
0,13 |
0,025 |
0,044 |
0,065 |
ост. |
3 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,61 |
6,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0,653 |
98,6 |
0,14 |
0,01 |
0,035 |
0,07 |
ост. |
4 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,64 |
6,0 |
8 |
0,670 |
98,5 |
0,12 |
0,02 |
0,044 |
0,065 |
ост. |
4 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,62 |
5,0 |
9 |
0,654 |
98,8 |
0,14 |
0,01 |
0,03 |
0,06 |
ост. |
5 |
1 |
Вертик. |
Контур НД |
0,55 |
4,0 |
10 |
0,656 |
98,7 |
0,11 |
0,03 |
0,01 |
0,08 |
ост. |
5 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,58 |
5,0 |
11 |
0,653 |
98,5 |
0,13 |
0,02 |
0,04 |
0,06 |
ост. |
5 |
3 |
Вертик. |
Контур НД |
0,6 |
6,0 |
12 |
0,654 |
98,8 |
0,14 |
0 |
0,04 |
0,08 |
ост. |
6 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,62 |
4,0 |
13 |
0,651 |
98,9 |
0,12 |
0,01 |
0,03 |
0,05 |
ост. |
6 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,64 |
5,0 |
14 |
0,656 |
98,5 |
0,14 |
0,03 |
0,04 |
0,06 |
ост. |
6 |
3 |
Горизон. |
Контур НД |
0,66 |
6,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
0,651 |
98,6 |
0,11 |
0,02 |
0,04 |
0,08 |
ост. |
7 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,6 |
5,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
0,654 |
98,8 |
0,13 |
0 |
0,035 |
0,07 |
ост. |
7 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,65 |
5,4 |
17 |
0,660 |
98,9 |
0,14 |
0,015 |
0,044 |
0,065 |
ост. |
8 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,65 |
5,4 |
18 |
0,655 |
98,6 |
0,13 |
0,025 |
0,035 |
0,07 |
ост. |
8 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,61 |
6,5 |
19 |
0,656 |
98,8 |
0,12 |
0,01 |
0,044 |
0,065 |
ост. |
9 |
1 |
Вертик. |
Контур НД |
0,63 |
6,0 |
20 |
0,651 |
98,5 |
0,13 |
0,02 |
0,01 |
0,08 |
ост. |
9 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,61 |
6,5 |
21 |
0,660 |
99,0 |
0,11 |
0,01 |
0,04 |
0,06 |
ост. |
10 |
1 |
Горизон. |
Контур НД |
0,62 |
5,0 |
22 |
0,656 |
98,6 |
0,14 |
0,03 |
0,04 |
0,08 |
ост. |
10 |
2 |
Вертик. |
Контур НД |
0,64 |
5,4 |
39
Таблица П.2
Некоторые показатели мощных отечественных и зарубежных энергетических ГТУ (частота вращения 50 с-1, температура воздуха на входе 15 °С, давление 101,3 кПа)
|
|
Электрическая |
Электриче- |
Температура |
Расход воз- |
||
Номер |
Изготовитель и тип |
мощность |
ский КПД |
уходящих |
духа через |
||
задания |
ГТУ |
N |
ГТУ, МВт |
ГТУ ηГТУ |
, % |
газов, θd ,°С |
компрессор |
|
|
|
э |
э |
|
|
Gв , кг/с |
1 |
"Сатурн", ГГЭ-110 |
|
110,0 |
36,0 |
|
517 |
357,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
ЛМЗ, ГГЭ-160 |
|
161,0 |
34,5 |
|
538 |
514,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
ABB, GT13E2 |
|
165,1 |
35,7 |
|
524 |
532,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
ЛМЗ – «Авиадвига- |
|
178,0 |
36,3 |
|
547 |
525,0 |
тель», ГТЭ-180 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Siemens, V64.3A |
|
70,0 |
36,5 |
|
571 |
190,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
GE, MS6001FA |
|
70,1 |
34,2 |
|
597 |
198,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
АББ, GT13E2 |
|
165,1 |
35,7 |
|
524 |
532,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
GE, MS9001E |
|
123,4 |
33,8 |
|
530 |
404,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
GE, MS9002EC |
|
169,2 |
34,9 |
|
558 |
499,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Сименс, V94.3 |
|
222,0 |
36,2 |
|
550 |
624,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|