75 группа 2 вариант / ТЭС и АЭС / Часть 2 / Сборник задач Орлов, Зорин-А5-2 см 12.02.15

Тепловые и атомные электрические станции

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Иваново 2015

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»

Г.Г. Орлов, М.Ю. Зорин

Тепловые и атомные электрические станции

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Иваново 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебно-методическое пособие «Тепловые и атомные электрические станции» предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих одноименную общеинженерную дисциплину и адаптировано под учебный план подготовки бакалавров по профилю «Тепловые электрические станции» направления подготовки «Теплоэнергетика и теплотехника». В то же время учебно-методическое пособие может быть полезно студентам других факультетов, которые изучают смежные курсы.

Впервых двух разделах пособия приведены задачи по определению термического и внутреннего абсолютного КПД тепловых и атомных электрических станций.

Втретьем разделе рассмотрены задачи по расчету показателей экономичности работы утилизационных парогазовых установок. В настоящее время применение утилизационных ПГУ является перспективным направлением развития отечественной энергетики. Парогазовые блоки устанавливаются на многих тепловых электрических станциях России.

Четвертый раздел учебно-методического пособия посвящен методам расчета диаграмм режимов работы турбоустановок с одним регулируемым отбором пара.

Впятом разделе приведены задачи по расчету теплофикационных электрических станций с отпуском пара промышленным потребителям через редукционно-охладительную установку.

Вшестом разделе рассмотрены задачи по определению влияния начальной температуры пара на удельный расход теплоты

всхемах с промежуточным перегревом пара во вторичном пароперегревателе прямоточного котла.

Седьмой раздел учебно-методического пособия посвящен расчету циркуляционного водоснабжения на ТЭС.

Вкаждом разделе пособия приводятся методические указания по расчету задач.

Авторы надеются, что это учебно-методическое пособие позволит будущим специалистам в области теплоэнергетики более широко освоить дисциплину «Тепловые и атомные электрические станции».

канд. техн. наук, доцент М.Ю. Зорин

3

ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫДАЧИ ЗАДАНИЯ, ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ И КОНТРОЛЬ

Задание выдаётся преподавателем, ведущим семинарские занятия. Каждое задание имеет небольшой теоретический материал, который позволяет акцентировать внимание студентов на методическом подходе к решению предлагаемых задач. В случаях, когда исходных данных недостаточно, можно предложить студенту выбрать их по литературным источникам (учебники, пособия). Преподаватель при необходимости помогает студенту, указывая дополнительные источники: справочники, журнальные статьи, руководящие технические материалы и т.п.

Решения должны быть подробными, с пояснением проводимых действий, принимаемых обозначений, со ссылками на источники принятых недостающих исходных данных и заимствованных расчётных формул. Вначале приводятся выражения в символических обозначениях, проводятся необходимые преобразования, получается конечное выражение, в которое подставляются величины, и затем указывается результат. Полученные результаты анализируются, делаются выводы, строятся графики. Целесообразно графики выполнять на миллиметровой бумаге. Если подобные задачи решались ранее и имеются публикации, то полученные результаты следует сопоставить. Все расчёты нужно выполнять с использованием компьютерной техники.

Контролируя качество приводимых расчётов, преподаватель оценивает оригинальность решения задач, самостоятельность студента, степень усвоенности изученного теоретического материала.

Предлагаемые задачи могут использоваться преподавателем для проведения текущих и промежуточных контролей знаний студентов, а также возможно их применение на экзаменах.

4

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО И ВНУТРЕННЕГО АБСОЛЮТНОГО КПД ТЭС С «ХОЛОДНЫМИ» ОТСЕКАМИ. НАДСТРОЙКА В ТЕПЛОВЫХ СХЕМАХ ТЭС

Задача 1.1

Определить термический КПД паротурбинного цикла с двукратном газовым промежуточным перегревом, четырьмя регенеративными подогревателями и двумя «холодными» отсеками. Схема такой установки изображена на рис. 1.1. Работой насосов пренебречь. Исходные данные приведены в табл. 1.1. Конечное давление Рк=5 кПа, давления РппI = 0,3∙Р0 и РппII = 0,08∙Р0.

Таблица 1.1. Исходные данные к задаче 1.1

Величи-	Едини-			Исходные данные с учетом
	цы					варианта
на	изме-
		0	1	2	3	4		5	6	7	8	9
	рения
Началь-
ное	МПа	30	25	20	30	25		20	30	25	20	30
давле-
ние Р0
Началь-
ная тем-	0С		650				600				550
пература
t0=tппI=tппII
	ро, tо

ЦВД	рппI
	ХОI
	~
П1	П2

ЦСД	ЦНД	~
	рппII
		рк
	ХОII
	~

П3 П4

Рис. 1.1. Схема к задаче 1.1

5

Методические указания

Температуры за подогревателями П2 и П4 принимаются оптимальными исходя из равного прироста (энтальпии, энтропии) конденсата. После этого определяются давления в подогревателях П2 и П4. Далее строится процесс в h, s - диаграмме.

Из табл. 1.1 выбираем исходные данные и наносим на схему рис. 1.2 требуемые условные обозначения.

ро, tо

tппII

1

рппI, tппI

tхппII

tхппI

~

ЦВД

ЦСД

ЦНД

ХОI

ХОII

αк, рк

α3

hхппI

α1

~

hхппII

~

К

α2

α4 рп4

П1

П2

П3

П4

hвк

hп

1

h

п

2

hп3

hп4

Рис. 1.2. Схема ТЭС к задаче 1.1

Для решения задачи из табл. 1.1 выбираем следующие исходные данные:

Р0 = 25 МПа; t0=tппI=tппII=600 0C; Рк=5 кПа;

РппI=0,3·Р0=7,5 МПа;

РппII=0,08·Р0=2,0 МПа.

Решение

Определим параметры рабочего вещества, для характерных точек термодинамического цикла Ренкина. Укажем эти точки в h, s - диаграмме (рис. 1.3).

Параметры острого пара:

h0 f(Р0 25 МПа, t0 600 0С), h0 = 3491,2 кДж/кг;

S0 (Р0 25 МПа, t0 600 0С) , S0=6,3616 кДж/(кг∙К).

6

h,	кДж
	кг
			ро		рппI		рппII
					hгппI
			ho				hгппII
						p2
							p4
		Х=1	hхппI=h1		hгппII=h3			Рк
								Х=1
									кДж
		ро	h2		h4		hk
								h’’=f(рк)=2561 кг
				p4
		рппI
			рппII
	К
	Х=0		Рк
	hп1
	hп2
	hп3
	hп4	кДж
	hвк=h’=f(рк)=137.77 кг
		кДж				кДж
	S’=f(рk)=0.4761	кгК	S’’=f(рk)=8.393			кгК		S,	кДж
									кгК
Рис. 1.3. Цикл паротурбинной установки с «холодными» отсеками
		в h, s - диаграмме

Параметры первого промежуточного перегрева пара: hхппI f(РппI 0,3 Р0 7,5 МПа; S0 6,3616 кДж / (кг К)); hхппI 3122,7 кДж / кг ;

hгппI (РппI 7,5 МПа; tппI t0 600 0C) ; hгппI 3644,9 кДж / кг ;

S	(Р	7,5 МПа; t	ппI	600 0C) ;
гппI	ппI
SгппI	7,0546 кДж / (кг К) .

Параметры второго промежуточного перегрева пара:

hхппII f(РппII 0,08 Р0 2,0 МПа; SгппI 7,0546 кДж / (кг К)); hхппII 3195,4 кДж / кг ;

hгппII (РппII 2,0 МПа; tппII t0 600 0C) ; hгппII 3689,5 кДж / кг ;

SгппII (РппII 2,0 МПа; tппII 600 0C) ;

SгппII 7,7024 кДж / (кг К) .

7

Энтальпия пара в конце процесса расширения на выходе его из турбины при давлении Рк=5 кПа=0,005 МПа

		'		S			S'		"
				гппII
hk	h							(h		h')
				S	"	S'
										Рк 5 кПа

137,77 7,7024 0,4761 (2561 137,77) 2349,2 кДж / кг. 8,393 0,4761

В регенеративной схеме установки применены смешивающие подогреватели. Температура воды на выходе из подогревателя будет всегда равна температуре насыщения при давлении греющего пара, поступающего в подогреватель. Энтальпия воды на выходе из смешивающего подогревателя равна энтальпии насыщения (h’) при давлении греющего пара. Температурный график для смешивающего подогревателя приведен на рис. 1.4.

t

tнас=f(pгреющ. пара)

tв2

tв1

Lпод

Рис.1.4. Температурный график для смешивающего подогревателя: Lпод – длина смешивающего подогревателя, или его условная поверх-

ность; tв1; tв2 – температуры воды на входе и выходе подогревателя

В соответствии с процессом в h, s - диаграмме (рис. 1.3) и температурным графиком (рис. 1.4) определим энтальпии воды за подогревателями и конденсатором:

hвк h' f(Pk 5 кПа) 137,77 кДж / кг ; hпз h' (РппII 2 МПа) 908,6 кДж / кг ;

hп1 h' (РппI 7,5 МПа) 1293,0 кДж / кг .

8

Определим оптимальное давление пара в подогревателе П4 по равенству прироста энтальпии в подогревателях П3,П4:

h		hпз hвк			908,6 137,77		385,4 кДж / кг ;
под.3,4	2					2
hп4 hвк hпод.3,4				137,77 385,4 523,2 кДж / кг .
РП4 определим по энтальпии насыщения:
		Р	f(h			h' ) 0,23 МПа ;
		п4			п4
	h4 (Рп4 0,23 МПа; S4						SгппI ) ;
S4 SгппI	7,0546 кДж / (кг К) h4						2736,3 кДж / кг .

Определим оптимальное давление пара в подогревателе П2 по равенству прироста энтальпии в подогревателях П1 и П2.

Прирост энтальпии в подогревателях П1, П2 составит

h			hп1 hп3		1293,0 908,6	192,2 кДж / кг .
под.1,2		2		2
Откуда
hп2	hп3 hпод.1,2			908,6 192,2 1100,8 кДж / кг .

Рп2 определим по энтальпии насыщения:

Рп2 (hп2 h' ) 4,2 МПа ;

S2 S0 6,3616 кДж / (кг К) h2 2978,2 кДж / кг .

Доли расходов пара, идущего в подогреватели смешивающего типа, найдём, используя ранее полученные значения энтальпий и уравнения тепловых балансов для подогревателей (см.

рис. 1.5 – 1.8).

Доля отбора пара α1, идущего в подогреватель П1, составит

(рис. 1.5):

1 hп1 1 hxппI (1 1) hп2 ;

1 (hп1 hп2 ) 1 (hхппI hп2 ) ,

следовательно,

		hп1	hп2		1293,0 1100,8	0,0951.
1		hхппI	hп2		3122,7 100,8

9

	α1		hхппI
hп1					(1-α1)
		П1
					hп2
αпв=α0=1

Рис. 1.5. Балансовая схема подогревателя П1

Доля отбора пара 2 , идущего в подогреватель П2, в соответствии со схемой расчёта (рис 1.6) составит:

2

h2

1 1 2

hп3 (1 1) hп2 ;

2 h2 hп3 (1 1) (hп2 hп3 ) ,

следовательно,

hп2

hп3

(1 )

1100,8 908,6

(1 0,0951) 0,0840.

2

h2

hп3

1

2978,2

908,6

α2

h2

hп2

hп3

П2

1-α1

(1-α1)-α2

Рис. 1.6. Балансовая схема подогревателя П2

В соответствии со схемой расчёта для П3 (рис. 1.7) доля отбора пара 3 , идущего в этот подогреватель, будет равна

3 hxппII (1 1 2 ) 3 hп4 (1 1 2 ) hп3 ;

3 (hxппII hп3 ) (1 1 2 ) (hп3 hп4 ) ,

следовательно,

			hп 3 hп 4	(1		)
	3				2
			hxппII hп 3	1

908,6 523,2 (1 0,095 0,084) 0,138. 3195,4 908,6

10