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