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

Dк 0,181 Dp 0,181 396,63 72,10 кг / с .

Из выражения (2.3) определим расход пара на П2:

D		h8	h7	D			445,2 137,77	324,324 40,207 кг / c .
п2		h5	h7		c	2617,6 137,77
Расход пара в конденсатор турбины (рис.13)
	Dчнд D				D		324,324 40,207 284,11 кг / с .
		к		c	п2

Расход питательной воды на входе в парогенератор для идеальной схемы равен выходу пара из парогенератора (см.

рис. 2.1):

Dпв D 500 кг / с .

Проверим правильность выполнения расчетов Dпв по балансу для схемы регенерации:

D'	DЧНД D				D D		D
пв		к	п2		к	п1	пп
284,11 40,20 72,10 55,29 48,07 499,79 кг / с.
Погрешность расчёта
		D	D'			500 499,792
		пв	пв	100					100	0,0416 % .
		Dпв					500

Точность расчёта достаточно высока.

Определим энтальпию питательной воды, как энтальпию после точки смешения двух потоков конденсата (см. рис. 2.1):

Dпв hпв (DЧНДк Dп2 Dк Dп1) h9 Dп hк' ;

	(DЧНД D		D	D	) h	D	h'
h	к	п2	к	п1	9	пп	к
пв				Dпв

451,92 729,8 48,07 1267,4 781,48 кДж / кг. 500

Расход пара через ЧВД турбины

DЧВД D Dпп 500 48,07 кг / с .

Определим термический КПД цикла, используя принципиальную тепловую схему АЭС, представленную на рис. 2.1.

31

	W		DЧВД (h h	) D	(h	4	h ) DЧВД (h	4	h	)
	o		1 2	п2			5		6
t	Qэ			Dпв (h1 hпв )

420796,87 0,4229. 994957

Работа, совершаемая паром в идеальном цикле,

Wo DЧВД (h1 h2 ) Dп2 (h4 h5 ) DЧВД (h4 h6 )420796,8 кВт.

Количество теплоты, идущей на выработку электроэнергии в машинный зал АЭС,

Qэ Dпв (h1 hпв ) 994957 кВт .

Расход пара, поступающего из парогенератора в машинный зал, D=500 кг/с.

Расход пара, поступающего в ЧВД турбины, DЧВД=451,92 кг/с.

Расход пара, поступающего в смешивающий подогреватель П1, Dп1=55,29 кг/с.

Расход пара, идущего из ЧВД и поступающего в сепаратор, Dр=396,63 кг/с.

Расход дренажа, идущего из сепаратора в подогреватель П1, Dк=72,10 кг/с.

Расход пара, поступающего в пароперегреватель СПП,

Dпп=48,07 кг/с.

Расход пара, поступающего в ЧНД турбины из сепаратора, DЧНД=Dс=324,324 кг/с.

Расход пара, идущего в подогреватель П2, Dп2=40,207 кг/с.

Расход пара, поступающего в конденсатор турбины, Dк=284,11 кг/с.

Задача 2.2

Парогенератор АЭС вырабатывает D кг/с сухого насыщенного пара (х0=1). В тепловой схеме АЭС за ЧВД турбины установлены сепаратор и паро-паровой перегреватель. Регенеративная схема турбоустановки имеет два смешивающих подогревателя. Принципиальная тепловая схема представлена на рис. 2.1.

32

Внутренний относительный КПД ЧВД турбины ЧВДoi 0,8, внутренний относительный КПД ЧНД турбины ЧНДoi 0,8 . Меха-

нический КПД ηм=0,98, КПД генератора ηг=0,99. Степень сухости пара, поступающего из сепаратора в ЧНД турбины, хс = 1,0. Разделительное давление Рр = 0,12∙Р0. Давление в конденсаторе Рк = 5 кПа. Недогрев пара после ЧВД в паро-паровом перегрева-

теле ∆tпл = 20 К.

Определить электрическую мощность турбины Wэ и электрический КПД ηэ. Оптимальное давление пара, поступающего в подогреватель П2, принять равным Р2 опт = 0,15∙Рр.

Недостающие данные взять из табл. 2.1.

33

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КПД ПГУ УТИЛИЗАЦИОННОГО ТИПА

Задача 3.1

Котёл - утилизатор ПГУ вырабатывает пар двух давлений: высокого – Рв и низкого – Рн, который направляется в паровую турбину (см. рис. 3.1).

Принять давление пара, идущего на подогреватель ПНД, оптимальным (Р2опт), считая, что температура питательной воды для паротурбинной установки ПГУ соответствует температуре насыщения при начальном давлении в цикле Рв, т.е.

tпв tнас f(Рв ) .

Принять давление в конденсаторе Рк = 5 кПа. Давление пара

вконтуре высокого давления Рв выбрать из табл. 3.1. Давление пара в контуре низкого давления Рн=0,1 Рв; tн=250 0С. Относительная величина расхода пара высокого давления

αв=Dв/Dв=1,0. Относительная величина расхода пара низкого давления αн=Dн/Dв=0,3.

Определить термический КПД паротурбинного цикла ПГУ. Определить относительные расходы пара в конденсатор αк и

вПНД αпнд.

Остальные данные принять из табл. 3.1.

Таблица 3.1. Исходные данные к задаче 3.1

	Еди-			Исходные данные с учетом
Величина	ницы					варианта
	изме-	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	рения
Давление пара в
контуре высоко-	МПа	4	5	6	7	8	9	4	5	6	7
го давления
Температура
пара в контуре	0С	350	400	450	500	550	500	450	500	450	400
высокого давле-
ния

Методические указания

Поскольку в точку смешения поступает пар низкого давления в количестве αн и пар после ЧВД турбины в количестве αв=1,0,

то в ЧНД турбины идёт пар в количестве αчнд=αв+αн, а в конденсатор – в количестве αк=αчнд-αпнд=αв+αн-αпнд.

34

Решая задачу, следует сначала построить процесс расширения пара в турбине в h, s - диаграмме, найти параметры пара, конденсата, расход пара на ПНД – αпнд и расход пара в конденсатор αк, а затем определить термический КПД цикла ηt.

Решение

Из табл. 3.1 выбираем данные для расчёта с учётом условия задачи:

Рв=10 МПа; tв=450 0С; αв=1,0;

Рн=0,1∙Рв=0,1·10=1,0 МПа; tн=250 0С; αн=0,3; tк=tнас=f(Рк)=32 0С;

Рк=5 кПа; tпвпред=tнас=f(Р=1,0 МПа)=179,88 0С; Р2опт=f(tпвопт).

На принципиальную тепловую схему (рис. 3.1) наносим основные точки, в которых необходимо определить параметры рабочего вещества. Строим процесс расширения пара в турбине в h, s - диаграмме (рис. 3.2) и на процессе отмечаем расчётные точки.

В

~

Воздух

PВ,tВ,αв=1					~
1	ЦВД	СМ		ЦНД
	2			4	6
					αк= αсм-αпнд=
ПНВД
	αсм= αв+ αн		3		=αв+αн-αп
	PН,tН,αн
					7
					h7=hвк=h’=f(Рк)
ПННД			αпнд
	h8=h’пнд ПНД
αпв= αв+ αн		8

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема ПГУ

35

							1	h1
h,	кДж								h3
								3
	кг
					1		4	h	4
				=			h2
				х
			К		Рв		2	hпнд=h5
							5
									hк=h6
		=0
					Рн		6
		х
						т)
					оп
					Р2(
					Рк
	h’к	9
	h8=h’пнд
	8
	7	h’=h7
									кДж
									S, кгК
Рис. 3.2 Процесс расширения пара в турбине в h, s - диаграмме

Определяем параметры рабочего тела в различных точках в соответствии с h, s - диаграммой.

Точка 1

h1 f(P1 10 МПа, t1 450 0С) 3239 кДж / кг ;

S1 (P1 10 МПа, t1 450 0С) 6,416 кДж / (кг К) .

Точка 2

Определяем, какой области h, s - диаграммы соответствует состояние пара за ЧВД турбины при адиабатном расширении его до h2:

h2 f(P2 Pн 1,0 МПа, S2 S1 6,416 кДж / (кг К)) .

В соответствии с таблицами теплофизических свойств воды и водяного пара точка 2 находится в области влажного пара, тогда

h2			s s'
	h		s"	s'	(h h )
		'	1		" '
						P2 1,0МПа

762,7 6,416 2,138 (2778 762,7) 2700,9 кДж / кг; 6,587 2,138

	s s'			6,416 2,138
х2	1				0,9615 .
	"	'		6,587 2,138
	s	s

36

Точка 3

Рн=1,0 МПа, tн=250 0С;

h3 f(Pн 1,0 МПа, tн 250 0С) 2940 кДж / кг .

Точка 4

Энтальпию пара в точке 4 определяем из уравнения теплового баланса для смесителя потоков пара после ЧВД (αв=1,0) и пара низкого давления (αн=0,3) (рис. 3.3).

αв=1				αсм= αв+αн=1,3
h2=2700,4	кДж			αн=0,3			h4
	кг
				h3=2940,0			кДж
							кг

Рис. 3.3. Балансовая схема в точке смешения потоков пара после ЧВД турбины и пара низкого давления

в h2 нh3 см h4 ;

h		в h2 н h3		1 2700,4	0,3 2940	2755,69 кДж / кг.
	4
		см	1,0		0,3

Пар в точке 4 находится в области влажного пара. Определяем для точки 4 степень сухости пара:

h h' x (h" h' )					;
	4			P4 Р3 Р2 1,0 МПа
	h4	h'		2755,69 762,7
х					0,9889 .
	"	'		2778,0 762,7
	h	h

Энтальпия в точке 4 будет найдена по выражению

S4	S' x (S" S' )
		Р4	1,0МПа

2,138 0,9889 (6,587 2,138) 6,537 кДж / (кг К).

Таким образом, имеем в точке 4 следующие параметры:

Р4=1,0 МПа; h4=2755,69 кДж/кг; S4=6,5376 кДж/(кг·К); х4=0,9889.

37

Точка 5

В точке 5 осуществляется отбор пара из ЧНД турбины в один смешивающий ПНД (рис. 3.4). Причём давление пара, который отбирается в ПНД, должно быть оптимальным. Рассмотрим схему ПНД и температурный график для термического КПД цикла с регенерацией (рис. 3.5) при одном подогревателе:

регt f(tпв ) .

P5 h5	7	Pk,tk,hка=h6

Pk,tk,hвк=h’=f(Рк)

8

ПНД hпв=h8=h’=f(P5)

Рис. 3.4. Балансовая схема ПНД

регt

			n=1
					tВоды,	h
tk=32,88оС		tпвопт				кДж
		tпвmax=179,88оС hпвmax=762,7
hвк=137,83 кДж						кг
	кг

Рис. 3.5. Температурный график для смешивающего подогревателя

Максимальной температуры питательной воды можно достичь, если в ПНД подавать пар с давлением Рн=Р2=Р3=Р4=1,0

МПа. В этом случае tmaxпв будет максимальной, но выигрыша от регенерации не будет. Чтобы достичь ( регt )max , необходимо иметь

tопт	tmax t	к		179,88 32,88	106,38	0С ,
	пв
пв	2			2

тогда

Ропт5 f(tпвопт 106,38 0С) 0,1269 МПа 0,13 МПа .

38

Это же давление может быть определено и через энтальпию питательной воды:

hопт	hmax h			762,7 137,83	450,26 кДж / кг ;
	пв	вк
пв		2		2

Ропт5 (hпвопт h' 450,26) 0,13 МПа .

Принимаем давление пара в отборе турбины к смешивающему подогревателю равным Р5=Р5опт=0,13 МПа. Определим энтальпию h5 в отборе к ПНД:

h5 f(P5 0,13 МПа, S5 S4 6,5376 кДж / (кг К) .

Точка 5 находится в области влажного пара, значит,

'

S4

S'

"

'

h5

h

(h

h )

S

"

S

'

P 0,13 МПа

449,2 6,5376 1,3866 (2687 449,2) 2408,1 кДж / кг. 7,271 1,3866

Точка 8

Энтальпия питательной воды за смешивающим ПНД в соответствии со схемой рис. 3.1 и процессом в h, s - диаграмме определяется как энтальпия в точке 8.

h8 hПНД' h' f(P5 0,13 МПа) 449,2 кДж / кг .

Точка 6

Энтальпия пара в конце процесса расширения в турбине определяется как энтальпия влажного пара:

'

S4

S'

"

'

h6

h

(h h )

S"

S'

Рк 5кПа

137,83

6,5376 0,4761

(2561 137,83) 1993,1кДж / кг;

8,393 0,4761

х6

S4

S'

6,5376 0,4761

0,7656 .

S

"

'

8,393 0,4761

S

39

Точка 7

Энтальпия конденсата на выходе из конденсатора

h7 h' f(Pк 5кПа) 137,83 кДж / кг .

В соответствии с рис. 3.6 рассмотрим схему потоков пара и воды к ПНД и определим расход пара на ПНД.

			αпнд				кДж
				h5=2408,1
							кг
αпв= αв+ αн=1,3						αк= αв+ αн-αпнд =1,3-αпнд
		ПНД
	кДж					h7=137,83		кДж
hпв=h8=449,2	кг							кг

Рис. 3.6. Балансовая схема смешивающего ПНД

пв hпв пнд h5 к h7 ;

1,3 hпв пнд h5 1,3 h7 пнд h7 ;

			1,3 (hпв				h7 ) пнд (h5 h7 ) ;
			1,3	hпв	h7		1,3	449,2 137,83		0,1783 .
		пнд		h5	h7			2408,1 137,83

В соответствии со схемой, представленной на рис. 3.1, имеем следующие относительные расходы пара:

1) относительный расход пара на ПНД:

ПНД 0,1783 ; 2) относительный расход пара в конденсатор турбины:

к см ПНД 1,121; 3) относительный расход питательной воды в котёл - утили-

затор:

пв 1,3 .

Термический КПД цикла в соответствии с принципиальной тепловой схемой и процессом расширения пара в h, s - диаграмме

t		W0		в (h1 h2 ) см (h4 h5 ) к (h5	h6 )	0,4228.
		Qподв		в (h1 h8 ) 4 (h3 h8 )
				40