Учебное пособие 2168

Определяем значения коэффициентов полезного действия по выработке электрической ηТЭЦЭ и тепловой ηТЭЦТ энергии на номинальном режиме работы

по формулам

Находим значение коэффициента использования тепла топлива по фор-

муле

Раздельная выработка.

При обозначении расходов пара и топлива при раздельном производстве электричества и тепла, используем нижний индекс «Р» (что означает «раздель-

но»).

Определяем долю отбора пара на регенерацию α по формуле

Находим значение внутренней работы 1 кг пара с учетом потерь на трение по формуле

hiр = (i1 − i4 ) + (i4 − i6 )(1−α ) =

=(3339,44 − 2882,28) + (2882,28 − 2176,4)(1−0,22386) =1005,02 кДж/кг . (4.17)

Определяем удельный расход пара для выработки электроэнергии при

50

Определяем полный расход пара DВРН , по формуле (4.2):

DВРН = dЭРН NН = 0,0012152 12730 =15,469 кг/с.

Вычисляем расход условного топлива на выработку электроэнергии BЭРН по формуле

Расход условного топлива на выработку пара в котельной определяем по формуле (4.12):

Электрический коэффициент полезного действия конденсационной электрической станции определяем по формуле (4.13):

Общий расход топлива определяем по формуле

Определяем коэффициент использования тепла топлива при раздельном производстве энергии по формуле (4.15):

51

Экономия топлива в комбинированной установке по сравнению с раздельной установкой составит

4.5. Расчет характеристик конденсационной турбины и построение диаграммы режимов работы

Исходные данные для расчета следующие: расход пара на номинальном режиме без отбора DВН =15,128 кг/с=54,461 т/ч; расход пара на номинальном

режиме с отбором DВОН =68,170 т/ч; удельный расход пара на турбину при номинальном режиме без отбора, при работе в конденсационном режиме dЭ =4,2782 кг/(кВт·ч); коэффициент β=0,5077; расход конденсата, выходящего из конденсатора при номинальном режиме DКН =44,77 т/ч; номинальная мощность турбины NН = 12,73 МВт; номинальный расход пара в отборе турбины DотбН =7,5

кг/с=27т/ч.

Расход пара на холостой ход Dx при номинальной нагрузке определяем по формуле

где х – коэффициент холостого хода турбины, принимаемый 0,08. Электрическую мощность холостого хода определяем по формуле

Электрическую мощность первой ступени при расходе пара на турбину DВН определяем по формуле:

52

Мощность пикового режима определяем по формуле

=14444,57кВт=14,44МВт. (4.25)

Параметры точек, необходимых для построения, представлены в табл. 4.9.

Таблица 4.9

Параметры точек диаграммы работы турбины

Рекомендуется следующий порядок построения диаграммы режимов турбины[5]. Наносим точку 0' с координатами Nх, DВ=0. Наносим точку 1 с коор-

динатами N=0, Dx и точку 2 с координатами NН, DВН . Соединив прямой линией

точки 1 и 2 получаем линию расходов пара при различных мощностях в режиме без отбора (Dотб=0). Затем наносят точку 4, имеющую координаты NН,

DВОН ( DВОН -расход пара, определяемый по формуле (4.4)). При работе в режиме, характеризуемом точкой 4, в конденсатор поступает количество пара меньшее DВН , следовательно, первая ступень турбины и конденсатор недогружены. Находим точку 3, имеющую координаты NН, DВ=0. Строим точку 5 с координатами N5, DВОН . Точка 5 характеризует такой режим работы турбины, при котором

53

все количество пара DВОН , пройдя первую ступень, поступит в отбор. Проецируя точку 5 на ось абсцисс, получим точку 10. Точка 11 имеет координаты N11, DВОН . Соединяя точки 5,4,11, получим линию, отражающую все возможные режимы работы при расходе пара DВОН . Точка 11 характеризует тот режим работы турби-

ны, при котором во вторую ступень и конденсатор будет поступать то максимальное количество пара, на которое они рассчитаны. Точки 11 и 2 принадле-

жат к режимам DВН , соединяя их, получаем линию, для которой DВН =const, т.е. каждая точка линии принадлежит режимам с различными DВ и N, но с одним и тем же значением расхода пара, идущего в конденсатор DК и равным DВН . Со-

единяя точки 5 и 0', получим линию, каждая точка которой характеризует режимы с различными значениями DВ и N, но при условии поступления всего количества пара в отбор, т.е. DК=0.

На пересечении линии 5-0' находим точку 6, которая характеризует расход холостого хода турбины при работе только первой ступени. На пересечении продолжений линии 6-5 и 2-4 находим точку 9. Расход пара в точке 9 соо т- ветствует расходу пара такой турбины, у которой вся номинальная мо щностьтеплофикационная, т.е. которая при номинальном режиме вырабатывается паром, поступающим в отбор на тепловые нужды. На диаграмму наносим точку 8 следующим образом: на оси ординат откладываем значение номинального от-

бора пара DотбН , сносим полученную точку горизонтально на линию DК=0 и получаем тем самым искомую точку 8. Соединяем точки 8 и 4 прямой линией.

ки 8 позволяет определить номинальную теплофикационную мощность турби-

ны, т.е. такую мощность, которая вырабатывается в турбине номинальным отбором пара, идущим на тепловые нужды. Проецируя точку 8 на ось абсцисс, определяем положение точки 7, которая и дает номинальную теплофикацион-

ную мощность турбины NТН . Отрезок 7-3 определяет номинальную конденсационную мощность турбины NКН . На оси ординат откладываем значение расхода пара, поступающего в конденсатор при работе на номинальном режиме DКН (4.5), сносим полученную точку по горизонтали на линию Dотб = 0 и получаем точку 12. Строится точка 13, имеющая координаты NН, DКН . Соединяя прямой линией точки 4 и 12, получим линию DКН =const. Значение DКН определяет нагрузку второй ступени и конденсатора при номинальном режиме и всяком другом, характеризуемом точками, лежащими на линии DКН =const. При таких р е- жимах работы конденсатор и вторая ступень недогружены до расчетной пропускной способности DВН . Разность DВН - DКН называется конденсационным хвостом турбины и обозначается DК .х . На этом построение диаграммы заканчивается.

54

Построенная диаграмма позволяет определить для каждого режима распределение электрической мощности между первой и второй ступенью турбины. Сделаем это для номинального режима (точка 4). Для определения нагрузки первой ступени необходимо найти такой режим, при котором в турбину поступало бы то же количество пара, что и для точки 4, но во вторую ступень пар не поступал бы. Такой режим характеризуется точкой 5, следовательно, нагрузка первой ступени определяется отрезком 0-10, а второй ступени - 10-3.

Следует заметить, что режим работы турбины DК=0, условен и на практике недопустим. Вращение лопаток турбины в неподвижном паре вызывает вследствие трения перегрев. Через вторую ступень обязательно должен прохо-

дить пар в количестве 5-8% от DВН .

На рис. 4.5 представлена диаграмма режимов работы турбины, построенная по данным табл. 4.9.

Рис. 4.5. Диаграмма режимов работы конденсационной турбины с регулируемым отбором пара

По диаграмме определяем значения мощности в точке 7: NТН =2,27 МВт.

55

В табл. 4.10 представлены варианты для самостоятельного закрепления материала, изложенного в п. 4.3-4.5.

Таблица 4.10 Исходные данные для выполнения индивидуальных заданий

Контрольные вопросы

1.Что такое сопло?

2.Какие допущения принимают при выводе уравнения скорости исте-

чения?

3.От чего зависит значение расхода при истечении при известных начальных параметрах рабочего тела р1, υ1 и площади сопла?

4.Чему равно минимальное значение давления, которое может установиться в суживающихся соплах и по какой формуле его можно определить?

5.От чего зависит значение критического отношения давлений и по какой формуле его можно рассчитать?

6.Какое значение имеет критическое отношение давлений для перегретого водяного пара?

56

7.Какая скорость устанавливается при истечении через суживающие-

ся сопла?

8.От каких параметров зависит скорость звука в идеальных газах?

9.Что такое число Маха и в каком диапазоне оно может находиться при истечении через суживающиеся сопла?

10.Что такое сопло Лаваля и какие его конструктивные особенности?

11.Что такое скоростной коэффициент?

12.Что такое процесс дросселирования и где он используется?

13.Докажите, что при адиабатном дросселировании начальное и конечное значение энтальпии одинаково.

14.В чем разница дифференциального и индегрального дроссельэффекта и по каким выражениям их можно посчитать?

15.От чего зависит знак изменения температуры газа при адиабатном дросселировании?

16.Что такое эффект Джоуля-Томсона и температура инверсии?

17.Что такое влажный насыщенный, сухой насыщенный и перегретый пар и в чем их отличие?

18.Напишите выражения для энтальпии, энтропии, удельного объема влажного насыщенного пара.

19.По какой формуле можно рассчитать теплоту парообразования?

20.Нарисуйте принципиальную Т-S диаграмму паротурбинного цикла при отборе перегретого пара?

21.Что такое конденсационный режим работы турбины?

22.Что называют конденсационным хвостом турбины?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемое учебное пособие по термодинамическим основам комбинированной выработки энергии поможет студентам магистратуры, обучающимся по направлению 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», при изучении курса «Комбинированная выработка энергии». Приведенные примеры проиллюстрированы графическими изображениями процессов изменения состояния водяного пара, что делает возможным самостоятельное освоение материала, способствует закреплению теоретических знаний.

Представленный материал может быть полезен студентам любой специальности, изучающей свойства водяного пара, используемого в теплосиловых циклах, реализуемых в устройствах комбинированный выработки тепловой и электрической энергии. Для самостоятельного ознакомления с другими типами установок комбинированной выработки рекомендуется литература [1,3,6].

57

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Меняев, К. В. Тепловые электрические станции: учеб. пособие [Текст] / К. В. Меняев. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2014. – 121 с.

2.Турбины тепловых и атомных электрических станций: учебник для вузов [Текст] / Под ред. А.Г. Костюка, В.В. Фролова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 488 с.

3.Баженов, М. И. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые электростанции»: учеб. пособие для вузов [Текст] / М. И. Баженов, А. С. Богородский. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 128 с.

4.Курносов, А. Т. Техническая термодинамика: учеб. пособие [Текст] / А. Т. Курносов, Д. Н. Китаев. – Воронеж: Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т., 2007.

–110 с.

5.Китаев, Д. Н. Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных: метод. указания

квыполнению курсовой работы [Текст] / Д. Н. Китаев, Г. Н. Мартыненко. - Во-

ронеж, 2021. – 40 с.

6.Зысин, Л. В. Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учеб. пособие [Текст] / Л. В. Зысин. – СПб.: Изд.-во Политехн. ун-та, 2010. – 368 с.

7.Кириллин, В. А. Техническая термодинамика [Текст] / В. А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин. – М.: Энергия, 1968. – 472 с.

8.Термодинамические свойства азота [Текст] / В. В. Сычев и [др.]. - М.: Издательство стандартов, 1977. – 352 с.

9.Ривкин, С. Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник [Текст] / С. Л. Ривкин, А. А. Александров. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 80 с.

58

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

СВОЙСТВА СУХОГО НАСЫЩЕННОГО ПАРА (ПО ТЕМПЕРАТУРАМ)

Таблица П.1

59