новая папка 1 / 302207

1390

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра промышленной теплоэнергетики

ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ РЕЖИМОВ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ТУРБИНЫ С ОДНИМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОТБОРОМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовой работе

по дисциплине «Тепловые двигатели»

Составители: А.Г. Арзамасцев, В.Я. Губарев

Кадры для региона

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Липецк Липецкий государственный технический университет

2014

УДК 621.4(07) А809

Рецензент – доц. А.В. Севостьянов

Арзамасцев, А.Г.

А809 Построение диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором [Текст]: метод. указания к курсовой работе по дисциплине «Тепловые двигатели» / сост. В.Я. Губарев, А.Г. Арзамасцев. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 17 с.

В методических указаниях рассмотрены принципы построения диаграммы режимов для теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором. Даны пояснения по расчету уравнений основных линий диаграммы и их графическому построению.

Методические указания предназначены для студентов 3-го курса направления «Теплоэнергетика и теплотехника» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Тепловые двигатели».

Табл.1. Ил.2. Библиогр.: 4 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014

2

Методические указания предназначены для курсового проектирования по дисциплине «Тепловые двигатели».

Цель методических указаний – ознакомление студентов с методикой графического построения диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором.

Список использованных обозначений

D0 – количество свежего пара, поступившего в турбину, т/ч;

Dк – пропуск пара в конденсатор, т/ч;

Dотб – расход пара на теплофикационный отбор, т/ч;

N э – электрическая мощность турбины, МВт;

N эхх – мощность холостого хода, МВт;

H к – действительный располагаемый теплоперепад при расширении пара в турбине до давления в конденсаторе, кДж/кг;

H отб – действительный располагаемый теплоперепад при расширении пара

втурбине до давления в отборе, кДж/кг;

т – внутренний относительный кпд турбины;

.м – механический кпд турбоагрегата;

.г – электрический кпд генератора;

p0 – давление пара на входе в турбину, Па; pотб – давление пара, идущего в отбор, Па;

t0 – температура пара на входе в турбину, ºС;

h0 – энтальпия пара на входе в турбину, кДж/кг; hот б – энтальпия пара, идущего в отбор, кДж/кг;

hк – энтальпия пара на входе в конденсатор, кДж/кг.

3

Общие сведения

Для большинства крупных городов и промышленных центров основным источником энергии являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В комбинированном технологическом процессе на ТЭЦ, называемом теплофикацией, вырабатываются два вида энергии: электрическая и тепловая. При теплофикации теплота топлива, сожженного в паровых котлах, преобразуется с помощью теплофикационных турбин и электрических генераторов в электроэнергию, а тепло пара из теплофикационного отбора, с помощью пароводяных подогревателей, передается сетевой воде, которая используется для централизованного снабжения теплотой жилищнокоммунальных потребителей и промышленных предприятий.

Ключевым элементом теплофикационного цикла является паровая турбина с регулируемым теплофикационным отбором. Пар от котла по паропроводу, проходя через направляющие аппараты, поступает на криволинейные лопатки турбины, закрепленные на окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.

В лопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, а та, в свою очередь, в механическую работу вращения вала турбины.

Паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.

В зависимости от теплового процесса паровые турбины подразделяют на 3 основные группы:

1)конденсационные без регулируемых отборов пара;

2)теплофикационные с регулируемым отбором;

3)турбины специального назначения.

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. К теплофикационным паровым турбинам относятся:

4

1)турбины с противодавлением;

2)турбины с регулируемым отбором пара;

3)турбины с отбором и противодавлением.

Утурбин с противодавлением весь отработанный пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность,

развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с этой потребностью.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из одной или двух промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из о дной или двух промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Процесс эксплуатации паровой турбины неизбежно связан с изменениями ряда факторов, определяющих ее рабочий процесс. Некоторые из этих факторов, например, параметры свежего пара, вакуум в конденсаторе и число оборотов, обычно колеблются в относительно небольших пределах. Другие факторы, такие как: электрическая нагрузка и расход пара, могут принимать любые значения в границах, обусловленных холостым ходом и максимальной мощностью данной турбины.

Диаграмма режимов является основным инструментом, взаимно увязывающим основные количественные и качественные показатели работы турбины. Диаграмма режимов представляет собой графическую зависимость расхода свежего пара от электрической мощности турбины и для теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором диаграмма режимов позволяет связать между собой три величины: расход свежего пара на

5

турбину, вырабатываемую турбоагрегатом электрическую мощность и расход пара в теплофикационный отбор.

Диаграмма отражает три основных режима работы турбоагрегата:

1) конденсационный режим работы (когда пар в отбор не поступает) – при этом режиме выработка электроэнергии максимальна, а выработка тепловой энергии отсутствует;

2)теплофикационный режим работы (когда турбина пропускает в конденсатор минимально возможное количество пара, а практически весь свежий пар поступает в теплофикационный отбор) – при этом режиме выработка электричества минимальна, а тепловой энергии – максимальна;

3)конденсационно-теплофикационный (когда часть свежего пара поступает в отбор, а оставшийся пар пропускается в конденсатор) – промежуточный режим между первыми двумя вариантами, сопровождающийся выработкой как электро-, так и тепловой энергии.

Всвязи с наличием этих трех режимов всю турбину условно делят на предотборную (часть высокого давления) и послеотборную (часть низкого давления) части [1].

Количество пара в части высокого давления равно расходу свежего пара, поступающего в турбину, а в части низкого давления расход пара меньше поступившего в турбину на величину отбора (величина утечек пара пренебрежимо мала по сравнению с расходом свежего пара на турбину, поэтому ее не учитывают). Мощность, вырабатываемая турбиной, складывается из суммы мощностей, вырабатываемых до и после отбора.

Внутренний относительный кпд турбины не является постоянной величиной, а зависит от ряда факторов, основным из которых является расход пара на турбину и вырабатываемая мощность [2]. Однако учет влияния этих факторов для различных режимов работы турбины серьезно затруднен, поэтому

вдальнейших расчетах принято, что значение внутреннего относительного кпд турбины остается постоянной величиной, не зависящей от режимов работы.

6

Варианты заданий

Задания на построение диаграммы режимов включают 6 типов теплофикационных турбин, для каждой из которых предложены три варианта входных и выходных параметров пара. Тип турбины и параметры пара задаются преподавателем и фиксируются в журнале.

В табл. 1 приведены необходимые исходные данные для построения диаграммы режимов теплофикационной турбины.

Методика построения диаграммы режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором

На диаграмме режимов должны быть показаны следующие линии: линия конденсационного режима, линия противодавления, линии постоянного пропуска пара в конденсатор, линии постоянного отбора. В дальнейших расчетах и на диаграмме режимов единица измерения мощности – МВт, расхода пара – т/ч, располагаемого теплоперепада – кДж/кг.

Построение реального процесса расширения в турбине на h-s диаграмме воды и водяного пара с последующим нахождением энтальпий в ключевых точках (на входе пара в турбину, пара в отборе и на выходе пара из турбины в конденсатор) является обязательным предварительным шагом для получения уравнений основных линий диаграммы режимов.

После нахождения на h-s диаграмме ключевых точек, характеризующих происходящий в турбине тепловой процесс, приступают к получению уравнений и построению линий для разных режимов работы турбоагрегата. Так как внутренний относительный кпд турбины в расчетах является постоянной величиной, то все линии на диаграмме будут прямыми. Для построения прямой должны быть известны либо координаты двух ее точек, либо координаты одной точки и угловой коэффициент. В целом, для построения основных линий диаграммы режимов достаточно найти значения двух угловых коэффициентов: угловой коэффициент линии противодавления и угловой коэффициент линии конденсационного режима.

Совокупность построенных в Nэ-D0 координатах прямых для разных режимов работы турбины и будет являться диаграммой режимов.

Стоит отметить, что диаграмма режимов строится для определенных значений параметров пара на входе в турбину и выходе в конденсатор. Однако предложенная методика построения универсальна и позволяет построить диаграмму режимов при любых заданных параметрах пара для данной турбины.

8

1.Построение процесса расширения пара в турбине на h-s диаграмме

инахождение вырабатываемой электрической мощности

Процесс расширения пара в турбине без учета потерь тепла является адиабатным, то есть происходит при постоянном значении энтропии s const .

Действительный процесс расширения пара в турбине сопровождается потерями энергии (в соплах, рабочих лопатках, с выходной скоростью и т.д.). Эти потери учитываются введением внутреннего относительного кпд турбины т , равного отношению срабатываемого теплоперепада к располагаемому.

Для построения реального процесса расширения пара в турбине и нахождения ключевых точек необходимо с использованием h-s диаграммы

6)Построить прямую через точки «0» и «К», которая характеризует реальный процесс теплового расширения пара в турбине.

7)Найти точку «Т» на пересечении линии расширения пара в турбине и

линии p pотб const . Данная точка определяет параметры пара в отборе.

9

8) Вычислить располагаемый теплоперепад в турбине до выхода пара в отбор по формуле H отб h0 hотб , где находится на диаграмме как энтальпия в точке «Т».

На рис. 1 в h-s координатах схематически показан действительный процесс расширения пара в турбине с одним теплофикационным отбором.

вh-s координатах

Вобщем случае электрическая мощность вычисляется по формуле:

N э Dк H к Dотб H отб м г .

3600

При вычислении электрической мощности в дальнейших расчетах необходимо знать значения механического кпд (характеризует механические потери энергии) и кпд генератора (характеризует электрические потери в генераторе). В дальнейших расчетах значения этих кпд принимаем:

м г 0,97 .

10