Курсовая №2331 Рассчитать годовую экономию каменного угля при использовании теплоэнергетических установок с различными способами повышения экономичности процессов преобразования теплоты

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Электротехнический Факультет Кафедра Автоматика

Курсовая работа по дисциплине «Энергоснабжение»

Тема проекта: «Рассчитать годовую экономию каменного угля при использовании теплоэнергетических установок с различными способами повышения экономичности процессов преобразования теплоты».

Задание на выполнение курсовой работы

По дисциплине «ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ».

1. Тема работы: «Рассчитать годовую экономию каменного угля при использовании теплоэнергетических установок с различными способами повышения экономичности процессов преобразования теплоты».

 

2. Исходные данные для выполнения работы:

Теплоэнергетические установки, работающие по циклу Ренкина, установки с промежуточным перегревом пара, установки с применением регенеративного подогрева питательной воды с характеристиками, приведенными в таблице

W, МВт	P1, МПа	t1, 0С	P2, МПа	Pпп1, МПа	Pпп2, МПа	Pпп3, МПа	tпп1, ºC	tпп2, ºC	tпп3, ºC	Pрег1, МПа	Pрег2, МПа
800	20	540	0.005	20	19	18	530	520	490	2,5	0,5

 

3. Содержание курсовой работы (перечень вопросов, подлежащих разработке):

– введение (назначение и общие задачи теплоэнергетических систем, цели и задачи работы, основные определения);

– теоретическая часть (назначение и принципиальная схема ТЭС, пар как рабочее тело в системах энергоснабжения, цикл Ренкина, способы повышения экономичности процессов преобразования теплоты в электроэнергию, принципы и основные расчетные формулы);

– расчетная часть (удельные расходы пара, теплоты, топлива на единицу электроэнергии и суммарно в течение года, КПД установок, сравнительный анализ полученных результатов, выбор наиболее эффективного способа);

– выводы;

– литература.

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №2331, цена оригинала 500 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

Промышленные предприятия и относящийся к ним жилищно-коммунальный сектор потребляют значительное количество теплоты, как на технологические нужды, так и на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. В зависимости от технологической направленности предприятия, его места расположения, мощности, наличия или отсутствия централизованных теплоснабжающих предприятий и прочих факторов теплоэнергетическое хозяйство (система) предприятия может быть различной степени сложности. Однако в любом случае повышение надежности, безопасности и экономичности работы теплоэнергетических систем и оборудования является одной из важнейших хозяйственных задач. Надежность, безопасность и экономичность в значительной степени зависят от качества изготовления, монтажа, наладки, ремонта и культуры обслуживания, т.е. от качества изготовления и эксплуатации.

 

Теплоэнергетические системы, их компоненты и функции.

Теплоэнергетическое хозяйство современного промышленного предприятия представляет собой весьма разнообразный и сложный комплекс. Состав этого комплекса определяется в первую очередь технологическим назначением предприятия, а также его мощностью, местом расположения, взаимосвязями с энергосистемами и другими предприятиями, транспортными связями и другими факторами.

 

Основными компонентами систем являются:

— источники теплоты (промышленные и отопительные котельные, энергетические котлы, вторичные источники тепла и т.п.);

— тепломассообменное оборудование (теплообменники и тепломассообменные аппараты);

— тепломеханическое оборудование (насосы, вентиляторы, дымососы);

— тепловые сети (паропроводы, трубопроводы горячей и обратной воды);

— системы потребления теплоты;

— вспомогательное оборудование основных и вспомогательных систем.

Функциональное назначение основных составляющих теплоэнергетических систем:

— источники теплоты предназначены для выработки теплоты и передачи ее с теплоносителями (вода, пар и др.) либо напрямую к потребителям, либо в промежуточные системы;

— теплообменное оборудование предназначено для передачи тепла от одного теплоносителя к другому; массообменное – для реализации процессов массообмена между средами; — назначением тепломеханического оборудования является в основном прокачка теплоносителей через оборудование и системы трубопроводов;

— тепловые сети соединяют источники теплоты с потребителем;

— системы потребления теплоты включают в себя раздающие трубопроводы с арматурой и технологическим оборудованием, потребляющим теплоту;

— назначением вспомогательного оборудования является хранение и очистка сбросов и дренажей и тому подобные функции.

Основные эксплуатационные показатели.

При эксплуатации теплоэнергетических установок и систем должны быть обеспечены надежность и безопасность как систем в целом, так и оборудования, входящего в систему. Надежность – это свойство системы или агрегата сохранять во времени способность выполнять свои рабочие функции (вырабатывать тепловую и/или электрическую энергию; перекачивать теплоноситель и т.п.) по требуемому графику нагрузок при заданной системе технического обслуживания и ремонтов. Надежность — это сложное комплексное свойство, включающее в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность. Безотказность – это свойство агрегата (системы) непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение заданного времени (параметр — наработка на отказ).

Долговечность – это свойство сохранять работоспособность до разрушения или другого предельного состояния (например, до первого капитального ремонта). Основными показателями долговечности являются технический ресурс — суммарная наработка агрегата за период эксплуатации; и срок службы — календарная продолжительность эксплуатации агрегата до разрушения или другого предельного состояния.

Ремонтопригодность – это свойство, состоящее в приспособленности системы или агрегата к предупреждению отказов и обнаружению их причин путем контроля исправности, а также к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния посредством механического обслуживания и ремонта.

Безопасность не является составляющим свойством надежности, хотя в определенной степени зависит от нее. Безопасность должна обеспечиваться не только в нормальной эксплуатации, но и в аварийных ситуациях, связанных с отказом оборудования, ошибками персонала, стихийными явлениями и др.

Большинство теплоэнергетических установок потенциально опасны, по скольку используют в качестве теплоносителей воду и др. вещества при высокой температуре (до 500°С и выше) и высоком давлении (до 25 МПа и выше), что представляет опасность для обслуживающего персонала, окружающей среды и населения в случае непредвиденного разуплотнения. Опасность вышеназванных установок связана также с использованием пожароопасных веществ (масла, твердые, жидкие и газообразные топлива и т.д.), а также в связи с широким использованием в системах управления, сигнализации и защиты электричества электроопасного напряжения.

Основной задачей выполнения курсового проекта является самостоятельность, определение экономических показателей ТЭЦ. При выполнении работы над проектом студенты используют теоретические

сведения, справочные материалы, необходимые для решения поставленных перед ним вопросов, закрепляются и совершенствуются навыки решения основных задач.

 

Основные определения и понятия.

Энергетический ресурс – это запасы энергии, которые могут быть использованы для энергоснабжения. На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками энергии стали ископаемые топлива. Существуют три основных вида ископаемых энергоносителей: уголь, нефть и природный газ.

Энергоноситель – это ресурс, используемый на стадии потребления (переработан; преобразован)

Полезная энергия – это часть подведённой к потребителю энергии выполнившая полезную работу в процессе конечного преобразования.

Преобразование энергии – это преобразование или производство энергии без изменения или с изменением физического состояния форм энергии.

Энергетический баланс – система показателей, характеризующий процесс преобразования энергии или снабжения е потребителей.

 

Регенерация энергии – использование остаточной энергии после завершения цикла.

Энергоресурс – это физическая среда или тело, содержащие в явном или скрытом (связанном) виде тот или иной полезный вид первичной природной энергии или их совокупность, а под энергоносителем — энергоресурс, являющийся рабочим носителем электрической, тепловой или иной определенного вида энергии в технической системе. Так, энергоносителем является любой теплоноситель (газ, пар или жидкость, используемые для передачи тепловой энергии от более нагретой физической среды к менее нагретой), сжатый воздух, солнечное излучение, используемое в гелиоустановках, а энергоресурсом — газ, уголь, нефть, ветер, океанские приливы, подземное тепло и т.д. Нефть, уголь и природный газ являются основными энергоносителями, заменитель которым еще не найден. Все они являются продуктами Солнца, за миллионы лет накопившиеся на Земле. Энергоресурсы разделяются на возобновляемые и не возобновляемые. К возобновляемым энергоресурсам относят такие, которые природа не прерывно восстанавливает (вода, ветер, солнце). К не возобновляемым энергоресурсам относятся ранее накопленные в природе (уголь, нефть, газ). В настоящее время в основном используется энергия органических топлив запасы, которых составляют доли процента от всех энергоресурсов на земле. Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.

Высшая теплота сгорания топлива — называется количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 нормального газообразного топлива.

Энергия – способность тела или системы тел совершать работу. На практике в основном используют механическую, электрическую, электромагнитную, тепловую, химическую, атомную (внутриядерную) энергию. Закон сохранения энергии: энергия не может быть уничтожена или получена из ничего, она может лишь переходить из одного вида в другой.

Органические топлива.

Топливом называется любое вещество способное при горении (окислении) выделять теплоту. Практическая целесообразность топлива определена его количественными запасами затратами на добычу теплотворной способностью, возможностью длительного хранения и безвредностью продуктов сгорания для окружающей среды. Существуют естественные виды топлив и искусственны с другой стороны топлива можно разделить, на органические и не органические. Топлива бывают твердые жидкие и газообразные. В современной энергетики для получения электрической энергии на ТЭС в основном используется топливо органического происхождения. Основными веществами входящих в состав органического топлива являются углерод и водород, и их химические соединения с другими элементами называемые углеводородами.

К твёрдому относят уголь (каменный и бурый), торф, дрова, сланцы, отходы лесопильных заводов, отходы сельского хозяйства. Твёрдое топливо в основном используется на ТЭС.

К жидкому топливу относится нефть и продукты её переработки — бензин, керосин, мазут. Жидкое топливо получается также при переработки твёрдого топлива (термическая переработка без доступа О2). Жидкое топливо используется на транспорте, ТЭС, химической промышленности.

К газовому топливу относится природный газ, попутный нефтяной газ, отходы металлургического производства (коксовый и доменный газ) и при перевозки твёрдого топлива (генераторный газ). Газообразное топливо используется на ТЭС и в химической промышленности.

О качестве топлива судят по его теплоте сгорания. Для характеристики твердых и жидких видов топлива служит показатель удельной теплоты сгорания, который представляет собой количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДж/кг). Для газообразных видов топлива применяется показатель объемной теплоты сгорания, представляющий собой количество теплоты, выделяемое при сгорании единицы объема (кДж/м3). Кроме того, газообразное топливо в ряде случаев оценивают по количеству теплоты, выделяемой при полном сгорании одного моля газ (кДж/моль).

Теплоту сгорания определяют не только теоретически, но и опытным путем, сжигая определенное количество топлива в специальных приборах, называемых калориметрами. Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в колориметре. Результаты, полученные этим методом, близки к значениям, рассчитанным по элементарному составу топлива.

При сжигании одинаковых масс различных видов топлива выделяется различная теплота сгорания. Поэтому для удобства сравнительной оценки введено понятие условного топлива. За единицу его принято топлива, при полном сгорании 1 кг или 1 м3 которого выделяется 29307,6 кДж. Таким топливом является донецкий каменный уголь.

 

Теплоэнергетические системы.

СТЭС ПП – единый взаимосвязанный технологический и экономический комплекс включающий:

1) Сооружения и установки, обеспечивающие прием, трансформации и аккумуляцию энергоносителей от центральных и районных энергосистем (ЦТП – центральный тепловой пункт, ГРП – газораспределительный пункт, ТХ — топливохранилище)

2) Энергетические станции и установки для выработки остальной энергии необходимой предприятию, потребителей энергоресурсов и энергоносителей (ТЭЦ – тепло электроцентраль; котельные насосные, компрессорные станции ВРС – воздухораспределительные станции)

3) Утилизационные установки и станции производящие энергоносители за счет использования вторичных энергоресурсов (ВЭР вторичные энергоресурсы, УТЭЦ – утилизационная теплоэлектроцентраль, КУ – котлы утилизации); установки по очистке сточных и технологических вод.

4) Трубопроводные и другие под системы обеспечивающие транспортировку по предприятию и распределение энергоносителей и энергоресурсов.

 

 

Схема СТЭС ПП

 

П Г – системы снабжения природным газом

ПРС – подсистема снабжениям продуктами разделения воздуха

ВТГ – система снабжения вторичными топливными газами

К – котельная

ЦВС – центральная водная станция

ВЗ – подсистема снабжения воздухом

Теплоэнергетической системой промышленного предприятия (ТЭС ПП) называют систему, объединяющую на предприятии все источники различных энергоресурсов (ЭР), включая технологические агрегаты, а также всех потребителей ЭР. Задачей рационального построения ТЭС ПП является организация оптимального распределения и использования различных ЭР. При этом необходимо учитывать реальные (вплоть до часовых) графики и режимы работы всех агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих ЭР в любой отрезок времени для обеспечения надёжной и экономичной работы, как отдельных агрегатов, так и предприятия в целом, определение характера и мощности необходимых резервных источников ЭР.

Оптимизация построения ТЭС ПП необходима для решения следующих задач:

-обеспечение бесперебойного снабжения потребителей всеми видами энергоресурсов нужных параметров в любой отрезок времени;

-максимальное и наиболее эффективное использование всех внутренних энергоресурсов, определение оптимального направления их использования;

-обеспечение балансирования приходов и расходов энергоресурсов в любой отрезок времени с учётом реальных графиков работы производственных агрегатов с целью снижения, а в пределе и исключения потерь различных энергоресурсов из-за дебалансов. Есть заводы, на которых потери доменного газа из-за дебалансов достигают более 10%;

-наиболее экономичное резервирование источников энергоресурсов по предприятию;

-оптимальный выбор энергоносителей для тех или иных производств, в частности, оптимальное распределение различных видов топлива по потребителям в зависимости от его пирометрических и других характеристик;

-возможность комплексной оптимизации, как энергохозяйства предприятий в целом, так и отдельных установок по типам и параметрам;

-выявление наиболее вероятных и длительных режимов работы тех или иных установок и агрегатов, что важно для правильного выбора их типоразмеров, режимных характеристик и др.;

-определение наиболее экономичных и эффективных связей ТЭС ПП с другими предприятиями и установками, а также общими условиями энергоснабжения района.

ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА КЭС.

 

1 — склад топлива с системой топливоподачи, 2 — система топливоприготовления, 3 — котел – парогенератор, 4 — турбина,

5 — конденсатор, 6 — циркуляционный насос, 7 — конденсатный насос,

8 — питательный насос, 9 — горелки котла, 10 — дутьевой вентилятор,

11 — дымосос, 12 — воздухоподогреватель, 13 — водяной экономайзер,

14 — подогреватель низкого давления, 15 — деаэратор, 16 — подогреватель высокого давления, 17 — дымовая груба, 18 — водоём, 19 — теплоноситель конденсатора.

 

Водяной пар как рабочее тело.

Вода и водяной пар нашли широкое применение в качестве рабочих тел в паровых турбинах тепловых машин, атомных установках и в качестве теплоносителей в различного рада теплообменных аппаратах химико-технологических производств.

Газообразное тело, сосуществующее с кипящей жидкостью называется паром и значительно отличается по своим термодинамическим свойствам от свойств идеального газа.

Парообразованием называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.

Кипением называется процесс превращения жидкости, кипящей во всем её объеме, в пар при подводе к ней теплоты, а при отводе от пара теплоты происходит обратный процесс – конденсация.

Процессы кипения и конденсации протекают при постоянной температуре и при неизменном давлении.

Пар, соприкасающейся с жидкостью, из которой он получается и находящейся с ней в термодинамическом равновесии называется насыщенным.

Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий в себе жидкость.

Влажным паром называется механическая смесь, состоящая из сухого пара и мельчайших капелек жидкости и характеризуется, степенью сухости – Х или степенью влажности — (1 – Х).

Перегретым паром называется пар, полученный из сухого насыщенного пара при подводе к нему при P = сonst некоторого количества теплоты и вызванного этим повышением его температуры. Разность между температурами перегретого пара – tП и сухого насыщенного – tН называется степенью перегрева.

 

Цикл Карно для рабочего тела – воды.

ТЭС, в которой рабочее тело является водяной пар состоит из основных элементов:

Котёл-парогенератор

Паровая турбина на волу которой, находится генератор

Конденсатор

Компрессор

 

 

Подготовка пара осуществляется в паровом котле при постоянном давлении, температуре (процесс 4-1). Затем происходит адиабатное расширение пара в турбине 2 (процесс 1-2). Отработавший пар частично конденсируется в конденсаторе 3 при постоянной температуре и постоянном давление. Процесс 3-4 – адиабатное сжатие пара в компрессоре. Если увеличить начальные параметры P1 и t1 и уменьшить конечные параметры P2 и t2 то, несмотря на увеличение термического КПД цикла Карно, общая экономическая эффективность использования теплоты уменьшится, так как увеличится работа затрачиваемая на перевод воды из состояния 3 в 4(заштрихованная область А).

 

Цикл Ренкина.

Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой-либо жидкости (водяной пар). Основным циклом в паротурбинной установке является цикл Ренкина. Цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического КПД. Для этого перед турбиной ставят перегреватель, который увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле.

 

В паровом котле ПК за счет теплоты сжигаемого топлива происходит процесс превращения воды в пар. В пароперегревателе ПП он доводится до необходимых начальных параметров P1, T1. На лопатках паровой турбины ПТ происходит преобразование теплоты в работу и затем в электрическую энергию в электрогенераторе ЭГ. Отработавший пар в конденсаторе К конденсируется с передачей теплоты охлаждающей воде. Полученный конденсат конденсатным (питательным) насосом ПН подается в водяной эконо¬майзер ВЭ, служащий для подогрева воды, а затем в котел. Цифрам обозначены характерные точки процессов цикла Ренкина, представленного на диаграмме Ts.

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

1-2 — адиабатное расширение пара на лопатках паровой турбины

2-3 — конденсация пара в конденсаторе

3-4 — сжатие воды в конденсатом насосе

4-5 — подогрев воды до температуры ки¬пения в водяном экономайзере и котле

5-6 — парообразование в котле

6-1 -перегрев пара в пароперегревателе.

Особенностью цикла Ренкина является то что вследствие резкого уменьшения объёма пара при превращении его в жидкость образуется разряжение что позволяет в турбинах осуществлять глубокое расширение рабочего тела кроме того в паровом цикле Ренкина вода сжимается до давления P4 не по изохоре, а по адиабате. Работа, затрачиваемая насосом на сжатие конденсата существенно меньше работы в цикле Карно затрачиваемой в паровом котле и ей в расчетах, как правило, не пренебрегают. По расчетам установка с циклом Ренкина совершает примерно в 1,5 раза больше работы, чем в цикле Карно, хотя термический КПД цикла Ренкина меньше Термический КПД цикла Карно при одинаковых начальных и конечных параметрах пара, так как в цикле Карно теплота затрачивается только на процесс парообразования, а в цикле Ренкина она затрачивается как на парообразование, так и на подогрев питательной воды.

Экономичность парового цикла характеризуется также расходом пара d и расходом теплоты q0 приходящей на единицу совершенной работы (1МДж) или выработанной энергии (1кВт/ч). Основным средством повышения КПД по циклу Ренкина является повышение экономичности процесса преобразования теплоты в работу за счет:

Повышения начальной температуры и давления, понижения конечного давления.

Использования перегрева пара.

Для повышения экономии работы паротурбинных установок применяются следующие способы влияния на цикл Ренкина:

Промежуточный перегрев пара.

Регенеративный подогрев воды подаваемой в котёл.

Применение теплофикационного цикла.

 

Пути повышения экономичности паросиловых установок.

Несмотря на то, что в настоящее время осуществляется массо¬вое освоение высоких и сверхвысоких параметров пара (p1=23,0-30,0 МПа; t1= 570-600 0 С), термический КПД цикла Ренкина не превышает 50%. В реальных установках доля полезной использованной теплоты еще меньше из-за потерь, связанных с внут¬ренней необратимостью процессов. В связи с этим были предложены другие способы повышения тепловой эффективности паросиловых уста¬новок.

 

Цикл с промежуточным перегревом пара.

Промежуточный перегрев пара является одним из способов повышения степени его сухости. Принципиальная схема цикла Ренкина с промежуточным перегревом пара дана на рисунке. В этой схеме предусмотрены две ступени турбины ПТ -I, ПТ-I I и две ступени пароперегревателя ПП-I, ПП-I I. Пар после первой ступени пароперегревателя ПП-I направляется в первую ступень турбины ПТ-I. Отработавший на лопатках первой ступени турбины пар направляется во вторую ступень пароперегревателя ПП-I I, где его темпе¬ратура повышается до начальной температуры T1. Затем пар поступает на лопатки второй ступени турбины ПТ-I I.

 

Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара в Ts- координатах представлен на рисунке. Рассмотрим процессы цикла:

1-а — адиабатное расширение пара на лопатках первой ступени турбины

а-b — промежуточный перегрев пара во второй ступени пароперегревателя

b-2 — адиабатное расши¬рение пара на лопатках второй ступени турбины

2-3 — конденсация пара в конденсаторе

3-4 — сжатие воды в конденсатном насосе

4-5 — подогрев воды до температуры кипения

5-6 — превращение воды в пар

6-1 — перегрев пара в пароперегревателе первой ступени.

 

Если бы не было промежуточного перегрева пара, то процесс адиабатного расширения заканчивался бы в точке 2 ̍. Из диаграммы видно, что проме¬жуточный перегрев позволяет значительно увеличить сухость пара на выходе из турбины (x2 ̓<x2).

Сущность чикла заключается в том, что пар в турбине не полностью отдаёт свою энергию, а при достижении некоторого давления отбирается из турбины, направляется в котельную установку, где снова перегревается до рабочих значений tпп, Pпп и отправляется в турбину.

Применение одного промежуточного цикла перегретого пара приводит к повышению термического КПД турбины на 2-3%, а кроме того к снижению затрат на единицу выработанной энергии.

 

Регенеративный цикл.

Цикл, в котором питательная вода, поступающая в котлоагрегат, нагревается паром, частично отбираемым при его расширении из тур-бины, называется регенеративным. Такой способ подогрева питательной воды дает возможность увеличить среднюю температуру подвода теплоты в цикле и тем самым повысить его КПД.

 

Для получения регенеративного цикла следует заменить процесс адиабатного расширения 1-2 па политропный 1-2 ̓ так, чтобы линия политропного процесса 1-2 ̍ была эквидистантна линии 3-4. В этой случае удельная теплота, отведенная в процессе 1-2 ̓, может быть полностью использована для нагрева воды в про¬цессе 3-4. В действительности создать такие условия передачи теплоты — возможно только приближенно. На рисунке, изображенном ниже, представ¬лена схема паросиловой установки, в которой такие условия в какой-то мере обеспечиваются.

 

Пар, полученный в парогенераторе 1, направляется в паровую турбину 2, где основная его часть расширяется до давления P2 (давления в конденсаторе 3). Оставшаяся часть пара в ко¬личестве mс и md отводится из турбины в точках отбора с и d после частичной работы в турбине. Отобранный таким образом пар направ¬ляется в подогреватели питательной воды 5. Конденсат отобранного пара совместно с конденсатом основной его части насосом 4 направля¬ется в парогенератор 1. Процесс расширения пара в турбине и отда¬ча теплоты в отбор условно изображаются ступенчатой линией 1-2-3-4-5-6 так, что линии 1-2, 3-4 и 5-6 соответствуют процессу расширения, а линии 2-3 и 4-5 — процессу отдачи теплоты паром в подогревателях 5. Количество переданной таким обра¬зом теплоты определяется площадью 21’5’543 (заштрихована). Площадь эта может быть увеличена при увеличении количества отборов. Ломаная линия с увеличенным количеством отборов пара и турбины в пределе дает линию расширения пара и отдачи теплоты в отбор, эквидистант¬ную линии 7-8 подогрева питательной воды, а количество теплоты, отданной паром, будет равно количеству теплоты, израсходованной на подогрев воды (7-8). КПД в этом случае возрастает. Так как в про¬цессе расширения в турбине участвует не весь пар.

Если при этом учесть, что отвод теплоты в цикл Ренкина и в регенеративном цикле происхо¬дит при одинаковой температуре, а средняя температура подвода теп¬лоты в регенеративном цикле при одинаковых верхних температурах больше, чем в цикле Ренкина, то КПД регенеративного цикла больше КПД цикла Ренкина. Паровой цикл с частичной регенерацией благоприятно влияет на эксплуатацию и конструкцию паросиловой установки в целом, так как приводит к уменьшению загрузки парогенератора и улучшению работы послед¬них ступеней паровой турбины.

Регенеративный подогрев питательной воды позволяет увеличить термический КПД паросиловой установки процентов на 10-12%.

 

Турбины ТЭС.

На рисунке приведена схема одноступенчатой паровой турбины активного типа. Турбинные установки предназначены для преобразования энергии рабочего тела (пара, газа), имеющего высокое давление и температуру, в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбины используют в качестве двигателей электрогенераторов, турбокомпрессоров, воздуходувок, насосов.

 

В паровой турбине рабочий процесс осуществляется следующим образом. Водяной пар с высоким давлением и температурой поступает в сопло 1, при истечении из которого его давление снижается, а кинетическая энергия увеличивается. Струя пара направляется на закрепленные, на диске 3 ротора турбины лопатки 2, отдавая им часть своей кинетической энергии, которая через лопатки передаётся вращающемуся ротору.

Обычно турбина имеет несколько сопел, составляющих сопловый аппарат. Рабочие лопатки расположены по всей окружности диска и образуют рабочую решётку. Сопловый аппарат и рабочая решётка составляют ступень турбины, а каналы для прохода газа — проточную часть турбины.

Турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые, активного и реактивного типов.

В активных турбинах процесс расширения пара происходит только в соплах, а в реактивных — в соплах и в каналах рабочих лопаток.

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

 

Данные для выполнения расчета:

теплоэнергетические установки, работающие по циклу Ренкина, установки с промежуточным перегревом пара, установки с применением регенеративного подогрева питательной воды с характеристиками, приведёнными в таблице

W,

МВт P1,

МПа t1,

ºC P2,

МПа Pпп1,

МПа Pпп2,

МПа Pпп3,

МПа t пп1,

ºC t пп2,

ºC t пп3,

ºC Pрег1,

МПа Pрег2,

МПа

800 20 540 0,005 20 19 18 530 520 490 2,5 0,5

 

Цикл Ренкина:

Вначале по таблицам, в соответствии с температурой t1 и давлениями P1, P2 найдем удельные энтальпии i и энтропии S воды и пара:

Р1 = 20 МПа, t1 = 540 ºC

i_1 = 3364,6 кДж/кг ; S_1=6,3009 кДж/(кг∙К)

Р2 = 0,005 МПа = 5 кПа

i_2^’=137,77 кДж/кг; i_2^»=2561,2 кДж/кг

S_2^’=0,4762 кДж/(кг∙К); S_2^»=8,3952 кДж/(кг∙К); S_2^»-S_2^’=7,919 кДж/(кг∙К)

Далее найдем работу — l, совершаемую паром по формуле l=i_1+i_2^*,

для этого нужно найти i_2^* — энтальпия в точке два определяемая по формуле i_2^*=i_2^’+x(i_2^»-i_2^’), также неизвестно x — степень сухости пара определяется по формуле x=(S_1-S_2^’)/(S_2^»-S_2^’ ).

x=(6,3009-0,4762)/7,919=0,7355

i_2^*=137,77+0,7355(2561-137,77)=1920,2 кДж/кг

l=3364,6-1920,2=1444,4 кДж/кг

Теперь находим d_0 – расход пара

d_0=3600/l ; d_0 = 3600/1444,4=2,492 кг/(кВт∙час )

q_0 — расход теплоты

q_0=d_0 (i_1-i_2^’ ); q_0 =2,492(3364,6-137,77)=8041,26 кДж/(кВт∙час)

η_T – КПД турбины

η_T=(l∙d_0)/q_0 ∙100% ; η_T = (1444,4∙2,492)/8041,26=44,76 %

В соответствии с теплотой сгорания топлива (каменного угля) Q_H^P и КПД котла найдем удельный расход топлива b_0^’ для цикла Ренкина, по формуле:

b_0^’=q_0/(Q_H^P∙η_кот ) где, Q_H^P=33000 кДж/кг, η_кот≈0,9

b_0^’=8041,2603/(33000∙0,9)=0,2707 кг/(кВт∙час )

Найдем годовой расход топлива для данной мощности:

B_нетто=Wг∙b_(0 )^’ В_брутто=В_нетто/η_пот

Wг=W∙n_1∙n_2, где n_1 — число дней в году, n_2 — число часов в одном дне

n_1 = 365 дней, n_2 = 24 часа.

Wг=800∙365∙24=7008000 МВт∙час

B_нетто=7,008∙〖10〗^9∙0,2707=1,897∙〖10〗^9 кг/год =1,897∙〖10〗^6 Тонн/год

η_пот=η_тп 〖∙η〗_мех∙η_эг∙η_тур=0,73

η_тп=0,98- кпд трубопроводов

η_мех=0,97-кпд генератора (механического)

η_эг=0,96-кпд генератора (лектрического)

η_тур=0,8-кпд турбины

В_брутто=(1,897∙〖10〗^6)/0,73=2,598∙〖10〗^6 Тонн/год

 

 

Цикл с промежуточного перегрева пара:

Зная значения из первого цикла (Ренкина):

i_1 = 3364,6 кДж/кг; i_2^*=1920,2 кДж/кг; S_1=6,3009 кДж/(кг∙К);

S_2^’=0,4762 кДж/(кг∙К); S_2^»-S_2^’=7,919 кДж/(кг∙К)

И зная температуры и давления каждого перегрева второго цикла (перегрев пара): Pпп1 = 20 МПа, Pпп2 = 19 МПа, Pпп3 = 18 МПа, t пп1 = 530 ºC,

t пп2 = 520 ºC, t пп3 = 490 ºC. Находим удельные энтальпии i и энтропии S воды и пара для каждого перегрева.

Для первого перегрева со значениями: Pпп1 = 20 МПа и t пп1 = 530 ºC удельная энтальпия и энтропия имеют значения

i_1^’=3334,4〖 кДж/кг; S〗_1^’=6,2636 кДж/(кг∙К)

Для первого перегрева со значениями: Pпп2 = 19 МПа и t пп2 = 520 ºC удельная энтальпия и энтропия имеют значения

i_1^»=3316,6〖 кДж/кг; S〗_1^»=6,2615 кДж/(кг∙К)

Для первого перегрева со значениями: Pпп3 = 18 МПа и t пп3 = 490 ºC удельная энтальпия и энтропия имеют значения

i_1^»’=3237,4〖 кДж/кг; S〗_1^»’=6,1808 кДж/(кг∙К)

Найдём работу совершаемую паром по формуле

l=l_1+l_2+l_3

l_1=i_1-i_a; l_2=i_1^’-i_b; l_3=i_1^»-i_2^*

l=i_1-i_a+i_1^’-i_b+i_1^»-i_c+i_1^»’-i_2^*

Зная параметры энтальпии каждого перегрева, по таблице найдём параметры

i_a 〖,i〗_b,i_c.

S_1=6,3009 кДж/(кг∙К) 〖»» i〗_a=2799 кДж/кг

〖S_1^’=6,2636 кДж/(кг∙К) «» i〗_b=2800,6 кДж/кг

〖S_1^»=6,2615 кДж/(кг∙К) «» i〗_c=2800,6 кДж/кг

Найдём энтальпия в точке два i_2^*=i_2^’+x(i_2^»-i_2^’),

также неизвестно x — степень сухости пара определяется по формуле

x=(S_1-S_2^’)/(S_2^»-S_2^’ ); x=(6,1808-0,4762)/7,919=0,72

i_2^*=137,77+0,72(2561-137,77)=1882,63 кДж/кг

l=3364,6-2799+3334,4-2800,6+3316,6-2800,6+3237,4-1882,63=2970,16 кДж/кг

Находи расход пара по формуле

d_0=3600/l ; d_0=3600/2970,16=1,212 кг/(кВт∙час )

Расход теплоты

q_0=d_0∙(i_1-i_a+i_1^’-i_b+i_1^»-〖i_c+i_1^»’-i〗_2^’ )

q_0=1,212∙(3364,6-2799+3334,4-2800,6+3316,6-2800,6+3237,4-137.77)=5714,61 кДж/(кВт∙час)

КПД турбины

η_T=(l∙d_0)/q_0 ; η_T = (2970,16∙1,212)/5714,61=0,6299 %

В соответствии с теплотой сгорания топлива (каменного угля) Q_H^P и КПД котла найдем удельный расход топлива b_0^’ для цикла перегрева пара, по формуле:

b_0^’=q_0/(Q_H^P∙η_кот ) где,Q_H^P=33000 кДж/кг, η_кот≈0,9

b_0^’=5714,61/(33000∙0,9)=0,1924кг/(кВт∙час )

Найдем годовой расход топлива

B_нетто=Wг∙b_(0 )^’ В_брутто=В_нетто/η_пот

Значения мощности вырабатываемой за год берём из приведущего цикла Wг=7,008∙〖10〗^9 МВт∙час

B_нетто=7,008∙〖10〗^9∙0,1924=1,348∙〖10〗^9 кг/год=1,348∙〖10〗^6 Тонн/год

η_пот — также берём из приведущего цикла

В_брутто=(1,348∙〖10〗^6)/0,73=1,847∙〖10〗^6 Тонн/год

 

Цикл с регенеративным подогревом питательной воды:

Зная значения из первого цикла (Ренкина):

i_1 = 3364,6 кДж/кг; S_1=6,3009 кДж/(кг∙К);

И зная давления каждого отбора Pрег1 =2,5 Мпа=2,5∙〖10〗^6 Па ;

Pрег2 =0,5 Мпа=0,5∙〖10〗^6 Па=5∙〖10〗^5 Па

Найдём энтальпии i и энтропии S воды и пара.

Для первого отбора Ррег1 :

i_a^’=962 кДж/кг; i_a^»=2800,8 кДж/кг

S_a^’=2,5543 кДж/(кг∙К); S_a^»=6,2536 кДж/(кг∙К); S_a^»-S_a^’=3,6993 кДж/(кг∙К)

Находим x — степень сухости пара для первого отбора пара, определяется по формуле

x=(S_1-S_a^’)/(S_a^»-S_a^’ )=(6,3009-2,5543)/3,6993=1,012

Если x≥1,то i_a^*=i_a^»,если нет,то i_a^*=i_a^’+x(i_a^»-i_a^’ )

у нас получилось что x=1 ⇒ i_a^*=2800,8 кДж/кг

Для второго отбора Ррег2 :

i_в^’=640,1 кДж/кг; i_в^»=2748,5 кДж/кг

S_в^’=1,8604 кДж/(кг∙К); S_в^»=6,8215 кДж/(кг∙К); S_в^»-S_в^’=4,9611 кДж/(кг∙К)

Находим x — степень сухости пара для второго отбора пара

x=(S_1-S_в^’)/(S_в^»-S_в^’ )=(6,3009-1,8604)/4,9611=0,8950

Если x≥1,то i_в^*=i_в^»,если нет,то i_в^*=i_в^’+x(i_в^»-i_в^’ )

у нас получилось что x<1 ⇒

i_в^*=640,1+0,895(2748,5-640,1)=2527,118 кДж/кг

Найдём коэффициенты ¯(m_a ) и ¯(m_в ) по формулам:

¯(m_a )=(i_a^’-i_в^’)/(i_a^*-i_в^’ ); ¯(m_b )=((1-¯(m_a ))∙(i_в^’-i_2^’ ))/(i_в^*-i_2^’ )

¯(m_a )=(962-640,1)/(2800,8-640,1)=0,1489

¯(m_в )=((1-0,1489)∙(640,1-137,77))/(2528,118-137,77)=0,1789

Находим работу совершаемою паром по формуле

l_Σрег=(i_1-i_2^* )-¯(m_a )∙(i_a^*-i_2^* )-¯(m_в )∙(i_в^*-i_2^*)

l_Σрег=(3364,6-1920,2)-0,1489∙(2800,8-1920,2)-0,1789∙∙(2527,1-1920,2)=1204,7 кДж/кг

Расход пара

d_0=3600/l; d_0 = 3600/1204,7=2,9882кг/(кВт∙час )

Расход теплоты

q_0=d_0∙(i_1-i_a^’ ); q_0=2,9882∙(3364,6-962)=7179,4493кДж/(кВт∙час)

КПД турбины

η_T=(l∙d_0)/q_0 ; η_T=(1204,7∙2,9882)/7179,4493=0,5014%

Удельный расход топлива 〖 b〗_0^’=q_0/(Q_H^P∙η_кот ) где,█( @Q)_H^P= 33000 кДж/кг,η_кот≈0,9

b_0^’=7179,4493/(33000∙0,9)=0,2417кг/(кВт∙час )

Найдем годовой расход топлива

B_нетто=Wг∙b_(0 )^’ В_брутто=В_нетто/η_пот

Мощность выработанную за год берём из приведущего цикла

Wг=7,008∙〖10〗^9 МВт∙час

B_нетто=7,008∙〖10〗^9∙0,2417=1,693∙〖10〗^9 кг/год=1,693∙〖10〗^6 Тонн/год

В_брутто=(1,693∙〖10〗^6)/0,73=2,3202∙〖10〗^6 Тонн/год .

ВЫВОД

 

В этой курсовой работе мы рассчитывали более экономный цикл, который можно использовать на ТЭС, основные расчетные данные приведены ниже в таблице.

 

Сравнительная таблица

Параметры Цикл Ренкина Цикл ППП Регенеративный цикл

l, кДж/кг 1444,4 2970 1204

do, кг/ кВтчас 2,49 1,212 2,98

qo, кДж/ кВтчас 8041,26 4715,03 7179

η_T 0,44 0,76 0,5

b_0^’, кг/ кВтчас 0,27 0,19 0,24

В_брутто, Тонн/ год 2,59 ∙ 106 1,82 ∙ 106 2,32 ∙ 106

 

В сравнительном анализе полученных результатов можно отметить что, в нашем решении более эффективной ТЭС оказалась та, которая работает по циклу с промежуточным перегревом пара. И по данным полученными из таблицы мы выберем ТЭС, работающую по циклу с промежуточным перегретого пара, т.к. годовой расход топлива по этому циклу значительно меньше остальных ТЭС работающих по циклу Ренкина и циклу регенеративного подогрева питательной воды.

В реальности же более эффективной ТЭС окажется та, которая будет работать по циклу регенеративного подогрева питательной воды, с ранее рассчитанными, определёнными параметрами отбора пара.

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Паскарь Б.Л., «ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ», Письменные лекции, Санкт – Петербург 2004, Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.183.3.004.1:061.5(075.32)

«Энергетические ресурсы СССР», тт. 1–2. М., 1968

Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», №1 январь 2004

Кудинов В.А., Карташов Э.М., «Техническая термодинамика. Учебное пособие для вузов», Москва, Высшая школа, 2000.

Крутов В.И., «Техническая термодинамика», Москва, Высшая школа, 1981.