Расчет упрощенной тепловой схемы парогазовой установки с высоконапорным парогенератором
Содержание
Задание на курсовую работу
1. Исходные данные
2. Описание процессов происходящих в ГТУ и ПГУ с Т-S диаграммы, построение h-S диаграммы
3. Расчет тепловой схемы паровой части ТЭЦ
4. Расчет газовой части
5. Список литературы
Задание на курсовую работу.
Рассчитать упрощенную тепловую схему парогазовой установки с высоконапорным парогенератором.
1. Исходные данные
=140 кг/с - расход пара после парозапорной задвижки.
=213 кг/с - расход воздуха через компрессор.
=7,5 - степень повышения давления в компрессоре.
=0,88 - турбинный КПД компрессора.
=0,88 - внутренний КПД газовой турбины.
=8 °С - температура наружного воздуха.
=715 °С - температура газов перед турбиной.
=180 МВт - расход тепла из отбора на сетевой подогреватель (СП).
=12,5 МПа - давление пара после парозапорной заслонки.
=0,18 МПа; =0,8 МПа; =8 МПа - давление отборов пара.
=0,004 МПа - давление пара в конденсаторе паровой турбины.
=555 °С - температура пара после парозапорной задвижки.
=0,7 - внутренний относительный КПД ЧВД.
=0,65 - внутренний относительный КПД ЧНД.
Описание процессов происходящих в ГТУ и ПГУ по Т-S диаграмме
Рис. 2. T-S диаграмма
Описание процессаГазовая ступень1 - 2 Адиабатическое расширение продуктов сгорания в газовой турбине2 - 4 Изобарический процесс охлаждения рабочего тела2 - 3 Передача части теплоты продуктов сгорания питательной воде3 - 4 Сброс в атмосферу отработавших газов4 - 5 Адиабатический процесс сжатия атмосферного воздуха5 - 1 Изобарический процесс нагрева продуктов сгорания (горения) топлива в ВПГ
Паровая ступень6 - 11 Адиабатическое расширение пара в ЧВД паровой турбины6 - 7 До первого отбора8 - 9 От первого до второго10 - 11 От второго до третьего11 - 12 Адиабатическое дросселирование при переходе из ЧВД в ЧНДПри дросселировании реальных газов происходит снижение температуры из-за того, что в них внутренняя энергия зависит и от объема. У реальных газов при дросселировании изменяется теплоемкость.12 - 13 Адиабатическое расширение пара В ЧНД паровой турбины13 - 14 Изобарический отвод тепла от отрабатываемого пара в конденсаторе14 - 15 Адиабатический процесс увеличения давления питательной воды в питательном насосе15 - 16 Изобарический подогрев питательной воды отработавшей из газовой турбины16 - 18 Изобарический процесс нагрева в ВПГ рабочего тела16 - 17 До насыщения17 - 18 Парообразование.18 - 6 Изобара нагрева сухого насыщенного пара.Достоинство ПГУБолее высокий КПД цикла так как работают два рабочего тела, у одного начальная температура =800 °С, конечная =350 °С, у другого =540 °С, =25 °С. При организации совмещенного цикла отработавшее первое рабочее тело (продуты сгорания) отдают часть своей теплоты для нагрева второго рабочего тела (питательной воде). Таким образом КПД ПГУ доходит до 50 %. Снижение расхода металла, строительных площадей, стоимости оборудования с монтажом и т.д. позволяет снизить себестоимость вырабатываемой электроэнергии по сравнению ГТУ отдельно от ПГУ.Недостатки.Поскольку в ГТУ используется жидкое или газообразное топливо то такое соединение ГТУ с ПТУ целесообразно принимать во время пиковых нагрузок, а при отключении ГТУ происходит снижение КПД установки ниже КПД ПТУ это связано с особенностями ВПГ - его эффективность (организация процесса горения) резко падает, а также всего технологического процесса (необходимо больше пара на подогрев питательной воды, из-за уменьшения пара в проточной части турбины её КПД падает).Построение h-S диаграммы.При =12,5 МПа, =555 °С по таблице для водяного пара находим, для этих параметров.=3488,2; =6,633 . - удельная энтальпия; - удельная энтропия.Отбор №3По таблице для =8 МПа и энтропии =6,633 , также как и для точки «0» находим:=480 °С ; =3345,2.Находим располагаемые теплоперепады от до .=3488,2-3345,2=143 .Действительные теплоперепады равны:=0,7·143=100,1 .Действительная энтальпия пара в отборе при давлении равна.=3488,2-100,1 =3388,1.по таблице находим =497 °С.=6,71288 .Аналогично находим действительное значение энтальпии пара и .Отбор №2При =0,9 МПа, =6,7128 .Энтропия берется также как и в предыдущей точке потому, что при переходе в проточной части турбины теоретически рабочему телу не передаётся и не отличается (в процесс адиабатический) теплота. На практике происходит трение о лопасти и т.д. вследствие, что рабочее тело нагревается, получается перепад тепла (теплоперепад). Поэтому диаграмма отклоняется вправо от вертикали:по таблице находим.=193,2 °С ; =2814.=3388,1-2814=574,1 .=0,7·57401=401,87 .=3388,1-401,87=2986,23.по таблице находим =272 °С при =0,9 МПа.=7,067 .Отбор № 1При =0,18 МПа, =7,067 .по таблице находим=117,3°С; =487,26; =2662,4; где - для воды; - для пара.По этим данным мы видим, что пар находится в состоянии насыщения следовательно для того чтобы определить его энтальпию необходимо найти степень сухости пара из уравнения:тогда =2662,4·0,981+487,26·(1-0,981)=2621,07 =2986,23-2621,07=364,88 ;=0,7·364,88=255,42 ;=2986,23-255,42=2777,71.По таблице определяем, что пар при =0,18 МПа, =2777,71 находится в состоянии насыщения, следовательно его температура, при данном давлении не меняется, также ; ; ;.Найдём сухость пара при этих параметрах:Тогда При построении расширения пара в ЧНД учитываем, что потери давления в регулировочных клапанах теплофикационного отбора соответствуют 20 %. МПа МПаПотеря давления происходит в процессе дросселирования пара при постоянной энтальпии, поэтому из точки с энтальпией проводим горизонтально до пересечения с изобарой . Из точки пересечения проводим вертикаль до изобары и находим анологично находим энтальпию отборов пара в ЧВД.По таблице определяем, что пар с параметрами: МПа; =2777,71 является насыщенным следовательно необходимо определить степень его сухости для его параметров:=110 °С; =461,11 ; =2691,3 ; =1,42 ; =7,24 Конец ЧНД (К)При =0,004 МПа; =7,467 по таблице определим, что пар насыщенный, его параметры=28,981 °С; =121,41 ; =2554,1 ; =0,4224 ; =8,4747 =2554,1·0,875+121,41·(1-0,875)=2250,01 =2777,71-2250,01=527,7 ;=0,65·527,7=343 ;=2777,71-343=2434,71 ;По таблице определим, что пар насыщенный, его параметры: =28,981 °С;Тогда =8,4747·0,951+0,4224·(1-0,951)=8,08Запишем параметры пара в основных точках процесса в таблицу №1
|
Точка поh-S параметры | 0 | 3a | 3 | 2a | 2 | 1a | 1чвд | 1чнд | Ka | K | |
P, МПа | 12,5 | 8 | 8 | 0,9 | 0,9 | 0,18 | 0,18 | 0,144 | 0,004 | 0,004 | |
t, °С | 555 | 480 | 497 | 193,2 | 272 | 117,3 | 117,3 | 110 | 28,981 | 28,981 | |
h, | 3488,2 | 3345,2 | 3388,1 | 2814,31 | 2986,23 | 2621,07 | 2777,71 | 2777,71 | 2250,01 | 2434,71 | |
h', | - | - | - | - | - | 487,26 | 487,26 | 461,11 | 121,41 | 121,41 | |
h”, | - | - | - | - | - | 2662,4 | 2662,4 | 2691,3 | 2554,1 | 2554,1 | |
S, | 6,633 | 6,6,33 | 6,7128 | 6,7128 | 7,067 | 7,067 | 7,46 | 7,467 | 7,2522 | 8,08 | |
S', | - | - | - | - | - | 1,5074 | 1,5074 | 1,42 | 0,4224 | 0,4224 | |
S”, | - | - | - | - | - | 7,18746 | 7,1746 | 7,24 | 8,4747 | 8,4747 | |
х, отн.ед | - | - | - | - | - | 0,981 | 1,05 | 1,039 | 0,875 | 0,951 | |
|
Далее построим h-S диаграмму рис. 2
3. Расчет тепловой схемы паровой части ТЭЦСоставим уравнения теплового баланса для каждого подогревателя.Уравнения теплового балансов составляется с подстановкой расхода пара и воды в долях относительно Dпе.Температура конденсата на выходе из поверхностного подогревателя находится как температура насыщения пара при данном давлении отбора.
Подогреватель П1. б1; Р1ЧВД; h”1; t1 бK; РK; h'ПВ; tПВ бK; РK; h'К; tК б1; Р1ЧВД; h'Н1; tН1Р1ЧВД=0,18 МПа. При этом давлении температура насыщения равна (по таблице) tН1=117,3°С. Энтальпия h'=487,26, h”=2662,4.В поверхностном подогревателе пар охлаждается до жидкого состояния (конденсируется), следовательно его сухость х=0 тогда:=2662,4·0+478,26·(1-0)=478,26.Недогрев питательной воды в регенеративном подогревателе принимаем 5°С.=117,3-5=112,3°С.Определим энтальпию по таблице h'ПВ=461,3 , h1 и hК берем из таблицы №1. Основные параметры.Составим уравнение теплового баланса.;;;Подставляем значения:;;.
Деаэратор П2. б3; Р2; h'Н3; tН3 бК; РК; h'ПВ; tПВ бСП; Р1ЧВД; h'ПТ-2; tГП-2 б1; Р1ЧВД; h'Н1; tН1 б2; Р2 ; h”2; t2 бg; Р2; h'П2; tП2По таблице для давления Р2=0,9 МПа определяем h'П2=739,5.Составляем уравнение теплового баланса:Для деаэратора, кроме уравнения теплового баланса, требуется составить уравнение материального баланса..Подогреватель П3. При давлении Р3=8 МПа; h”3=3398,5 найдем по таблице в соответствии насыщения (конденсат);h'Н3=1317,5 ; tН3=294,98°СНедогрев питательной воды регенеративного подогревателя П3 принимаем 5°С, °С=294,98-5=289,98°С.При давлении РПЕ=12,5 МПа и tПВ3=289,98°С по таблице определяем энтальпию h'ПВ3=1341,1.Учитываем, что вода на входе в П3 находится в состоянии насыщения при давлении РПЕ, создаваемым питательным насосами, по таблице находимh'ПЕ=1286,4.Составляем уравнение теплового баланса:;.Подставляем числовые значения и получаем :т.к. то;;.Подогреватель СП. бСП; Р1; h'Н1; tН1 бСП; Р1; h”1; t1 QТСоставим уравнение теплового баланса для СП, с учетом заданного QТ, определим абсолютное значение расхода пара на СП, а затем по формуле определим .Уравнение теплового баланса:;;;.Подставим числовые значения: ;.Газовый подогреватель ГП-2. бСП; Р1; h'ГП-2; tГП-2
бСП; Р1; h'Н1; tН1Принимаем подогрев воды в ГП-2 равным 30°С. Исходя из этого определяем температуру воды на выходе из ГП-2 - tГП-2 и энтальпию h'ГП-2:tГП-2= tН1+30°С=117,3+30=147,3°С.По таблице определяемh'ГП-2=619,2.Составляем систему уравнений из двух уравнений теплового баланса (для П1 и П2), а также уравнение материального баланса для П2.Решим систему, получим .После этого определим абсолютное значение всех отборов.Выразим из третьего уравнения , подставим в него вместо его значение из второго уравнения, полученное выражение подставим в первое уравнение вместо .Выразим из первого уравнения:Подставим числовые значенияТогдаОпределяем абсолютное значение всех отборов:Определяем мощности турбины:Принимаем произведение равным 0,99 (рекомендовано в методических указаниях):Таким образом мощность турбогенератора производимого турбиной (паровой) равна 99,62 МВт.
4. Расчет газовой части.Определяем давление и температуру воздуха за компрессором.где - давление наружного воздуха при нормальных условияхгде - температура наружного воздуха по Кельвину. - показатель адиабаты (принимаем для воздуха как и для идеального газа 1,4)Внутреннюю мощность компрессора определяем по формулегде =213 кг/с расход воздуха через компрессор..Принимаем аэродинамическое сопротивление ГП-1 и ГП-2 , а потери давления по газовому тракту от компрессора до газовой турбины .Определяем степень расширения газов в турбине.Задаемся расходом газообразного топлива.Определяем расход воздуха через газовую турбину.где - расход топлива, кг/с (для ставропольского газа) принимаем .Коэффициент избытка воздуха находим по формулегде - теоретически необходимый объем воздуха для сжигания 1 кг топлива м3/кг, тогда удельная масса воздуха.Принимаем, предварительно, температуру газов за турбиной- температура газов перед газовой турбиной в градусах по Кельвину.Температура газов за газовой турбиной:По средней температуре газов в турбине определяем показатель адиабаты расширения газов в газовой турбине (по таблицам данным в методических указаниях К=1,333).Также определим истинную температуру продуктов сгорания ставропольского газа.Уточняем температуру газов после турбиныРазница с предварительно заданным значением составляет , что допустимо, следовательно, можно принять полученное значение для дальнейших расчетов.Определим мощность на валу газовой турбины:где =0,995 - механический КПДЭлектрическая мощность газовой турбиныОпределим расход тепла на выработку электроэнергии газовой турбиной:Теплосодержание теоретически необходимого воздуха:где - теоретический объем воздуха необходимый для сжигания топливаТеплосодержание газов перед газовым подогревателем ГП-1Теплопроводность воды перед ГТ-1Теплосодержание газов после ГП-1.Определим температуру газов после ГП-1 учитываем, что в условии дано, что они охлаждаются в ГП-1 на 40°С. тогда.Температура воды на выходе из ГП-1 Составим уравнение теплового баланса:По таблице определим, зная РПЕ, °С.Термосодержание газов после экономайзера второй ступени .Предварительно найдем температуру уходящих газов. Составим уравнение теплового баланса для ГП-2. Найдем СР при температуре Найдем СР при Потери тепла с уходящими газами равнагде - теплота сгорания топлива,Принимаем потери от химического недожога , потери с механическим недожогом (т.к. сжигается газообразное топливо), потери от наружного охлаждения котла через обмуровку .Определим КПД высоконапорного парогенератора:Расход топливаСравним полученное значение с ранее принятым в расчетеТаким образом, расхождение с ранее принятым значением 8 кг/с составляет 2,89 %, что ниже предельно допустимого 3%.Определим КПД установки брутто: