1.2. Паротурбинная установка с промежуточным перегревом пара

Задача

В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p₁ = 6,0 МПа и t₁ = 600 ⁰С , применяем вторичный (промежуточный) перегрев пара при давлении 0,6 МПа до температуры 550 ⁰С. Давление пара в конденсаторе р₂ = 0,04 бар.

Определить термический КПД установки, удельные расходы теплоты, пара и топлива, а также мощность установки с учётом работы насоса, если часовой расход пара составляет 950 .

Сделать вывод об изменении эффективности работы установки ( ) и условий работы последних ступеней паровой турбины по сравнению с циклом Ренкина. Изобразить цикл на энтропийных и p,v диаграммах. Задачу решить с помощью таблиц воды и водяного пара.

Примечание. Промежуточный перегрев пара используется для повышения степени сухости пара на последних ступенях расширения пара в турбине, а также для повышения термического КПД ПТУ. Причем первый эффект имеет место всегда, а второй (повышение ) — только при определенном условии: если средняя температура подвода теплоты в дополнительном (как бы пристроенном к основному) цикле 2-7-8-9-2 выше средней температуры подвода теплоты в исходном (основном) цикле 1-2-3-4-5-6-1 (см. рис.2). Проверим это утверждение на практике – путем расчета и исследования выше заданного цикла.

Решение

Точка 1

По заданным значениям p₁=60 бар и t₁=600 ⁰С (стр. 127, [1]) определяем:

энтальпию – h₁= 3657,2

энтропию – s₁=7,1673

Точка 2

Из условия теоретических циклов ПТУ и задачи s₂= s₁=7,1673 , р₂=0,04 бар рассчитываем степень сухости влажного пара в точке 2

Тогда энтальпия в точке 2

Точка 7

Из условия теоретических циклов ПТУ и задачи p₇ = 6 бар, s₇ = s₁ = 7,1673

Взяв в оперативную память 7,1673 , по данным [1] стр. 95 устанавливаем, точка 7 находится в области перегретого пара, тогда рассчитываем коэффициент интерполяции по энтропии

Значение энтальпии в точке 7

Точка 8

Из условия задачи p₈ = p₇ = 6 бар, и t₈ = 550 ⁰С по таблицам [1], стр. 95

s₈ = 8,1382 – энтальпия

h₈ = 3590,8 – энтропия

Точка 9

Из условия теоретических циклов ПТУ и задачи s₉ = s₈ = 7,1673 и p₉= р₂= 0,04 бар, рассчитываем степень сухости влажного пара в точке 9

Тогда, значение энтальпии в точке 9

Точка 3

Из условия задачи h₃ = h^’=121,41 , v₃ = v’ =0,001004 .

Тогда рассчитаем работу насоса

Работа насоса:

КПД паротурбинной установки с учетом работы насоса:

Теоретический удельный расход пара на установку:

Теоретический удельный расход теплоты:

Теоретический удельный расход топлива:

Теоретическая мощность:

где

Тогда термический КПД исследуемого цикла с учётом работы насоса:

Теоретический удельный расход пара на установку:

Теоретический удельный расход теплоты:

Теоретический удельный расход топлива:

Теоретическая мощность:

Цикл Ренкина:

Термический КПД с учётом работы насоса:

Теоретический удельный расход пара:

Теоретический удельный расход теплоты:

Теоретический удельный расход топлива на установку:

Теоретическая мощность:

1 – паровой котел; 2 – первичный пароперегреватель; 3 – вторичный (промежуточный) пароперегреватель; 4 – турбина высокого давления ТВД; 5 – турбина низкого давления ТНД; 6 – редуктор: 7 – гребной винт; 8 – конденсатор; 9 – насос

Рис.2. Принципиальная схема и термодинамический цикл паротурбинной установки с вторичным перегревом пара в p,v; T,s и h,s координатах

Относительное повышение термического КПД установки с промежуточным перегревом пара по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное уменьшение расхода пара на установку по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное уменьшение расхода теплоты на установку по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное уменьшение расхода топлива на установку по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное увеличение удельной работы установки по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Вывод: Условия работы последних ступеней паротурбинной установки с вторичным (промежуточным) перегревом пара улучшились с точки зрения механического разрушения лопаток турбины (эрозии), так как влажность пара значительно уменьшилась (до 4,2 %) по сравнению с соответствующей характеристикой базового цикла Ренкина (17 %). Термический КПД увеличился на 4,38%, что обусловило соответствующие уменьшения расходов пара, теплоты и топлива. (см. решение предыдущей задачи).