Анализ теплотехнической эффективности оборудования

На h,S – диаграмме (рис.3) по параметрам состояния пара перед стопорным клапаном (Р₁=3,43МПа и t₁=435ºС) наносится исходная точка 1. Потеря давления в стопорных и регулирующих клапанах вследствие дросселирования пара оценивается в пределах 3-5% от Р₁. Тогда давление пара перед сопловым аппаратом первой ступени составит

,

что позволит найти точку 2 с параметрами пара Р₂=3,26МПа и t₂=433,902ºС и отвечающую им энтальпию пара h₂=h₁=3304,632 кДж/кг.

Потеря  давления в выхлопном патрубке турбины  определяется по формуле

,

где λ=0,02-0,05 – опытный коэффициент; С_П=100-120 м/с – скорость пара в выхлопном патрубке турбины; Р_к=4,9 кПа – давление пара в конденсаторе.

Определив ∆Р_к, находим изобару

и, построив изоэнтропийный процесс из точки 2, находим энтальпию пара в конце изоэнтропийного расширения .

По полученным данным определяем изоэнтропийный перепад  энтальпий на турбину

.

По известному давлению пара в производственном отборе турбины (Р₃=0,49МПа) находим отвечающую ему изобару на h,S – диаграмме и, проводя линию изоэнтропийного процесса, определим точку 3 и перепад энтальпий на 1-ый отсек турбины

,

где – энтальпия пара перед турбиной; – энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения пара в ЧВД.

Умножив на данного отсека, получим действительный перепад энтальпий

,

где – внутренний относительный КПД отсека до отбора.

Учитывая  потери давления в регулирующих клапанах производственного отбора (6-10% от Р₃), находим изобару, отвечающую давлению Р₄

,

и точку 4 начала процесса расширения в следующем  отсеке.

Определив изобару Р₄ и построив изоэнтропийный процесс из точки 4,находим энтальпию пара в конце изоэнтропийного расширения .

Тогда изоэнтропный перепад, приходящийся на 2-ой отсек  турбины

,

где – энтальпия пара перед регулирующими клапанами производственного отбора; – энтальпия  пара в конце изоэнтропного расширения в ЧНД.

Действительный  перепад энтальпий на 2-ой отсек  турбины

,

где – внутренний относительный КПД отсека до отбора.

Действительный  перепад энтальпий на турбину

.

При заданных начальных и конечных параметрах пара, электрической мощности и величинах  отборов ориентировочный расход пара турбоустановки равен

где k_р=1,1 – коэффициент регенерации по табл. 4 из [4]; N_э=6∙10³ кВт - номинальная электрическая мощность турбины; G_П=11,1 кг/с – величина производственного отбора; - действительный перепад энтальпий отсека турбины после производственного отбора;

- действительный перепад энтальпий  на турбину.

Поскольку в  цикле ПТУ работает четыре турбоустановки, то общий ориентировочный расход пара на них равен .

Рисунок 3 - Процесс расширения пара в  h,S – диаграмме

Тепловой расчёт системы  регенеративного подогрева питательной  воды турбоустановки выполняется согласно изображённой на рис. 1 принципиальной тепловой схемы турбоустановки П-6-3,43/0,49.

Для определения температуры подогрева питательной воды в регенеративных подогревателях низкого давления (ПНД) П1 и высокого давления (ПВД) П2 определяются в соответствии с табл. 1:

  – температура питательной  воды на входе в котёл;

 – температура насыщения  в деаэраторе (Р₁₀=0,118 МПа);

 – температура конденсата  после конденсатора (состояние насыщения  при P₆=4,9 кПа);

 – температура воды после  охладителя эжектора;

 – нагрев питательной воды  в деаэраторе.

Подогрев  в ПВД П2 –  .

Подогрев  в ПНД П1 –  .

Температура насыщения греющего пара принимается  для регенеративных подогревателей на 2-7 ºС выше температуры питательной  воды на выходе из соответствующего подогревателя. Это недогрев, определяемый наличием термического сопротивления поверхности нагрева подогревателя.

Энтальпия питательной воды на входе и выходе из подогревателя, а также энтальпия  конденсата греющего пара определяется по [5] в соответствии с их температурами  и давлением в конденсатной (Р_д=0,118 МПа) и питательной (Р₁=3,43 МПа) линиях.

По температуре  насыщения конденсата греющего пара определяется оптимальная величина давления греющего пара, отбираемого из проточной части турбины.

В точках пересечения процесса расширения пара в турбине с изобарами давления в отборах по h,S – диаграмме (рис. 3) определяем энтальпии отбираемого пара. Результаты расчёта сведены в табл. 4.

Таблица 4 – Параметры воды и пара

Наименование величины	Единица        измерения	П2	ДПВ	П1	ОЭ
Температура питательной воды на входе  в подогреватель	ºС	104,3	94,3	42,52	32,52
Температура питательной воды на выходе из подогревателя	ºС	150	104,3	94,3	42,52
Энтальпия питательной воды на    входе в подогреватель	кДж/кг	437	395,1	178,2	136,3
Обозначение		h10	h9	h8
Энтальпия питательной воды на  выходе из подогревателя	кДж/кг	628,5	437	395,1	178,2
Обозначение		h12	h10	h9
Температура конденсата греющего пара отбора	ºС	155	-	99,3	-
Окончание таблицы 4
1	2	3	4	5	6
Энтальпия конденсата греющего пара отбора	кДж/кг	649,5	-	416,1	-
Обозначение		h,O1		h,O2
Давление отбираемого пара	МПа	0,49	0,118	0,102	-
Энтальпия отбираемого пара	кДж/кг	2919,8	2735	2716	-
Обозначение		hO1	hOД	hO2

 

Определение параметров основных точек термодинамического цикла проведены по h,S – диаграмме (электронный ресурс). Параметры основных точек теплофикационного цикла ПТУ – рис. 4,5 и табл.5.

Точка 1 изображает состояние  пара перед турбиной. По давлению перегретого пара  P₁=3,43МПа и его температуре t₁=435°С определяем остальные параметры пара.

Точка 2 изображает состояние  пара перед соплами регулирующей ступени. 1-2 – процесс дросселирования, происходящий при протекании пара через стопорный и регулирующий клапаны. При дросселировании давление в потоке уменьшается, а энтальпия остается постоянной. По давлению пара P₂=3,2585 МПа и энтальпии h₁=3304,632 кДж/кг определяем остальные параметры пара.

Точка 3 изображает состояние пара перед регулирующими клапанами  производственного отбора.  В точке пересечения процесса расширения пара в турбине (h,S-диаграмма (рис. 3))  с изобарой давления P₃=0,49 МПа определяем параметры пара.

Точка 4  изображает состояние  пара перед соплами ЧНД, 3-4 – процесс  дросселирования, происходящий при  протекании пара через регулирующие клапаны производственного отбора. По давлению пара P₄=0,392МПа и энтальпии h₃=2919,8 кДж/кг определяем остальные параметры пара.

Точка 5 изображает состояние пара перед конденсатором. По давлению пара  P₅=4,9 кПа и температуре пара t₅=32,516°С определяем остальные параметры пара.

Точка 6 изображает состояние конденсата после  конденсатора. 5-6 – изобарный процесс конденсации пара в конденсаторе. По давлению конденсата  P₆=4,9 кПа и его температуре t₆=32,516°С определяем остальные параметры конденсата.

Точка 7 изображает состояние  конденсата после изоэнтропного  сжатия в конденсатном насосе до давления P₇=0,118 МПа. По давлению конденсата  P₇=0,118 МПа и его энтропии  s₇=0,4713 кДж/(кгК) определяем остальные параметры конденсата.

Точка 8 изображает состояние  конденсата после изобарного нагрева  в охладителе эжектора ОЭ. По давлению конденсата  P₈=0,118 МПа и его температуре t₈=42,52°С определяем остальные параметры конденсата.

Точка 9 изображает состояние конденсата после  изобарного нагрева в регенеративном подогревателе низкого давления П1 до температуры t₉=94,3°С. По давлению конденсата P₉=0,118 МПа и его температуре   t₉=94,3°С  определяем остальные параметры конденсата.

Точка 10 изображает состояние  питательной воды после изобарного нагрева в деаэраторе до температуры  насыщения t₁₀=104,3°С.  По давлению питательной воды  P₁₀=0,118 МПа и ее температуре t₁₀=104,3°С  определяем остальные параметры питательной воды.

Таблица 5 – Параметры рабочего тела в характерных точках цикла

№ точки	Давление P, МПа	Температура t, ºС	Удельный объём v, м3/кг	Энтальпия h, кДж/кг	Энтропия s, кДж/кг∙К	Состояние жидкости и пара
01	0,49	230	0,46435	2919,809	7,2012	перегретый пар
0П
0Д	0,118	130	1,55739	2735,063	7,4385	перегретый пар
02	0,103	120	1,74037	2716,298	7,4534	перегретый пар
1	3,43	435	0,09168	3304,632	6,9697	перегретый пар
2	3,2585	433,9	0,9653	3304,632	6,9925	перегретый пар
3	0,49	230	0,46445	2919,809	7,2015	перегретый пар
4	0,392	228,12	0,58057	2919,809	7,3023	перегретый пар
5	0,0049	32,516	26,42790	2366	7,766	влажный пар (х=0,92)
6	0,0049	32,516	0,00101	136,263	0,4713	ненасыщенная жидкость
7	0,118	32,513	0,00101	136,352	0,4713	ненасыщенная жидкость
8	0,118	42,52	0,00101	178,169	0,6059	ненасыщенная жидкость
9	0,118	94,3	0,00104	395,097	1,2421	ненасыщенная жидкость
10	0,118	104,3	0,00105	437,179	1,3551	ненасыщенная жидкость
11	3,43	104,52	0,00105	440,638	1,3551	ненасыщенная жидкость
12	3,43	150	0,00109	634,079	1,8387	ненасыщенная жидкость
13	3,43	241,4	0,00123	1044,227	2,7148	насыщенная жидкость (х=0)
14	3,43	241,4	0,05824	2802,904	6,1327	насыщенный пар (х=1)