АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

Методические указания и задания для выполнения интерактивной расчетно-графической работы № 2

по курсу «Техническая термодинамика»

Иваново 2013

Составители: И.М. ЧУХИН

 

Редактор И.А. КОЗЛОВА

Данные методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки бакалавров и специалистов: 140100, 140700, 141100, 140400, 220400, 280700, изучающих курс технической термодинамики. Они включают методику получения интерактивных вариантов заданий, основные теоретические положения и требования к оформлению расчетно-графической работы по расчету тепловой экономичности основных циклов паротурбинных установок (ПТУ). Задания, включают пять основных циклов ПТУ: простой цикл, цикл ПТУ с вторичным пароперегревателем, регенеративный цикл, теплофикационный цикл, цикл ПТУ на насыщенном водяном паре для АЭС. Методические указания содержат примеры получения интерактивных заданий, графические изображения схем и циклов ПТУ в h, s- диаграммах, методику проведения анализа их тепловой экономичности и список рекомендуемой литературы.

 

Методические указания утверждены цикловой методической комиссией ТЭФ

 

 

Рецензент

кафедра теоретических основ теплотехники Ивановского государственного энергетического университета

 

ЗАДАНИЕ № 1

 

Провести термодинамический расчет и анализ тепловой экономичности трех циклов ПТУ: простого цикла, цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем, регенеративного цикла. Все циклы ПТУ рассчитываются при одинаковых параметрах пара перед турбиной р_о, t_о и давлении пара в конденсаторе турбины р_к. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ выполняется по отношению к простому циклу. Все типы ПТУ должны иметь схематичное изображение, а их циклы представлены в T, s- и h, s- диаграммах без соблюдения масштаба.

В ряде вариантов заданий требуется термодинамическая оптимизация некоторых параметров рабочего тела ПТУ.

Варианты исходных данных к заданию 1 выдаются интерактивной программой на ЭВМ с дифференцированной оценкой уровня подготовки студента по соответствующей тематике этого задания.

 

 

1.1. Исходные данные и объем задания для простого цикла ПТУ

Каждый студент получает индивидуальное задание для термодинамического расчета простого цикла ПТУ. Схема простой ПТУ и ее цикл в в T, s- и h, s- диаграммах представлены на рис.1.1 -1.3.

 

 

 

 

Основные параметры рабочего тела, характеризующие простой цикл ПТУ, имеют обозначения:

р_о и t_o – давление и температура пара перед турбиной;

р_к – давление пара в конденсаторе турбины;

h_о – энтальпия пара перед турбиной;

h_к, h_кi – энтальпии пара на выходе из турбины в обратимом и необратимом процессах расширения;

ct_к’ – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из конденсатора;

ct_пв, ct_пвi – энтальпия воды на выходе из насоса в обратимом и необратимом процессах сжатия.

 

Исходные данные для расчета простого цикла ПТУ представлены следующими величинами:

р_о и t_o – давлением и температурой пара перед турбиной;

р_к – давлением пара в конденсаторе турбины;

h_oi – внутренним относительным КПД турбины;

h_н – адиабатным коэффициентом насоса.

h_м, h_г – механическим КПД и КПД электрического генератора;

Wэ – электрической мощностью ПТУ.

 

В пояснительной записке после отражения исходных данных задания 1.1 выполняется схематичное изображение простой ПТУ и ее цикла в T, s- и h, s- диаграммах (аналогично рис.1.1-1.3).

 

Расчет простого цикла ПТУ сводится к определению следующих величин:

1. q_эк, q_исп, q_пп – удельные величины теплоты, подведенной к рабочему телу в экономайзере, испарительной поверхности и пароперегревателе парового котла (только для обратимого цикла ПТУ);

2. q₁, q_1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

3. q₂, q_2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

4. ℓ _н, ℓ _нi – удельная техническая работа насоса в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

5. ℓ _т, ℓ _тi – удельная техническая работа турбина в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

6. ℓ _t, ℓ _i – удельная работа обратимого и необратимого циклов ПТУ;

7. h_t, h_i – термический и внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

8. h^н_t, h^н_i – термический и внутренний абсолютный КПД нетто цикла ПТУ (без учета работы насоса);

9. h_э – электрический КПД цикла ПТУ;

10. d_t, d_э – удельные расходы пара на выработанный кВт× ч в обратимом и необратимом (на единицу электрической работы) циклах ПТУ;

11. q_t, q_э – удельные расходы теплоты на выработанный кВт× ч в обратимом и необратимом (на единицу электрической работы) циклах ПТУ;

12. D – расход пара на паровую турбину при ее заданной электрической мощности W_э.

 

Основные исходные данные и результаты термодинамического расчета простого обратимого и необратимого циклов ПТУ сводятся в таблицу 1.1.

 

Таблица 1.1. Результаты расчета простого цикла ПТУ

Исходные данные	ро,	to,	pк,	hoi	hн	hм	hг	Wэ,
МПа	оС	МПа					МВт
Обр. цикл	q1,	q2,	ℓ т,	ℓ н,	ht	hнt	dt,	qt,
Необр. цикл	q1i,	q2i,	ℓ тi,	ℓ нi,	hi	hэ	dэ,	qэ,	D,
								кг/c

 

 

1.2. Исходные данные и объем задания для цикла ПТУ

ЗАДАНИЕ № 2

 

Провести термодинамический расчет теплофикационного цикла ПТУ с вторичным перегревом пара, регенерацией и отбором пара на тепловой потребитель. При расчетах работой насосов пренебречь.

Схема данной теплофикационной ПТУ представлена на рис. 2.1.

 

2.1. Исходные данные и объем задания для

Теплофикационного цикла ПТУ

 

Каждый студент получает индивидуальное задание для термодинамического расчета данного цикла ПТУ.

Исходные данные для расчета теплофикационного цикла ПТУ представлены следующими величинами:

р_о и t_o – давлением и температурой пара перед турбиной;

р_вп=р₁ – давление пара во вторичном пароперегревателе, равное давлению отбора пара из турбины на смешивающий регенеративный подогреватель;

t_вп – температура пара на выходе из вторичного пароперегревателя;

р_пт – давление отбора пара из турбины на тепловой потребитель;

t_кТП – температура возврата конденсата от теплового потребителя;

р_к – давлением пара в конденсаторе турбины;

h_oi^чвд – внутренний относительный КПД ЧВД турбины;

h_oi^чнд – внутренний относительный КПД ЧНД турбины;

D – расход пара на турбину;

Q_тп –тепловоя мощность потребителя теплоты.

 

Основные параметры рабочего тела, характеризующие такой цикл ПТУ, имеют обозначения:

р_о и t_o – давление и температура пара перед турбиной;

h_о – энтальпия пара перед турбиной;

р_вп и t_вп – давление и температура пара на выходе из вторичного пароперегревателя (ВПП);

р₁=р_вп – давление отбора пара из турбины на смешивающий регенеративный подогреватель;

h’_впi, h”_вп – энтальпии пара на входе и выходе из ВПП;

р_пт – давление отбора пара из турбины на тепловой потребитель;

h_птi – энтальпия отбора пара из турбины на тепловой потребитель;

р_к – давление пара в конденсаторе турбины;

h_кi – энтальпии пара на выходе из турбины;

ct_к’ – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из конденсатора;

t_кТП, ct_кТП – температура и энтальпия возврата конденсата от теплового потребителя;

ct₁’ – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из смешивающего регенеративного подогревателя.

 

В пояснительной записке после отражения исходных данных задания 2 выполняется схематичное изображение теплофикационной ПТУ и ее цикла в T, s- и h, s- диаграммах.

 

Расчет теплофикационного цикла ПТУ сводится к определению следующих величин:

1. D_тп – расхода пара на тепловой потребитель;

2. W_тi – внутренней мощности паровой турбины;

3. h_i – внутреннего абсолютного КПД цикла ПТУ (без учета работы насосов);

4. h_Q – коэффициента использования теплоты топлива цикла ПТУ;

5. е – коэффициента выработки электрической энергии на тепловом потреблении.

 

Основные исходные данные и результат термодинамического расчета теплофикационного цикла ПТУ сводятся в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1. Результаты расчета теплофикационного цикла ПТУ

Исходные данные

ро,

to=tвп,

pвп=р1,

ртп,

tкТП,

pк,

hoiчвд

hoiчнд

D,

Qтп,

МПа

оС

МПа

МПа

оС

МПа

кг/с

МВт

Расчетные величины

D1,

Dтп,

Q1,

Wтi,

Wтп,

hi

hQ

e

кг/c

кг/c

МВт

МВт

МВт

ЗАДАНИЕ № 3

 

Провести термодинамический расчет цикла ПТУ АЭС на насыщенном водяном паре. Выбрать оптимальное давление пара, идущего на пароперегреватель. Сравнить тепловую экономичность данного цикла АЭС с тепловой экономичностью аналогичной ПТУ на перегретом паре. При расчетах работой насосов пренебречь.

Схема данной ПТУ представлена на рис. 2.1.

 

 

Каждый студент получает индивидуальное задание для термодинамического расчета данного цикла ПТУ.

Исходные данные для расчета цикла ПТУ АЭС представлены следующими величинами:

р_о и х_o – давлением и степень сухости пара перед турбиной;

р_пп – давление пара, идущего на пароперегреватель, равное давлению отбора пара из турбины на смешивающий регенеративный подогреватель (при выполнении РГР это давление оптимизируется);

х_с – степень сухости пара на выходе из сепаратора;

Dt_пп – недогрев температуры пара на выходе из пароперегревателя до температуры греющего пара Dt_пп=t^н_o-t_пп;

р_к – давлением пара в конденсаторе турбины;

h_oi^чвд – внутренний относительный КПД ЧВД турбины;

h_oi^чнд – внутренний относительный КПД ЧНД турбины;

h_м, h_г – механическим КПД и КПД электрического генератора;

W_э – электрическая мощность турбины;

t_o=t_вп –температура пара перед ЧВД и ЧНД турбины, работающей на перегретом паре.

 

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

1. Необходимо наличие титульного листа, содержания с указанием страниц разделов, списка использованной литературы. Нумерация страниц обязательна (проставляется со второй страницы), все рисунки и таблицы должны иметь подписи.

2. После заголовка главы каждого задания приводится текст задания и вставляется страница с таблицей исходных данных (одна из табл. 1.1, 2.2, 3.3) с подписью инженера, подтверждающего его получение.

3. Глава каждого задания должна включать разделы с заглавиями, соответствующими пунктам номеров раздела (1.1. Расчет простого цикла ПТУ и т.д.…).

4. Перед расчетной частью каждой ПТУ должны быть приведены ее схема и цикл в T, s- и h, s- диаграммах (на одной диаграмме одновременно показывается обратимый и необратимый цикл ПТУ);

5. Расчетная часть должна сопровождаться краткими пояснениями, а форма записи вычислений – соответствовать виду – величина=расчетная формула=численные значения величин формулы=результат, размерность.

6. Все рекомендованные таблицы результатов расчета, включая таблицы исходных данных, должны быть приведены в соответствующих разделах.

7. При построении графиков расчетных зависимостей в масштабе необходимо наличие:

примеров расчета соответствующих параметров и сводных таблиц параметров этих точек (не менее 7);

на графике должна присутствовать масштабная сетка, а оптимизируемая величина показана в виде проекции соответствующей точки на оси координат.

8. В разделах, где требуется выполнение анализа и выводов по результатам расчета, необходимо приводить численные значения величин, подтверждающих то или иное утверждение.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Чухин, Иван Михайлович. Техническая термодинамика. Часть 2.: учеб. пособие / И.М.Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина». – Иваново, 2008. – 228 с.

2. Чухин, Иван Михайлович. Сборник задач по технической термодинамике: учеб. пособие./ И.М.Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина». – Иваново, 2011. – 248 с.

3. Чухин, Иван Михайлович. Методические указания к расчету термодинамической эффективности циклов паротурбинных установок / И.М.Чухин: Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И.Ленина. Каф. ТОТ. – Иваново, 2002, 56 с. (№ 1446)

4. Ривкин, Соломон Лазаревич. Теплофизические свойства воды и водяного пара: справочник / С.Л.Ривкин, А.А.Александров. – М.: Энергия, 1980. – 424 с.

5. Александров, Алексей Александрович. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справочник / А.А.Александров, Б.А.Григорьев. – М.: Издательство МЭИ, 2003. – 168 с.

6. Александров, Алексей Александрович. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики: справочник / А.А.Александров, К.А.Орлов, В.Ф.Очков. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 224 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица П.1. Исходные данные для выполнения задания 1

___________________ (Ф.И.О.)	Группа	ЭВМ № таб.№
Тип ПТУ с электрической мощностью Wэ= МВт, hм=0, 98, hг=0, 99
1.1.Простой цикл ПТУ	1.2.Цикл ПТУ с ВПП	1.3.Регенеративный цикл ПТУ
ро= МПа	рвп= МПа	Число реген. подогревателей
to= оС	tвп= оС	n=
рк= МПа	hoiчвд=	hoi - как в простом цикле
hoi=	hoiчнд=
hн=	hн - как в простом цикле
Расчетная величина на ЭВМ	=
Цикл ПТУ	простой
Подтверждение деж. инженера: ….......201… ____________________________ (Ф.И.О. роспись)

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

Таблица П.2. Исходные данные для выполнения задания 2

. (Ф.И.О.)	Группа	ЭВМ № таб.№
Теплофикационный цикл ПТУ
ро= МПа	D= кг/с	Qтп= МВт
to= оС	hoiчвд=	ртп= МПа
рвп=р1= МПа	hoiчнд=	tкТП= оС
tвп= оС
рк= МПа
Расчетная величина на ЭВМ	=
Подтверждение деж. инженера: ….......201… ____________________________ (Ф.И.О. роспись)

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

Таблица П.3. Исходные данные для выполнения задания 3

. (Ф.И.О.)	Группа	ЭВМ № таб.№
ПТУ электрической мощности Wэ= МВт, hм=, hг=
Цикл АЭС на насыщенном паре	ПТУ на перегретом паре
ро= МПа	хс=	to=tвп= оС
хo=	Dtпп= оС	рвп=рпп=р1
рпп= р1 = МПа	hoiчвд=	Остальные параметры такие же, как в цикле АЭС
рк= МПа	hoiчнд=
Расчетная величина на ЭВМ	=
Подтверждение деж. инженера: __.__.201_ ____________________________ (Ф.И.О. роспись)

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. ЗАДАНИЕ № 1 …………………………………………………………3

1.1. Исходные данные и объем задания для простого

цикла ПТУ.................................................................................3

1.2. Исходные данные и объем задания для цикла ПТУ

с вторичным пароперегревателем ……..…...……….………..6

1.3. Исходные данные и объем задания для регенеративного

цикла ПТУ ………………………...……………...…….…………11

1.4. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ …...…….15

1.5. Работа на ЭВМ с интерактивной программой выдачи

варианта задания 1 ……….………………………………..…...16

2. ЗАДАНИЕ № 2 ………………..……………………………….……..21

2.1. Исходные данные и объем задания для

теплофикационного цикла ПТУ ….…..………………..………21

2.2. Работа на ЭВМ с интерактивной программой выдачи

варианта задания 2 ……..……..………………………..………23

3. ЗАДАНИЕ № 3 ……………………………………………..………...27

3.1. Расчет тепловой экономичности цикла АЭС на насыщенном

водяном паре …………….…………………………………...….28

3.2. Сравнение тепловой экономичности цикла ПТУ АЭС на

насыщенном водяном паре и ПТУ на перегретом паре ….30

3.3. Работа на ЭВМ с интерактивной программой выдачи

варианта задания 3 ……………………………………...…...…31

4. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ …………………….36

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК …………………………………..37

ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………...…..38

П1. Таблица исходных данных для выполнения задания 1 …...38

П2. Таблица исходных данных для выполнения задания 2..….39

П3. Таблица исходных данных для выполнения задания 3..….40

 

 

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

Методические указания и задания для выполнения интерактивной расчетно-графической работы № 2

по курсу «Техническая термодинамика»

 

Составители: ЧУХИН Иван Михайлович

Редактор Н.Б. Михалева

 

Подписано в печать.. 2013 г. Формат 60´ 84 I/16.

Печать плоская. Усл. печ. л.,.

Тираж 300 экз. Заказ

ФГОУВПО «Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И.Ленина»

Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34.

 

 

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИКЛОВ ПТУ

Методические указания и задания для выполнения интерактивной расчетно-графической работы № 2

по курсу «Техническая термодинамика»

Иваново 2013

Составители: И.М. ЧУХИН

 

Редактор И.А. КОЗЛОВА

Данные методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки бакалавров и специалистов: 140100, 140700, 141100, 140400, 220400, 280700, изучающих курс технической термодинамики. Они включают методику получения интерактивных вариантов заданий, основные теоретические положения и требования к оформлению расчетно-графической работы по расчету тепловой экономичности основных циклов паротурбинных установок (ПТУ). Задания, включают пять основных циклов ПТУ: простой цикл, цикл ПТУ с вторичным пароперегревателем, регенеративный цикл, теплофикационный цикл, цикл ПТУ на насыщенном водяном паре для АЭС. Методические указания содержат примеры получения интерактивных заданий, графические изображения схем и циклов ПТУ в h, s- диаграммах, методику проведения анализа их тепловой экономичности и список рекомендуемой литературы.

 

Методические указания утверждены цикловой методической комиссией ТЭФ

 

 

Рецензент

кафедра теоретических основ теплотехники Ивановского государственного энергетического университета

 

ЗАДАНИЕ № 1

 

Провести термодинамический расчет и анализ тепловой экономичности трех циклов ПТУ: простого цикла, цикла ПТУ с вторичным пароперегревателем, регенеративного цикла. Все циклы ПТУ рассчитываются при одинаковых параметрах пара перед турбиной р_о, t_о и давлении пара в конденсаторе турбины р_к. Сравнение тепловой экономичности циклов ПТУ выполняется по отношению к простому циклу. Все типы ПТУ должны иметь схематичное изображение, а их циклы представлены в T, s- и h, s- диаграммах без соблюдения масштаба.

В ряде вариантов заданий требуется термодинамическая оптимизация некоторых параметров рабочего тела ПТУ.

Варианты исходных данных к заданию 1 выдаются интерактивной программой на ЭВМ с дифференцированной оценкой уровня подготовки студента по соответствующей тематике этого задания.

 

 

1.1. Исходные данные и объем задания для простого цикла ПТУ

Каждый студент получает индивидуальное задание для термодинамического расчета простого цикла ПТУ. Схема простой ПТУ и ее цикл в в T, s- и h, s- диаграммах представлены на рис.1.1 -1.3.

 

 

 

 

Основные параметры рабочего тела, характеризующие простой цикл ПТУ, имеют обозначения:

р_о и t_o – давление и температура пара перед турбиной;

р_к – давление пара в конденсаторе турбины;

h_о – энтальпия пара перед турбиной;

h_к, h_кi – энтальпии пара на выходе из турбины в обратимом и необратимом процессах расширения;

ct_к’ – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из конденсатора;

ct_пв, ct_пвi – энтальпия воды на выходе из насоса в обратимом и необратимом процессах сжатия.

 

Исходные данные для расчета простого цикла ПТУ представлены следующими величинами:

р_о и t_o – давлением и температурой пара перед турбиной;

р_к – давлением пара в конденсаторе турбины;

h_oi – внутренним относительным КПД турбины;

h_н – адиабатным коэффициентом насоса.

h_м, h_г – механическим КПД и КПД электрического генератора;

Wэ – электрической мощностью ПТУ.

 

В пояснительной записке после отражения исходных данных задания 1.1 выполняется схематичное изображение простой ПТУ и ее цикла в T, s- и h, s- диаграммах (аналогично рис.1.1-1.3).

 

Расчет простого цикла ПТУ сводится к определению следующих величин:

1. q_эк, q_исп, q_пп – удельные величины теплоты, подведенной к рабочему телу в экономайзере, испарительной поверхности и пароперегревателе парового котла (только для обратимого цикла ПТУ);

2. q₁, q_1i – удельная теплота, подведенная к рабочему телу в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

3. q₂, q_2i – удельная теплота, отведенная от рабочего тела в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

4. ℓ _н, ℓ _нi – удельная техническая работа насоса в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

5. ℓ _т, ℓ _тi – удельная техническая работа турбина в обратимом и необратимом циклах ПТУ;

6. ℓ _t, ℓ _i – удельная работа обратимого и необратимого циклов ПТУ;

7. h_t, h_i – термический и внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;

8. h^н_t, h^н_i – термический и внутренний абсолютный КПД нетто цикла ПТУ (без учета работы насоса);

9. h_э – электрический КПД цикла ПТУ;

10. d_t, d_э – удельные расходы пара на выработанный кВт× ч в обратимом и необратимом (на единицу электрической работы) циклах ПТУ;

11. q_t, q_э – удельные расходы теплоты на выработанный кВт× ч в обратимом и необратимом (на единицу электрической работы) циклах ПТУ;

12. D – расход пара на паровую турбину при ее заданной электрической мощности W_э.

 

Основные исходные данные и результаты термодинамического расчета простого обратимого и необратимого циклов ПТУ сводятся в таблицу 1.1.

 

Таблица 1.1. Результаты расчета простого цикла ПТУ

Исходные данные	ро,	to,	pк,	hoi	hн	hм	hг	Wэ,
МПа	оС	МПа					МВт
Обр. цикл	q1,	q2,	ℓ т,	ℓ н,	ht	hнt	dt,	qt,
Необр. цикл	q1i,	q2i,	ℓ тi,	ℓ нi,	hi	hэ	dэ,	qэ,	D,
								кг/c

 

 

1.2. Исходные данные и объем задания для цикла ПТУ

123Следующая ⇒

Поделиться: