Некоммерческое акционерное общество

Алматинский университет  энергетики и связи

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ЭНЕРГОИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Методические указания к курсовой работе для бакалавров специальности 5В071700 – Теплоэнергетика

 

 

Алматы 2010 

СОСТАВИТЕЛЬ: Э.А.Сериков, С. К. Абильдинова. Теплоэнергетические системы и энергоиспользование. Методические указания к курсовой работе для бакалавров специальности 5В0717 – «Теплоэнергетика» - Алматы: АУЭС, 2010. – 12 с.

 

В методических указаниях к курсовой работе приводятся задания к курсовой работе, общие методические указания по составлению сводной таблицы параметров воды и пара на регенеративных отборах паровой турбины, а также  методика построения процесса расширения пара в турбине  и расчета тепловой схемы паротурбинной установки. Правильность проведенных расчетов подтверждается при составлении энергетического баланса и определении технико-экономических показателей паротурбинной установки и ТЭЦ. Курсовая работа является составной частью курса «Теплоэнергетические системы и энергоиспользование»  ТЭС и ЭИ.

         Разработка предназначена для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению 5В0717 – Теплоэнергетика очной и зоочной формы обучения.

 Курсовая  работа  выполняется с целью закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков по расчетам тепловых схем и определению технико-экономических показателей ТЭС. Для выполнения курсовой работы необходимы знания следующих базовых дисциплин: тепломассобмен, техническая термодинамика.

 

1       Общие методические указания 

   Курсовая работа включает расчетно-пояснительную записку и графическую часть. Записка оформляется на листах формата А4. Графическая часть состоит из принципиальной тепловой схемы ТЭЦ на формате А3 и процесса расширения пара в турбине в h-s диаграмме, выполняемых на миллиметровке формата А4 и входящих в пояснительную записку. Расчеты выполняются в системе SI, допускается применять единицы измерения принятые на производстве и Госкомстатом. Варианты заданий приведены в приложении № 1.

 

 2 Задание на курсовую работу

 

-   рассчитать тепловую схему турбины;

-   определить технико-экономические показатели ТЭЦ.

 

3 Методические указания по выполнению работы

 

   3.1 Построение процесса расширения пара в турбине в h-s диаграмме

 

   Построение процесса расширения пара в турбине производится для турбины типа «ПТ». Для построения необходимы следующие параметры:

-   давление и температура острого пара, Ро, to

-   давление в конденсаторе, Pк

-   авления пара в отборах, Рi

-   внутренний относительный КПД турбины, hoi

   Дросселирование острого пара в регулирующих клапанах турбины принять 8 %, а пара производственного и теплофикационного отборов по 5 %.

                                                                                                             (3.1)

   Начальная точка 0 находится на пересечении изобары Ро и изотермы to, ей соответствует энтальпия hо. С учетом соотношения (4.1) определяем точку 0’, от которой опускаем адиабату до изобары Рп. Определив значение адиабатной энтальпии пара производственного отбора hпад, вычисляем по формуле (4.2) энтальпию пара hп в точке П. Отрезок П-Псоответствует дросселированию пара в поворотных диафрагмах производственного отбора. Далее аналогично: адиабатный процесс расширения пара до давления Рт., вычисление действительной энтальпии hт по формуле (4.2) в точке Т, нахождение точки Т’ по формуле (4.1) и точно также для последнего участка процесса расширения пара в турбине Т-К.

                                                                                         (3.2)

  Энтальпии пара в остальных точках определяются по пересечению политропы 0-0-П-П-Т-Т-K и изобар, соответствующих давлениям в отборах. Давления в отборах указаны в приложении № 1.

                              

 

Рисунок 3.1 - Процесс расширения пара в турбине типа «ПТ»

  

  3.2 Составление таблицы параметров пара и воды

 

  Для упрощения расчета тепловой схемы составляется сводная таблица параметров пара и воды. Примерная таблица приведена ниже.

 

Таблица 3.1 – Параметры пара, питательной воды и конденсата

п/п

Параметры

Обозна

чение

Характерные точки процесса

0

1

2

3

Д

4

5

6

7

К

1

Давление пара, МПа

Рi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Энтальпия пара, кДж/кг

hi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

Температура насыщения, 0С

tнi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Энтальпия насыщения воды, кДж/кг

hi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

Температура воды после подогревателя, 0С

tвi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Давление воды после подогревателя, МПа

Рвi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Энтальпия воды после подогревателя, кДж/кг

hвi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Теплоперепад, кДж/кг

Hi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

Коэффициент недовыработки

yi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Давление и энтальпия пара принимаются из процесса расширения по h-s диаграмме. Температура насыщения и энтальпия насыщения из таблицы насыщения [1]. Температура воды после подогревателя вычисляется по формуле (3.3):

                                                               (3.3)

   где   tнi – температура насыщения при давлении в подогревателе;

   d - недогрев воды, для ПВД - 3, для ПНД - 5 градусов.

   Давление воды после подогревателя принимается с учетом сопротивления ПНД и ПВД. Давление воды после ПНД для всех типов турбин принимается одинаковым. Давление питательной воды после ПВД определяется по формуле:

Рвi = Рпн - SDPпвдi                                                                                  (3.4)

 где Рпн – давление питательного насоса, кг/см2.

 Для турбоагрегатов с давлением пара 130 кг/см2, принимается Рпн = 170-180 кг/см2, для давления 90 кг/см2Рпн = 115-120 кг/см2 и с давлением пара 29-35 кг/см2 - Рпн = 38-40 кг/см2.  DРпвдi гидравлическое сопротивление ПВД, принимается 2,5 кг/см2.

  Давление основного конденсата после ПНД определяется по формуле:

Ркнi = Ркн - SDPпндi                                                                                  (3.5)

  где   Ркн – давление конденсатного насоса, кг/см2.

  Для турбоагрегатов с давлением пара 130 кг/см2, принимается

  Ркн = 15 кг/см2;  с давлением пара 90 кг/см2

  Ркн = 12 кг/см2 и с давлением пара 29-35 кг/см2Ркн = 10 кг/см2.

  DРпндi гидравлическое сопротивление ПНД принимается 1,2 кг/см2.

 

  Энтальпия воды после подогревателя принимается по [1] по температуре и давлению воды на выходе из подогревателя.

 Теплоперепад каждого отбора вычисляется как

.                                                           (3.5)

 

  Коэффициент недовыработки электроэнергии паром из i-го отбора:

.                                                            (3.6)

  Давление в деаэраторе во всех вариантах Рд = 6 кг/см2. Давление в конденсаторе принимается по заданию в приложении № 1.

 

                 4.3 Расчет тепловой схемы

                

                  Методика расчета  тепловой схемы предусматривает определение расходов пара на регенеративных отборах для группы подогревателей ПНД, ПВД и расширителя непрерывной продувки.

 

Рисунок 3.2 - Принципиальная тепловая схема турбоустановки типа «ПТ»

 

  3.3.1 Предварительная оценка расхода пара на турбину

        

, кг/с                                         (3.7)

          где: N - номинальная электрическая мощность турбины, кВт;

                 Ho - полный теплоперепад в турбине, кДж/кг;

                  уп, утсоответственно коэффициент недовыработки производственного и теплофикационного отборов;

                 Dп, Dт - соответственно расходы пара из производственного и теплофикационного отборов, кг/с.

   3.3.2 Паропроизводительность котлов

 

                                                          (3.8)

    где aут - доля утечек в цикле, принимается 0,02.

          3.3.3  Расход питательной воды                                       (3.9)

где: aпр - доля непрерывной продувки, для котлов на давление пара 140 кг/см2, принимается 0,012, на давление - 100 кг/см2 - 0,015, на давление – 40 кг/см2 – 0,018.

 

3.3.4      Расчет расширителя непрерывной продувки

     

 

                                                    (3.10)

 

3.3.5 Расчет группы ПВД

                                                      

 

 
              (3.11)

 

где hпн   - энтальпия воды за питательным  насосом.

 , кДж/кг                             (3.12)                        

Средний удельный объем воды в насосе:   

; м3/кг                                                (3.13)

где vпн , vвс - соответственно удельные объемы воды  за насосом и на входе,

принимаются по таблице [1], при давлении питательного насоса pпн  и КПД насоса hн=0,82.

  Решая систему (3.11), определяем расходы пара на ПВД: D1, D2 и D3.

 

3.3.6      Расчет деаэратора

   

 Dкн+ Dок + Dp + Dпвд + Dд = Dпв                                     (3.14)

 где Dок - расход обратного конденсата, принять     

       Dок = Dп ;   

        hок - энтальпия обратного конденсата,

        hок =293,3 кДж/кг.

        hд = 0,98 - КПД деаэратора.

        Dпвд =D1 + D2 + D3 .

  Решая систему уравнений теплового и материального баланса, определяем расход пара на деаэратор Dд3 и расход основного конденсата Dкн.

 

3.3.7                       Расчет группы ПНД

 

   

                  (3.15)

    Решая систему уравнений (3.15), определяем расходы греющего пара на ПНД D4, D5, D6 и D7.

 

   3.4 Энергетический баланс

 

   Проверкой правильности определения всех расходов является сходимость энергетического баланса. Мощность потока пара i-отбора определяется как

; кВт.                                               (3.16)

   В отборах, где несколько потоков пара необходимо просуммировать все расходы, например, ПВД-3, производственный пар, деаэратор; ПНД-6 и основной сетевой подогреватель (см. тепловую схему турбоустановки).

  Сумма мощностей отборов, включая конденсационный, должна быть равной номинальной мощности турбины. Неувязка баланса не должна превышать  ± 0,5 %.

.                                                     (3.17)

  В случае отклонении больше допускаемого значения, следует скорректировать расходы пара в отборах, не меняя Dn и Dт.

 

6 Технико-экономические показатели турбоустановки и ТЭЦ

 

Технико-экономические показатели определяются для рассчитанной турбоустановки с энергетическим котлом и ТЭЦ в целом, включая ПВК.

Расход тепла на турбоустановку

.                                                          (3.18)

Отпуск тепловой энергии с производственным паром

.                                                          (3.19)

Отпуск тепловой энергии из теплофикационного отбора

.                                                         (3.20)

Расход тепла на производство электроэнергии

.                                                        (3.21)

КПД турбоустановки по производству электроэнергии

 .                                                              (3.22)

КПД ТЭЦ по отпуску тепловой энергии

                                                            (3.23)

          где: hп =0,98 - КПД сетевых подогревателей (основных бойлеров);

                 hтр =0,98 - КПД транспорта (трубопроводов);

                 hка =0,9 - КПД котельного агрегата. 

Абсолютный КПД ТЭЦ по производству электроэнергии

.                                                           (3.24)

Удельный расход условного топлива по отпуску электроэнергии

; кг/кВт*ч.                                                  (3.25)

Удельный расход условного топлива по отпуску тепловой энергии ТУ

; кг/Гкал.                                                      (3.26)

 

 

Список литературы

1.   Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Спр-к, 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -80 с.

2.   Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции, - М.: Энергоатомиздат, 1987.

    -328 с.

3.   Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции, - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 214 с.

4.   Теплотехнический справочник т.1, - М.: Энергия, 1975. - 743 с.

5.   Тепловые и атомные электрические станции: Спр-к /Под общ. ред. Чл-корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина. - 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Издательство МЭИ, 2003 -645 с.: ил. – (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн.3)

Содержание

Введение                                                                                                     

1 Общие методические указания    

2 Задание на курсовую работу

3 Методические указания по выполнению работы     

4 Энергетический баланс    

5 Технико-экономические показатели турбоустановки и ТЭЦ         

  Литература                                                                                                            

Приложение А

Варианты заданий

варианта

Расход произ-го

пара Dп  т/ч

Давление произ-го пара Рп   кг/см2

Расход теплоф-го

пара Dт  т/ч

Давление теплоф-го

пара Рт   кг/см2

Внутренний

относительный

КПД турбины

Давление в отборах и конденсаторе, кг/см2

Тип паровой турбины

Р1

Р2

Р3

Р4

Р5

Р6

Р7

Рк

1

2

3

5

6

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

1

284

14,1

124

1,63/0,49

0,800

33,2

22,3

14,1

5,33

2,95

1,63

0,49

0,051

ПТ-140/165-130/15

2

302

13,5

105

1,74/0,52

0,781

35,1

24,1

13,5

5,50

3,78

1,74

0,52

0,057

3

182

12,5

86

2,25/0,53

0,795

44,1

22,5

12,5

4,82

3,26

2,25

0,53

0,059

ПТ-80/100-130/13

4

193

13,3

67

2,35/0,76

0,815

43,5

21,4

13,3

4,91

3,91

2,35

0,76

0,052

5

66

14,3

38

1,22

0,785

42,7

25,6

14,3

5,33

3,38

1,27

0,62

0,045

ПТ-60/75-130/13

6

63

12,5

45

1,26

0,793

44,0

24,5

12,5

5,38

3,17

1,19

0,59

0,043

7

115

12,8

53

1,23

0,805

37,2

21,6

12,8

5,37

3,67

1,23

0,7

0,042

ПТ-60/75-90/13

8

105

12,6

32

1,21

0,795

36,6

22,6

12,6

5,51

3,71

1,21

0,65

0,046

9

85

7,2

49

1,18

0,805

34,1

21,7

7,2

4,50

2,7

1,18

0,4

0,053

ПТ-50/60-130/7

10

98

7,5

38

1,23

0,787

35,5

22,1

7,5

4,82

2,8

1,23

0,5

0,045

11

112

15,0

44

1,31

0,789

36,1

25,4

15,0

5,32

3,0

1,31

0,65

0,055

ПТ-50/60-130/15

12

92

13,2

56

1,18

0,807

37,2

26,3

13,2

5,26

2,9

1,18

0,63

0,054

13

53

10,3

24

1,20

0,802

25,6

16,3

10,3

2,45

1,2

-

-

0,052

ПТ-25/30-90/10

14

41

9,4

22

1,12

0,803

22,8

15,8

9,4

2,50

1,12

-

-

0,051

15

28

10,2

19

1,18

0,792

25,1

14,9

10,2

3,27

1,18

0,71

-

0,054

ПТ-12/15-90/10

16

32

9,3

21

1,22

0,799

26,2

15,3

9,3

3,70

1,22

0,75

-

0,055

17

45

9,9

31

1,31

0,802

25,4

15,7

9,9

4,50

1,31

0,66

-

0,052

ПТ-30/40-90/10

18

41

10,1

33

1,25

0,808

26,5

15,1

10,1

3,91

1,25

0,68

-

0,056

19

243

15,3

112

1,86/0,55

0,789

34,5

23,4

15,3

5,40

3,3

1,86

0,55

0,050

ПТ-150/165-130/15

20

207

14,2

123

1,74/0,52

0,795

35,2

23,9

14,2

5,52

2,8

1,74

0,52

0,057

21

169

13,4

63

1,55/0,55

0,796

44,1

22,5

12,5

4,81

2,2

1,55

0,55

0,054

ПТ-80/100-130/13

22

178

12,8

58

1,85/0,64

0,793

43,5

21,4

13,3

4,94

1,9

1,85

0,64

0,053

23

86

12,9

46

1,27

0,810

43,1

25,5

12,9

5,59

3,38

1,27

0,62

0,042

ПТ-60/75-130/13

24

74

13,2

44

1,19

0,804

44,3

26,1

13,2

5,35

3,17

1,19

0,59

0,043

25

89

14,0

37

1,27

0,796

37,2

22,4

14,0

5,37

3,64

1,27

0,67

0,046

ПТ-60/75-90/13

 

 Окончание таблицы А                                                                                                                                                               

26

97

12,2

46

1,30

0,807

36,6

21,5

12,2

5,21

3,52

1,30

0,71

0,048

 

1

2

3

5

6

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

27

77

6,9

38

1,21

0,811

33,8

21,8

6,9

4,53

2,87

1,21

0,44

0,053

ПТ-50/60-130/7

28

68

7,5

34

1,22

0,808

35,2

22,4

7,5

4,77

2,85

1,22

0,52

0,045

29

101

14,4

46

1,35

0,810

36,3

25,8

14,4

5,32

3,2

1,35

0,63

0,052

ПТ-50/60-130/15

30

98

13,5

36

1,19

0,798

37,6

26,7

13,5

5,26

3,0

1,19

0,61

0,057

31

53

10,2

24

1,22

0,800

25,5

16,3

10,2

2,54

1,22

-

-

0,054

ПТ-90/30-90/10

32

41

9,7

22

1,12

0,781

22,7

15,8

9,7

2,65

1,12

-

-

0,050

33

29

10,3

19

1,18

0,795

25,1

14,9

10,3

3,28

1,18

0,70

-

0,053

ПТ-12/15-90/10

34

25

9,5

21

1,22

0,815

26,2

15,3

9,5

3,47

1,22

0,77

-

0,054

35

45

10,9

31

1,21

0,785

25,5

15,6

10,9

4,51

1,21

0,69

-

0,051

ПТ-30/40-90/10

36

41

9,1

33

1,23

0,793

26,4

15,5

9,1

3,98

1,23

0,66

-

0,055

37

-

-

266

1,95/0,46

0,805

33,2

22,8

12,2

5,71

2,95

1,95

0,46

0,049

Т-110/120-130-5

38

-

-

304

1,95/0,46

0,795

33,8

22,4

11,9

5,52

3,11

1,88

0,65

0,061

39

-

-

244

1,98/0,46

0,805

32,4

20,9

10,8

4,98

2,53

1,98

0,46

0,038

Т-55/65-130/13

40

-

-

211

1,57/0,52

0,812

32,8

21,2

11,4

5,01

2,50

1,57

0,52

0,042

41

68

11

298

2,15/0,47

0,802

32,4

11,2

4,71

2,15

0,47

-

-

0,044

Тп-115/125-130-2

42

65

12

308

1,99/0,59

0,803

33,8

11,5

4,52

1,99

0,59

-

-

0,041

43

 

 

210

2,23/0,72

0,792

33,4

20,9

10,8

5,08

2,93

2,23

0,72

0,043

Т-60/65-130

44

 

 

224

2,07/0,75

0,799

33,7

21,6

11,2

5,16

2,74

2,07

0,75

0,039

45

118

13,5

49

1,18

0,802

34,0

21,6

13,5

4,52

2,75

1,18

0,4

0,051

ПТ-50/60-130/13

46

107

12,9

52

1,42

0,808

35,3

22,2

12,9

4,61

2,82

1,42

0,5

0,047

47

166

13,9

60

1,47/0,53

0,789

44,5

22,6

13,9

4,82

2,25

1,47

0,53

0,051

ПТ-80/100-130/13

48

187

11,8

38

1,53/0,56

0,795

43,8

21,9

11,8

4,91

2,68

1,53

0,56

0,052

49

203

9,3

148

1,82/0,68

0,796

24,4

9,3

4,65

1,82

0,68

-

-

0,050

ПТ-90/120-130/10

50

195

9,6

121

1,93/0,71

0,793

23,5

9,6

4,76

1,93

0,71

-

-

0,048

51

381

16,0

142

1,59/0,46

0,814

33,5

22,8

16,0

5,31

2,3

1,59

0,46

0,045

ПТ-150/165-130/15

52

378

18,0

137

1,61/0,52

0,806

34,1

23,2

18,6

5,45

2,62

1,61

0,52

0,047

53

-

-

522

1,95/0,64

0,804

33,6

22,8

12,2

5,11

2,75

1,95

0,64

0,049

Т-175/210-130

54

-

-

531

1,88/0,61

0,792

32,8

21,4

11,9

5,02

3,11

1,88

0,61

0,051

55

96

27,2

477

1,78/0,66

0,801

35,2

27,2

4,2

1,78

0,66

-

-

0,045

Тп-185/220-130-2

с пром. 555/555 оС

56

94

23,8

502

1,81/0,54

0,783

36,3

26,8

4,6

1,81

0,54

-

-

0,048

57

90

11,3

512

2,24/0,70

0,788

29,3

11,3

4,9

2,24

0,70

-

-

0,056

Тп-185/215-130-4

с пром. 555/555 оС

 Окончание таблицы А                                                                                                                                                              

58

84

12,8

489

2,05/0,62

0,792

28,7

12,8

4,8

2,05

0,62

-

-

0,050

 

59

63

13

233

1,87/0,67

0,795

27,3

13,8

4,53

1,87

0,67

-

-

0,052

Тп-90/100-90-3

90 кг/см2, 535 оС

60

67

16

241

2,06/0,58

0,787

29,8

16,7

5,09

2,06

0,58

-

-

0,054