Тема: Расчет тепловой схемы геотермальной электростанции
Геотермальная электростанция состоит из двух турбин:
·
·
первая – работает насыщенном водяном паре, полученном в расшири-
теле. Электрическая мощность – N эПТ = 3 МВт;
вторая – работает на насыщенном паре хладона – R11, который испа-
ряется за счёт тепла воды, отводимой из расширителя. Электрическая
мощность - N эХТ, МВт.
Вода из геотермальных скважин с температурой t гв = 175 °С посту-
пает в расширитель. В расширителе образуется сухой насыщенный пар с
18 
температурой на 25 градусов меньше t гв. Этот пар направляется в пер-
вую турбину. Оставшаяся вода из расширителя идёт в испаритель, где
охлаждается на 60 градусов и закачивается обратно в скважину. Недог-
рев в испарительной установке – 20 градусов. Рабочие тела расширяют-
ся в турбинах и поступают в конденсаторы, где охлаждаются водой из
реки с температурой t хв = 5 °С. Нагрев воды в конденсаторе составляет
10 ºС, а недогрев до температуры насыщения 5 ºС.
Относительные внутренние КПД турбин ç оi = 0,8. Электромехани-
ческий КПД турбогенераторов çэм = 0,95.
Определить:
·
·
·
·
электрическая мощность турбины, работающей на хладоне – N эХТ и
суммарную мощность ГеоТЭС;
расходы рабочих тел на обе турбины;
расход воды из скважины;
КПД ГеоТЭС.
Исходные данные взять из таблицы 3 по вариантам.
19 
Таблица 3
Исходные данные для задачи № 3
20 
| Вариант
| NэПТ, МВт
| о
tгв, С
| Хладон
| о
tхв, С
| |
|
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 2,5
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 3,5
|
| R114
|
| |
| 3,0
|
| R114
|
| |
| 2,5
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 1,5
|
| R114
|
| |
| 3,0
|
| R114
|
| |
| 2,5
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 1,5
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 2,5
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 2,5
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 3,5
|
| R114
|
| |
| 3,2
|
| R114
|
| |
| 3,0
|
| R114
|
| |
|
|
| R114
|
| |
| 1,6
|
| R114
|
| |
| 2,2
|
| R114
|
| |
| 2,5
|
| R114
|
| |
| 3,5
|
| R114
|
| |
| 2,9
|
| R114
|
| |
| 3,5
|
| R114
|
| |
| 3,4
|
| R114
|
| |
| 3,2
|
| R114
|
|
| |
Решение
1. Изобразим принципиальную схему геотермальной станции (рис. 1).
Рис.1 Принципиальная схема геотермальной станции.
2. Определим температуры в характерных точках:
ПТ
| 25 175 25 150 о ГВt С − = − = °
| |
ПТ
выхИ
ХТ
ХТ
3. Определяем энтальпии в характерных точках:
2
| По таблице воды и водяного пара
| | энтальпия сухого насыщен-
ного пара воды на входе в
турбину по температуре
ПТ
tо = 150° С
| ПТ
hо = 2745.9 кДж кг
| | энтальпия (теоретическая) на
выходе из турбины (находим
из условия адиабатного рас-
ширения паров воды в тур-
бине) при температуре
ПТ
tк = 20° C
| ПТ
hкt = 2001.3 кДж кг
| | энтальпия воды на выходе из
конденсатора при температу-
ПТ
ре tк = 20° C
| ПТ
hк ′ = 83,92 кДж кг
| | энтальпия воды на выходе из
геотермальной скважины при
температуре t ГВ = 175° С
| hГВ = t ГВ ⋅ с р = 175 ⋅ 4,19 = 733,25 кДж / кг
| | энтальпия воды перед испа-
рителем находим по темпера-
ПТ
туре tо = 150° С
| h ′ р = 632.25 кДж кг
| | энтальпия воды на выходе из
испарителя находим по тем-
выхИ
пературе tгв = 90° С
| выхИ
hгв = 376.97 кДж / кг
| | По диаграмме lgP-h для хладона R11
| | энтальпия сухого насыщен-
ного пара хладона перед тур-
биной при температуре
ХТ
tо = 130° С
| ХТ
hо = 447,9 кДж / кг
|
| |
| tк хв + 5 + 10 = 5 + 5 + 10 = 20° C
| |
| tгв ГВ − 25 − 60 = 175 − 25 − 60 = 90° С
| |
| tо ГВ − 25 − 20 = 175 − 25 − 20 = 130° С
| |
| tк хв + 5 + 10 = 5 + 5 + 10 = 20° C
| |
4. Рассчитываем располагаемый теплоперепад в турбине:
ПТ ПТ
5. Находим действительный теплоперепад в турбине:
НiПТ = НОПТ ⋅ç oi = 744,6 ⋅ 0,8 = 595,7 кДж / кг.
6. Расход пара (воды из геотермальной скважины) на водяную
турбину находим по формуле:
DоПТ =
N э
НiПТ ⋅ç эм
=
3 ⋅103
595,7 ⋅ 0,95
= 5,3 кг / с.
7. Расход воды из геотермальной скважины на испаритель и на
всю ГеоТЭС в общем находим из системы уравнений:
ПТ И
ПТ ИСП
.
Решая эту систему, находим:
7.1 расход воды из геотермальной скважины на испаритель:
И
ПТ
hГВ − hр
2745,9 − 733,25
733,25 − 632, 25
7.2 расход воды из геотермальной скважины в общем
DГВ = 5,3 + 105,6 = 110,9 кг / с.
3 
| энтальпия (теоретическая) на
выходе из турбины (находим
из условия адиабатного рас-
ширения паров хладона в
турбине) при температуре
ХТ
tк = 20° C
| ХТ
hкt = 396,5 кДж / кг
| | энтальпия хладона на выходе
из конденсатора находим при
ХТ
температуре tк = 20° C
| ХТ
hк ′ = 217 кДж / кг
|
| |
| НО о кПt Т = 2745,9 − 2001,3 = 744,6 кДж / кг.
| |
| ⎧⎪ DГВ ГВ = DoПТ ⋅ hо ГВСП ⋅ h ′ p
| |
8. Расход хладона во второй турбине находим из уравнения тепло-
вого баланса:
ИСП выхИ ХТ ХТ
где ç и = 0,98 - КПД испарителя.
DоХТ
=
И
⋅ç и ⋅
hр − hвыхИ
ХТ
= 105,6 ⋅ 0,98 ⋅
632,25 − 376,97
447,9 − 217
= 114,4 кг / с.
9. Электрическая мощность второй турбины, работающей на хла-
доне, определяется по формуле:
ХТ
где НiХТ = (hр − h ХТ)ç oi - действительный теплоперепад второй
турбины.
ХТ ХТ Т
10. Суммарная электрическая мощность ГеоТЭС будет равна:
ГеоТЭС ХТ
11. Найдем КПД ГеоТЭС:
ç ГеоТЭС
ГеоТЭС
= = =
D − h
⎛
⎜ ⎜ D
N эГеоТЭС
⎞ ⎞
⎠ ⎠
=
= = 0,57
⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞
⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠
4 
| N э о (р Х) oi ⋅ç эм = 114,4 ⋅ (632,25 − 396,5) ⋅103 ⋅ 0,8 ⋅ 0,95 = 20,5 МВт
| |
| N э э эПТ = 20,5 + 3 = 23,5 МВт.
| |
| DГВ ⋅ ⎜ hГВ − ⎜ hк ⋅ + hвыхИ ⋅ ГВ
| |
| 110,9 ⋅ ⎜ 733, 25 − ⎜ ⎟ ⎟
| |
Ответ:
5
| Электрическая мощность второй турби-
ны
| ХТ
N э = 20,5 МВт
| | Суммарная мощность ГеоТЭС
| ГеоТЭС
N э = 23,5 МВт
| | Расход пара на первую турбину
| ПТ
Dо = 5,3 кг / с
| | Расход хладона на вторую турбину
| ХТ
Dо = 114,4 кг / с
| | Расход воды из скважины
| DГВ = 110,9 кг / с
| | КПД ГеоТЭС
| ç ГеоТЭС = 0,57
|
| |
2015-05-18
2121
