Термодинамическая модель цикла ПТУ

ПАРОГЕНЕРАТОРА (УПГ), РАСЧЕТ ЦИКЛА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАРОТУРБИННОГО БЛОКА В СОСТАВЕ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

Постановка задачи

Бросовую теплоту отработавших газов газотурбинной установки (ГТУ), которая имеет довольно высокий уровень эксергии, целесообразно использовать (утилизировать) в специальной паротурбинной установке (ПТУ) (см. рис. 1.1). В утилизационном парогенераторе (УПГ) энергия отработавших газов ГТУ в форме теплоты передается воде и затрачивается на ее нагрев, испарение и перегрев до максимально возможной температуры  с целью достижения наибольшей экономичности ПТУ для выработки электроэнергии(см. рис. 1.2).

Используя данные раздела 3 курсовой работы, необходимо спроектировать утилизационную паротурбинную установку для нужд компрессорной станции.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема и цикл утилизационной ПТУ:

УПГ – утилизационный парогенератор; КД – конденсатор; ПН – питательный насос; Т – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор

 

Рисунок 1.2 – Цикл утилизационной ПТУ в T,s – координатах

 

          Исходные данные:

– массовый расход выхлопных газов ГТУ (см. раздел 3 курсовой работы);

 - эффективная мощность ГТУ(см. раздел 3 курсовой работы);

 - эффективный КПД ГТУ(см. раздел 3 курсовой работы);

– температура отработавших газов ГТУ (см. раздел 3 курсовой работы);

 – располагаемый температурный напор в пароперегревателе, (принимаем ⁰С);

 – температура пара на входе в турбину;

 – располагаемый температурный напор в испарителе, (принимаем ⁰С);

давление пара на входе в турбину, (принимаем );

давление в конденсаторе;

средняя массовая изобарная теплоемкость выхлопных газов ГТУ;

 – относительный внутренний КПД турбины и насоса соответственно;

механический КПД ПТУ;

КПД электрогенератора;

коэффициент теплоиспользования УПГ.

Термодинамическая модель цикла ПТУ

       1.2.1. Рассмотрим первый закон термодинамики для открытой термодинамической системы применительно к элементам ПТУ

,

где q_вн – удельная теплота, которой система обменивается с окружающей средой, Дж/кг;

h₁, h₂ – удельная энтальпия рабочего тела на входе и выходе, Дж/кг;

l_тех – удельная техническая работа, Дж/кг;

с₁, с₂ – скорость потока рабочего тела на входе и выходе;

Н₁, Н₂ – уровень сечения потока, отсчитанный от нулевой горизонтали на входе и выходе, м;

g – ускорение свободного падения, м/с².

 

1) Для турбины (процесс 1-2):

Допущения.

Процесс адиабатный, следовательно

Тогда:

- удельная техническая работа турбины, Дж/кг.

2) Для насоса (процесс 3-4):

Процесс адиабатный, следовательно

Тогда:

- удельная техническая работа насоса, Дж/кг.

Рассмотрим закон сохранения механической энергии:

Для насоса (процесс 3-4):

- удельная работа действительного насоса.

Для идеального насоса (процесс 3-4s):

- удельная работа идеального насоса.

Тогда:

.

3) Для УПГ (процесс 4-И’-И’’-1):

Допущения:

 

,

где - удельная теплота, подводимая к воде в экономайзере;

- удельная теплота, подводимая к рабочему телу в испарителе;

- удельная теплота, подводимая в пароперегревателе.

Тогда:

удельная теплота, подведенная в УПГ, Дж/кг.

4) Для конденсатора (процесс 2-3):

Допущения:

  

удельная теплота, отводимая в конденсаторе, Дж/кг.

       1.2.2. Относительные внутренние КПД:

- для турбины:

;

где - удельная работа турбины в изоэнтропном процессе 1-2s (удельная работа идеальной турбины), Дж/кг;

- для насоса:                    

 

 

    1.2.3. Удельная внутренняя работа цикла

                                

    1.2.4. Внутренний КПД цикла

                                

    1.2.5. Термический КПД цикла Ренкина

                                 .