Задача № 3. Тема: Расчет тепловой схемы геотермальной электростанции

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

Q пр 24 ⋅ Q т.сн

Е ⋅çпр осв пр осв

⋅ô

Е ⋅ç

⋅ô

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 − = − = °

t =

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

= t

tгв ГВ − 25 − 60 = 175 − 25 − 60 = 90° С

= t

tо ГВ − 25 − 20 = 175 − 25 − 20 = 130° С

= t

tк хв + 5 + 10 = 5 + 5 + 10 = 20° C

= t

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.

= h

− h

⎧⎪ DГВ ГВ = DoПТ ⋅ hо ГВСП ⋅ h ′ p

⋅ h

+ D

⎨

⎪⎩ DГВ = Do

+ DГВ

DГВСП = DoПТ ⋅

− h

hо ГВ

= 5,3 ⋅ = 105,6 кг / с;

′

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

DГВ р гв и о о к ′ ХТ),

)ç = D

(h ′ − h

− h

(h

DГВСП

hо к ′ ХТ

− h

′ гв

N э оХТ ⋅ НiХТ ⋅ç эм,

= D

′ кt

N э о (р Х) oi ⋅ç эм = 114,4 ⋅ (632,25 − 396,5) ⋅103 ⋅ 0,8 ⋅ 0,95 = 20,5 МВт

⋅ h ′ − h

= D

N э э эПТ = 20,5 + 3 = 23,5 МВт.

= N

+ N

N э эГеоТЭС

N

QГВ ГВ ⋅ (hГВ СБР)

⎛ ПТ DоПТ

D ХТ

DГВ ⋅ ⎜ hГВ − ⎜ hк ⋅ + hвыхИ ⋅ ГВ

DГВ ГВ

⎝

⎝

⎟ ⎟

23,5 ⋅103

110,9 ⋅ ⎜ 733, 25 − ⎜ ⎟ ⎟

83,92 ⋅ + 376,97 ⋅

⎝

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