Циклы паротурбинных установок

43. Рассчитать цикл Карно, который осуществляется насыщенным водяным паром. Установка работает по схеме рис. 28: сухой насыщенный пар при давлении p₁= 2 МПа поступает в цилиндр паровой машины, где изоэнтропно расширяется до 0,1 МПа, после чего поступает в теплообменник; там влажный пар частично конденсируется до тех пор, пока его энтропия не становится равной энтропии жидкости в состоянии насыщения при р₂= 2МПа. Пароводяная смесь изоэнтропно сжимается компрессором до p₄= p₁и кипящая вода подается в котел, где она превращается снова в сухой насыщенный пар.

Определить параметры во всех точках цикла, термический КПД цикла, полезную работу, теплоту q₁, подведенную в цикле, и q₂, отведенную к нижнему источнику.

Рис. 28. Схема и цикл паровой машины

44. В установке, описанной в задаче 43, теплообменник Т(рис. 29) заменен конденсатором, в котором отработанный в цилиндре паровой машины пар полностью конденсируется до состояния 5, после чего конденсат сжимается поставленным взамен компрессора водяным насосом до давления р₄и подается в котел, где подогревается до температуры насыщения, а затем превращается в сухой насыщенный пар. Иными словами, цикл Карно заменяется на цикл Ренкина. Каков термический КПД этого цикла; насколько он уменьшился по отношению к ? Начальное и конечное давление те же, что и в цикле задачи 43.

45. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина при следующих параметрах пара: перед турбиной р₁ = 9 МПа и t₁= 535°С, давление в конденсаторе р₂= 40 кПа (рис. 29). Определить работу турбины и питательного насоса, а также термический КПД цикла с учетом ибез учета работы насоса и относительную разность этих КПД.

Рис. 29. Паротурбинная установка, работающая по циклу Ренкина

46.Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальными параметрами p₁ = 10 МПа и t₁ = 530°С. Давление в конденсаторе p₂ = 40 кПа. Определить термический КПД цикла Ренкина и сравните его с термическим КПД цикла Карно в том же интервале температур.

47. При одинаковой начальной температуре t₁ = 500°С построить кривую зависимости цикла паротурбинной установки от начального давления p_1,приняв его равным 5,0; 10,0; 15,0 и 20,0 МПа. Давление в конденсаторе одинаково, р_г = 40 кПа. Учесть работу питательного насоса. Представить циклы в Т,s − диаграмме.

48. При одинаковом начальном давлении р₁ =10 МПа построить кривую зависимости цикла паротурбинной установки от начальной температуры t₁, приняв ее равной 450, 500, 550 и 600°С. Давление в конденсаторе одинаково, р₂= 50 кПа. Учесть работу питательного насоса. Представить

циклы в T,s − диаграмме.

49. Паротурбинная установка работает при параметрах пара перед турбиной р₁ = 9 МПа и t₁= 535°С. Построить кривую зависимости термического КПД цикла от давления в конденсаторе р₂, которое принять равным 20, 40, 60, 80 кПа.

50. Определить зависимость термического КПД паротурбинной установки от начальных параметров пара, если при начальных и конечных давлениях соответственно р₁= 3,0МПа и р₂= 40 кПа, пар перед турбиной:

1) имеет сухость x = 0,9; 2) сухой насыщенный; 3) перегретый до температуры 450°С.

51. Определить состояние пара за турбиной и подсчитать внутренний КПД (рис.30) паротурбинной установки, если начальные параметры р₁= 13 МПа и t₁= 565°С, давление в конденсаторе p₂= 40 кПа, внутренние относительные КПД турбины и питательного насоса соответственно 0,85 и 0,87.

52. Определить внутренний относительный КПД турбины, если внутренние потери вследствие необратимости процесса расширения пара в турбине 138 кДж/кг. Состояние пара перед турбиной р₁= 10 МПа, t₁= 500°С, давление в конденсаторе р₂= 40 кПа.

Рис. 30. Цикл паротурбинной установки в T,s − и h,s − диаграммах

53. Определить параметры пара перед конденсатором, где давление p₂= 40 кПа, если параметры пара перед турбиной р₁=9 МПа и t₁= 510°С, а внутренний относительный КПД турбины 0,87. Построить процесс в h,s −и Т,s −диаграммах. Задачу решать, пользуясь таблицами.

54. Определить параметры, определяющие состояние пара за турбиной и подсчитать внутренний КПД установки, если p₁= 11 МПа, t₁= 550°С, р₂= 40 кПа и внутренний относительный КПД турбины 0,85. Работу насоса не учитывать. Задачу решать, пользуясь h,s − диаграммой.

55. Сравнить внутренние КПД двух паротурбинных установок с атомными реакторами. Обе установки работают по двухконтурной схеме (рис. 31). В первом контуре (атомного реактора) теплоносителем является вода. В установке, выполненной по первому варианту, вода из первого контура направляется в парогенератор, во втором контуре которого образуется сухой насыщенный пар с давлением р₁ = 4 МПа. Этот пар и подается в турбину. В установке по второму варианту в парогенераторе образуется перегретый пар с параметрами р₁= 1,6 МПа и t₁= 250°С. Давление в конденсаторе р₂ одинаково для обеих установок и равно 40 кПа, а внутренний относительный КПД турбин 0,80. Циклы, по которым работают установки, изображены на рис. 31.

Рис. 31. Схема и цикл паротурбинной установки

56. К соплам паровой турбины поступает пар с параметрами р₁= 17 МПа и t₁= 550°С. После изоэнтропного расширения до t_b = 350°С он направляется в промежуточный пароперегреватель, где его температура повышается до t_a = 520°С. Затем пар расширяется в последующих ступенях турбины до давления в конденсаторе р₂= 40 кПа (рис. 32).

Определить: 1) термический КПД цикла со вторичным перегревом; 2) насколько уменьшается влажность пара на выходе из турбины и насколько увеличивается термический КПД цикла в результате введения вторичного перегрева; 3) каковы средние интегральные температуры подвода теплоты в циклах с промежуточным перегревом и без него? Учесть работу насоса.

Рис. 32. Схема и цикл паротурбинной установкик задаче 56

57. В паровую турбину (рис. 33) поступает пар с параметрами р₁= 9,0 МПа и t₁= 540°С. Турбина имеет два регенеративных отбора в подогреватели поверхностного типа с каскадным сбросом конденсата греющего пара. Давление отборов р₁^◦ = 0,6 МПа и p₂^◦= 0,12 МПа. Давление в конденсаторе р_к = 40 кПа.

Определить термический КПД регенеративного цикла и удельный расход пара на 1 МДж и на 1 кВт∙ч выработанной энергии. Сравнить эти показатели с такими же показателями для цикла без регенерации. Вычислить величину экономии от введения регенеративного подогрева. Во всех задачах на регенеративные циклы считается, что в подогревателях вода нагревается до температуры конденсата греющего пара. Работа насосов не учитывается.

Рис. 33. Схема паротурбинной установки к задаче 57

58. В установке, описанной в задаче 57, поверхностные подогреватели заменены на смешивающие. Определить термический КПД регенеративного цикла, экономию за счет введения регенеративного подогрева и. часовой расход топлива, если мощность турбины N = 50 МВт, КПД парогенератора 0,90, теплота сгорания топлива Q^p_н= 28 МДж/кг, остальные условия те же, что и в задаче 57.

59. Бинарная ртутно − водяная установка работает по схеме, показанной на рис. 34. Ртутный котел вырабатывает сухой насыщенный пар при температуре t₁_p_’= 500°С, который направляется в ртутную турбину. Отработанный пар с температурой t₂_p = 230°С идет в конденсатор − испаритель, где отдает теплоту конденсации воде, подаваемой насосом из конденсатора пароводяной турбины. При этом вода превращается также в сухой насыщенный пар, который перегревается в пароперегревателе, установленном в газоходах ртутного котла, и направляется в пароводяную турбину. Параметры водяного пара: р₁= 2,4 МПа, t₁ = 520°С; давление в конденсаторе р₂= 40 кПа.

Определить термический КПД бинарного цикла (рис. 34) и его отношение к термическому КПД цикла Карно, осуществляемого в тех же пределах максимальной и минимальной температур.

Рис. 34. Схема и цикл бинарной ртутно-водяной установки

60. Парогазовая установка работает по следующей схеме (рис. 35): воздух из атмосферы (состояние 1) сжимается компрессором (состояние 2) и подается в топочное устройство высоконапорного парогенератора ВПГ,где сгорает топливо. Продукты сгорания сначала отдают часть своей теплоты нагретой до температуры кипения воде и водяному пару, циркулирующим в особом контуре, а затем направляются в газовую турбину ГТ (состояние 3), в которой, изоэнтропно расширяясь, совершают полезную работу. Отработавшие газы (состояние 4) идут в газовый подогреватель ГП и нагревают в нем конденсат водяного пара до температуры кипения (состояние 9), после чего выбрасываются в атмосферу (состояние 1). Кипящая вода из подогревателя ГП направляется в парогенератор ВПГ,где испаряется и перегревается (состояние 5). Перегретый пар, отработав в турбине высокого давления ТВД (состояние 6)_,снова перегревается за счет теплоты топочных газов ВПГ (состояние 7), затем работает в турбине низкого давления ТНД (состояние 8) и конденсируется в конденсаторе Кр. Водяной цикл, таким образом, замыкается. Идеальный бинарный цикл этой установки изображен на рис. 36.

Рассчитать термический КПД идеального бинарного парогазового цикла, если известны следующие параметры. Газ: р₁= 0,1 МПа; t₁= 20°С; t₃= 800°С; t’₁= 120^оС; =р₂/р₁= 8. Вода и водяной пар: р₅= 1,3 МПа; t₅= 565^оС; р₆= p₇= 3,0 МПа; t₇= 565°С; p₈= 30 кПа.

Найти отношение этого КПД и КПД цикла Карно для максимальной и минимальной температур бинарного цикла. Газ считать обладающим свойствами воздуха, теплоемкость газа с_Р считать постоянной. Работой водяных насосов пренебречь.

Рис. 35. Схема парогазовой установки

Рис. 36. Идеальный бинарный цикл парогазовой установки

Рис. 37. Реальный бинарный цикл парогазовой установки

61. Парогазовая установка осуществлена по схеме рис. 35 с рабочими телами, имеющими те же параметры в основных точках цикла, что и в задаче 60.

Рассчитать внутренний КПД действительного цикла ПГУ (рис. 37), если дополнительно известны: внутренние относительные КПД компрессора и газовой турбины соответственно 0,85 и 0,87, внутренний относительный КПД пароводяных турбин 0,85. Известно также, что в газовом подогревателе ГП вода нагревается до t₁₀= 300^оС, а газ охлаждается до t_1’= 120°С.

62. В северных районах в холодное время года целесообразна работа бинарных паротурбинных установок, в которых нижний цикл осуществляется насыщенным паром низкокипящего вещества.

Определить термический КПД бинарного цикла вода — фреон-12. Схема установки и цикл изображены на рис. 38. Исходные данные для воды; р₁= 16,0 МПа; t₁= 540°С; p₂= 0,12 МПа; для фреона-12: t’’_1ф= 95°С; t_2ф= 10°С. Сравнить полученный _бин с термическим КПД простого цикла Ренкина с рабочим веществом — водой, для которого максимальные параметры такие же, как и в бинарном цикле, а давление в конденсаторе р₂= 40 кПа.

Дополнительные данные к прил. 2 для фреона-12 таковы:

при температуре насыщения t_S = 95°С энтальпии h' и h"соответственно равны 522,1 и 599,2 кДж/К, а энтропии s' и s"составляют 4,5020 и 4,7115 кДж/(кг∙К).

Рис. 38. Схема и цикл бинарной паротурбинной установки

63. В паротурбинной установке вода и пар работают, осуществляя необратимый цикл, в котором состояние рабочего тела меняется в следующей последовательности (рис. 39): конденсат в состоянии 2' адиабатно сжимается насосом до состояния 3д и поступает в паровой

котел, в котором нагревается до кипения, испаряется и перегревается. Находясь в состоянии 1"пар направляется к турбине, попутно излучая часть своей энергии в окружающую среду и теряя давление из-за сопротивления трению. В состоянии 1' перед турбиной пар адиабатно дросселируется в регулировочном клапане до давления р₁. Далее пар так же адиабатно расширяется в турбине до давления р_{2 =}р_2д и в состояний 2д входит в конденсатор, где и конденсируется при помощи охлаждающей воды. Цикл, таким образом, замыкается точкой 2'. Известны следующие параметры: р"₁= 12 МПа, t"₁= 540°С; р’₁= 11 МПа; t'₁= 540°С; р₁= 9 МПа; р₂= 30 кПа. Коэффициент полезного действия: относительный внутренний турбины =0,85, насоса = 0,90, механический = 0,96, электрогенератора = 0,97. Теплота сгорания топлива Q^р_н= 30 000 кДж/кг. Коэффициент полезного действия парового котла = 0,92. Составить для этой установки баланс энергии и найти КПД установки на клеммах электрогенератора.

Рис. 39. Паротурбинный цикл

64. Составить эксергетический баланс для установки, описанной в задаче 63, определив изменения эксергии в каждом из характерных узлов. Подсчитать эксергетические КПД тех же узлов и установки в целом. В качестве параметров окружающей среды принять параметры воды: T₀=2 90 К и р₀ = 1000 кПа. Воспользоваться таблицей параметров к задаче 63.

65. Определить эксергетические потери в каждом из узлов установки, описанной в задаче 63. Найти для этих узлов и для всей установки коэффициенты эксергетических потерь, а также эффективный КПД установки. Использовать результаты решений задач 63 и 64.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒