Решение. Действительный цикл паротурбинной установки с учетом потерь в турбине и насосе изображен на рис

Действительный цикл паротурбинной установки с учетом потерь в турбине и насосе изображен на рис. 3.13. Параметры теоретического цикла определены при решении задачи 3.3.

Рис. 3.13. Действительный цикл Ренкина

Внутренний относительный КПД турбины находится как

,

откуда

.

Внутренний относительный КПД питательного насоса находится как

,

откуда

.

Удельные количества действительной подведенной и отведенной теплоты, действительные работы турбины и насоса, действительная работа цикла будут определяться как

;

Внутренний КПД установки

.

3.9. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальными параметрами перегретого пара: р ₁ = 100 бар; t ₁ = 450 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,15 бар. Найти термический КПД цикла. Работой насоса пренебречь.

Как изменится термический КПД, если температура пара перед турбиной увеличится до 550 ^оС? Что произойдет со степенью сухости пара за турбиной?

Ответ: термический КПД увеличится с 0,382 до 0,432.

Степень сухости пара за турбиной увеличится с 0,784 до 0,831.

3.10. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальными параметрами перегретого пара: р ₁ = 100 бар; t ₁ = 450 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,15 бар. Найти термический КПД цикла. Работой насоса пренебречь.

Как изменится термический КПД, если давление пара перед турбиной увеличится до 150 бар? Что произойдет со степенью сухости пара за турбиной?

Ответ: термический КПД увеличится с 0,382 до 0,397.

Степень сухости пара за турбиной уменьшится с 0,784 до 0,745.

3.11. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальными параметрами перегретого пара: р ₁ = 100 бар; t ₁ = 450 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,15 бар. Найти термический КПД цикла. Работой насоса пренебречь.

Как изменится КПД, если давление пара в конденсаторе увеличится до 1 бар?

Ответ: термический КПД уменьшится с 0,382 до 0,300.

3.12. Определить суточную экономию топлива, которая получается при замене турбинной установки, работающей при начальных параметрах: р ₁ = 35 бар, t ₁ = 450 ^оС, на установку с начальными параметрами: р ₁ = 200 бар, t ₁ = 600 ^оС. Давление пара в конденсаторах обеих установок одинаковое, р ₂ = 0,04 бар. Мощность установок N = 50 МВт, теплота сгорания топлива Q _р^н = 30 МДж/кг, КПД парогенераторов η_пг = 0,85. Работой насоса пренебречь.

Ответ: Δ B _т = 65 т/сут.

3.13. К соплам паровой турбины поступает перегретый пар с параметрами: р ₁ = 150 бар, t ₁ = 500 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,1 бар. Найти параметры и функции в характерных точках теоретического цикла, энтальпии рабочего тела в конце расширения в турбине и после питательного насоса, термический и внутренний КПД цикла, если внутренние относительные КПД турбины и насоса равны соответственно . Потерями во всех остальных частях установки пренебречь.

Ответ:

Состояние	Параметры и функции
p, бар	t, оС	h, кДж/кг	s, кДж/(кг·К)	v, м3/кг	х
	150,0	500,00		6,350	0,0208	-
	0,1	45,80		6,350	11,1700	0,760
	0,1	45,80		0,649	0,0010
	150,0	46,36		0,649	0,0010	-

; ;

; .

3.14. Паросиловая установка работает по циклу Ренкина с одним промежуточным перегревом пара. Параметры пара перед турбиной: р ₁ = 170 бар, t ₁ = 550 ^оС. Температура пара после ЧВД турбины t _а = 350 ^оС, в промежуточном пароперегревателе температура пара повышается до t _в = 520 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,04 бар.

Определить термический КПД цикла и сравнить его с термическим КПД установки без промежуточного перегрева пара. Насколько уменьшилась влажность пара при введении промежуточного перегрева?

Ответ: ;

без промежуточного перегрева ; влажность пара уменьшилась на 7,3 %.

3.15. Пар, отработавший в части высокого давления турбины, направляется в промежуточный пароперегреватель с давлением 15 бар.

До какой температуры необходимо перегреть пар, чтобы после расширения в части низкого давления турбины до р ₂ = 0,04 бар пар имел бы степень сухости x = 0,9?

Ответ: до t_b = 534 ^оС.

3.16. Паросиловая установка работает по циклу Ренкина с двумя промежуточными перегревами пара при давлениях 60 и 20 бар до температуры 500 ^оС. Параметры пара перед турбиной: р ₁ = 190 бар, t ₁ = 560 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,1 бар.

Найти термический КПД установки. Работой насоса пренебречь.

Ответ: .

3.17. Найти термический КПД паротурбинной установки с начальными параметрами перегретого пара: р ₁ = 130 бар, t ₁ = 460 ^оС. Давление пара в конденсаторе р ₂ = 0,2 бар. Работой насоса пренебречь.

Как изменится термический КПД при введении регенеративного отбора пара в смешивающий подогреватель при давлении р _о = 5 бар? Какова доля пара, направляемого в отбор?

Ответ: .

3.18. В паровую турбину (см. рис. 3.14) поступает пар с параметрами: р ₁ = 90 бар, t ₁ = 540 ^оС. Турбина имеет два регенеративных отбора в подогреватели поверхностного типа с каскадным сбросом конденсата греющего пара. Давления в отборах 5 бар и 1,2 бар. Давление в конденсаторе р ₂ = 0,04 бар.

Рис. 3.14. К задаче 3.18

Определить доли пара, направляемого в отборы, термический КПД установки, удельный расход пара на единицу вырабатываемой мощности.

Сравнить эти величины с аналогичными, рассчитанными для цикла без регенерации теплоты.

Ответ:

;

без регенерации – .

Примечание. Доли отбора пара определяются из тепловых балансов теплообменников:

,

.

3.19. В установке, описанной в задаче 3.18, поверхностные подогреватели заменены на смешивающие (см. рис. 3.5). Определить термический КПД установки, доли пара, направляемого в отборы, и удельный расход пара на единицу вырабатываемой мощности.

Ответ:

3.20. На ТЭЦ установлена турбина с противодавлением мощностью 8 МВт. Пар из турбины направляется на производство, откуда возвращается на ТЭЦ в виде конденсата с температурой насыщения. Турбина работает при следующих параметрах пара: р ₁ = 35 бар; t ₁ = 435 ^оС; р ₂ = 1,2 бар.

Определить часовой расход топлива на ТЭЦ и коэффициенты использования теплоты пара и топлива, если КПД парогенератора , а теплота сгорания топлива .

Ответ: .

3.21. Для установки, описанной в предыдущей задаче, найти расход топлива и коэффициент использования теплоты топлива в случае, если вместо комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на ТЭЦ будет осуществлена раздельная выработка электроэнергии в конденсационной установке, а тепловой энергии – в котельной. Давление пара в конденсаторе конденсационной установки р ₂ = 0,04 бар. КПД котельной принять таким же, как и для ТЭЦ: .

Определить экономию топлива на ТЭЦ по сравнению с раздельной выработкой электрической и тепловой энергии.

Ответ:

3.22. На ТЭЦ установлена турбина мощностью 20 МВт, в которую поступает пар с параметрами р ₁ = 35 бар; t ₁ = 435 ^оС. Турбина имеет два отбора. Первый – производственный, при давлении расход пара в отбор . Второй – теплофикационный, при давлении расход пара в отбор – . Давление в конденсаторе р ₂ = 0,04 бар.

Определить расход пара через турбину и расход топлива, если КПД парогенератора , теплота сгорания топлива , температура питательной воды, поступающей в парогенератор .

Ответ: .

3.23. Паросиловая установка работает по циклу Ренкина с одним промежуточным перегревом и с одним регенеративным отбором пара. Параметры пара перед турбиной: p ₁ = 100 бар, t ₁ = 640^оС. Давление промежуточного перегрева p_a = 80 бар. Перегрев осуществляется до температуры t_b = 630 ^оС. Отбор на регенерацию осуществляется при давлении p _o = 18 бар. Давление пара в конденсаторе p ₂ = 0,03 бар. Электрическая мощность установки N = 200 МВт, КПД парогенератора η_пг = 0,82, теплотворная способность топлива .

Вычислить полный расход пара D, расход пара, направляемого в отбор, D _o, термический КПД цикла η _t, расход топлива B. Работой насоса пренебречь.

Дать принципиальную схему установки и изобразить диаграмму T-s цикла (без масштаба).

Ответ:

Состояние	Параметры и функции
p, бар	t, оС	h, кДж/кг	s, кДж/(кг·К)	х
	100,00	640,0		7,010	-
а	80,00	596,0		7,010	-
b	80,00	630,0		7,100	-
o	18,00	378,0		7,100	-
o´	18,00	207,1		2,400
	0,03	24,1		7,100	0,820
	0,03	24,1		0,355	-

3.24. Теплофикационная установка с противодавлением тепловой мощностью имеет один регенеративный отбор при давлении p _o = 20 бар. Параметры пара перед турбиной: p ₁ = 130 бар, t ₁ = 650 ^оС. Давление пара в бойлере (сетевом подогревателе воды) p ₂ = 8 бар. КПД парового котла η_пг = 0,75, теплотворная способность топлива , КПД тепловых сетей η_тс = 0,85.

Определить термический КПД установки η _t, полный расход пара D, расход пара в отбор D _o, расход топлива B, электрическую мощность установки N, коэффициент использования тепла пара К _тп, коэффициент теплофикации К _тф.

Дать принципиальную схему установки и изобразить диаграмму T-s цикла (без масштаба).

Примечание. Потери в тепловых сетях учитываются с помощью коэффициента η_тс. В этом случае тепловая мощность установки будет определяться следующим образом:

,

где D _т – расход пара через бойлер.

Ответ: