Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема работы Расчёт термодинамического цикла паросиловой установки Аэс

Томск - 2018 г

Задание курсового проекта

Исходные данные для определения параметров цикла Ренкина паросиловой установки:

p1 = 5 МПа;

t1 = 500 оС;

p2 = 5 кПа;

Мощность ПСУ = 4000 кВт;

Вопросы на рассмотрение:

2. Дать определение понятий: степень сухости влажного пара, влажность пара, степень перегрева перегретого пара, удельная теплота парообразования, удельная теплота перегрева.

9. Какие параметры приведены в таблицах водяного пара для насыщенного состояния?

19. Показать функциональную схему паросиловой установки. Объяснить назначение и принцип действия основных агрегатов ПСУ. Назвать примерные параметры пара в современных стационарных паросиловых установках.

Вместо вопроса 29 был взят вопрос 2. Какие АЭС называют одноконтурными. Схема одноконтурной АЭС. Недостатки и преимущества одноконтурной схемы АЭС.

Вместо вопроса 39 был взят вопрос 10. Какую АЭС называют трехконтурной. Для чего создают дополнительный, промежуточный (третий) контур.

Паросиловая установка - установка, преобразующая тепло сжигаемого топлива в механическую энергию с помощью пара, механическую энергию в электрическую энергию - с помощью генераторов электрического тока. Это работа тепловой электростанции. Атомная электростанция - это также паросиловая установка, где пар вырабатывает атомная энергетическая установка. Паровая машина, паровая турбина - это также паросиловые установки.

Принципиальная схема паросиловой установки

Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках (ПСУ), которые являются базой современной крупной энергетики. Функциональная схема ПСУ представлена на рисунке 1.

1 Рисунок 1 - Схема паросиловой установки:1 - паровая турбина; 2 - конденсатор; 3 - насос; 4 - котёл; 5 - потребитель

2

Органическое топливо, в качестве которого используется каменный уголь, мазут или газ, сгорает в топке парового котла 4 (в качестве парового котла может быть ядерный реактор). Теплота, полученная при сгорании топлива, нагревает очищенную воду, циркулирующую по трубам парового котла, в результате чего она превращается в насыщенный пар. В паровой турбине 1 потенциальная энергия пара при его расширении частично переходит в механическую энергию вращения вала паровой турбины 1 с электрогенератором 5, далее обработанный пар из турбины 1 поступает в конденсатор 2, где охлаждается циркуляционной водой. В результате охлаждения при малом давлении пар переходит в жидкость (конденсат). Образовавшийся конденсат насосом 3 подаётся обратно в паровой котёл 4 и цикл повторяется.

Термодинамический цикл ПСУ в координатах p,v;T,s;h,s

Теоретическим циклом современной паросиловой установки является цикл Ренкина (Рисунки 2 и 3). В ядерном реакторе пароводяная смесь, образовавшаяся в результате передачи тепловой энергии воде в активной зоне, поступает в барабан - сепаратор где происходит разделение пара и воды. Пар направляется в паровую турбину где, расширяясь адиабатно, совершает работу. Из турбины отработавший пар направляется в конденсатор. Там происходит отдача теплоты охлаждающей воде, проходящей через конденсатор. Вследствие этого пар полностью конденсируется. Полученный конденсат непрерывно засасывается насосом из конденсатора, сжимается и направляется вновь в ядерный реактор.

Рисунок 2 - Цикл Ренкина в T-s диаграмме

Параболическая линия в Т-S диаграмме воды является разделительной, при энтропии и температуре соответствующим точкам, лежащим на диаграмме выше этой линии, существует только пар, ниже пароводяная смесь. энергия ядерный топливо термодинамический

Влажный пар в конденсаторе полностью конденсируется по изобаре P2=const (линия 2-3). Затем вода сжимается насосом от давления P2 до давления P1, этот адиабатный процесс изображен в T-S-диаграмме вертикальным отрезком 3-5.

Длина отрезка 3-5 в T-S-диаграмме весьма мала, так как в области жидкости, изобары (линии постоянного давления) в T-S-диаграмме проходят очень близко друг от друга. Благодаря этому при изоэнтропном (при постоянной энтропии) сжатии воды, температура воды возрастает менее чем на 2-3 °С, и можно с хорошей степенью приближения считать, что в области жидкости изобары воды практически совпадают с левой пограничной кривой (параболическая линия); поэтому зачастую при изображении цикла Ренкина в Т-S-диаграмме изобары в области жидкости изображают сливающимися с левой пограничной кривой. Малая величина отрезка адиабаты 3-5 свидетельствует о малой работе, затрачиваемой насосом на сжатие воды. Малая величина работы сжатия по сравнению с величиной работы, производимой водяным паром в процессе расширения 1-2, является важным преимуществом цикла Ренкина.

Из насоса вода под давлением P2 поступает в барабан сепаратор, а затем в реактор, где к ней в изобарно (процессе 5-4 P1=const) подводится тепло. Вначале вода в реакторе нагревается до кипения (участок 5-4 изобары P1=const) а затем, по достижении температуры кипения, происходит процесс парообразования (участок 4-1 изобары P1=const). Пароводяная смесь поступает в барабан сепаратор, где происходит разделение воды и пара. Насыщенный пар, из барабана сепаратора поступает в турбину. Процесс расширения в турбине изображается адиабатой 1-2 (Этот процесс относится к классическому циклу Ренкина в реальной установке процесс расширения пара в турбине несколько отличается от классического). Отработанный влажный пар поступает в конденсатор, и цикл замыкается.

Рисунок 3 - Цикл Ренкина в P-v и h-s диаграмме

Рисунок 3.1 - Цикл Ренкина на термодинамических диаграммах

С точки зрения термического КПД цикл Ренкина представляете менее выгодным, чем цикл Карно, поскольку степень заполнения цикла (равно как и средняя температур подвода тепла) для цикла Ренкина оказывается меньше, чем в случае цикла Карно. Однако с учетом реальных условий осуществления экономичность цикла Ренкина выше экономичности соответствующего цикла Карно во влажном паре.

Определение параметров рабочего тела и энергетических характеристик паросиловой установки

Зная энтропию влажного пара s2 находим степень сухости пара х2, а затем параметры v2 и h2 по формулам:

,

,

,

,

,

,

Расчет энергетических характеристик ПСУ

При выполнении этого раздела определяются следующие характеристики цикла.

Удельная работа цикла определяется без учета затраты работы на привод насоса {lH = 0}:

,

,

Последняя удельная теплота в цикле:

,

Здесь h'2 = h3

,

Отведенная удельная теплота цикла:

,

,

Значения удельной внутренней энергии U для всех точек находят по формуле:

,

Таким образом удельные внутренние энергии принимают значения:

,

,

,

,

,

,

,

Результаты расчетов значений параметров и функций состояния в точках 1, 2, 3, 4, 5', 6'' представлены в таблице 1.

Термический КПД цикла:

,

,

Или

,

,

Удельный расход пара:

,

,

Удельный расход теплоты на 1 МДж

,

,

Полезная мощность ПСУ:

,

,

Реальный КПД определяется как:

,

где , .

Точка определяется как:

,

Таблица 1 - Значения параметров и функций состояния в характерных точках

Тогда реальный КПД равен:

,

Ответы на контрольные вопросы

Вопрос 9. Какие параметры приведены в таблицах водяного пара для насыщенного состояния?

1. - температура ;

2. - давление ;

3. - удельный объем сухого насыщенного пара ;

4. - удельная энтальпия сухого насыщенного пара ;

5. - удельная энтропия сухого насыщенного пара [4].

Вопрос 19. Показать функциональную схему паросиловой установки Объяснить назначение и принцип действия основных агрегатов ПСУ.

Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках (п. с. у.), которые являются базой современной крупной энергетики (рисунок 1).

В паровом котле 1 вода превращается в перегретый пар с параметрами p1, t1, i1, который по паропроводу поступает в турбину 2, где происходит его адиабатное расширение до давления p2 с совершением технической работы, приводящей во вращательное движение ротор электрического генератора 3. Затем пар поступает в конденсатор 4, который представляет собой трубчатый теплообменник. Внутренняя поверхность трубок конденсатора охлаждается циркулирующей водой [1].

Рисунок 3 - Функциональная и принципиальная схема ПСУ

Вопрос 2 вместо 29. Какие АЭС называют одноконтурными. Схема одноконтурной АЭС. Недостатки и преимущества одноконтурной схемы АЭС.

Рисунок 4 - Схема одноконтурной АЭС.

1- реактор, 2 - паровая турбина (ЦВД и ЦНД), 4 - конденсатор, 5 - диаратор, 6 - сепаратор, 7 - паросборник, 9 - конденсаторный насос, 10 - циркуляционный насос, 11 - питательный насос, 13 - электрогенератор.

Вода из паросборника с помощью циркуляционного насоса проходит реактор, где за счет теплоты выделяющейся в результате ядерных реакций проходит процессы испарения, парообразования, пароперегрева и направляется в паросборник. Из паросборника полученный перегретый пар попадает на лопатки ЦВД отрабатывает и после этого проходит сепаратор, где из него удаляется влага, после этого попадает на лопатки ЦНД отрабатывает, соосно работает электрогенератор. После чего пар проходит конденсатор, конденсируется и с помощью конденсаторного насоса направляется в диаратор, где из питательной воды удаляются газы в виде О2, СО2, которые могут вызвать коррозию. После чего вода с помощью питательного насоса направляется в паросборник, откуда с помощью циркуляционного насоса направляется в реактор.

Достоинства: простота

Недостатки: возможность радиоактивного загрязнения всего оборудования, что усложняет его эксплуатацию.

10 вопрос вместо 39. Какую АЭС называют трехконтурной. Для чего создают дополнительный, промежуточный (третий) контур.

Трехконтурную схему применяют на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем типа БН-600. Чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой, сооружают второй контур с нерадиоактивным натрием. Таким образом, схема получается трехконтурной. Реактор БН-600 работает в блоке с тремя конденсационными турбинами К-200-130 с начальным давлением пара 13 МПа и температурой 500°С. В промежуточном контуре с натриевым теплоносителем создается более высокое давление, чем в первом, чтобы предотвратить протечку радиоактивного теплоносителя из первого контура через возможные дефекты в теплообменнике [5].

Рисунок 5 - трехконтурная система теплоотвода реактора типа БН

Вопрос 2. Степень сухости -- это параметр, показывающий массовую долю насыщенного пара в смеси воды и водяного пара.

Влажность пара - отношение содержащейся в паре воды к общему количеству смеси пара и воды.

Степенью перегрева называется разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления.

Удельная теплота парообразования -- физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить количество жидкости с единичной массой в пар , при данной температуре жидкости и без её изменения (температуры) в процессе испарения.

Удельной теплотой перегрева принято называть то количество теплоты, которое необходимо затратить на перегрев 1 кг сухого пара до требуемой температуры при постоянном давлении.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были изучены основы цикла Ренкина и паросиловых установок, так же были изучены термодинамические диаграммы в различных координатах.

Целью данной курсовой работы был расчет термодинамического цикла паросиловой установки с циклом Ренкина при исходных значениях давления p1 = 5 МПа p2 = 5 кПа и температуре t1 = 500 оС. Так же, были рассчитаны энергетические характеристики паросиловой установки и КПД данной установки оказался равным 39,7%.

Список используемых источников

1. Термодинамические циклы паросиловых установок. Моисеев Б.В., Яблонский Ю.П. Методические указания для студентов специальности ПТ. Тюмень: ТюмГАСА, 2002. - 18 с.

2. Т.Х Маргулова. Атомные электрические станции / Маргулова Т.Х.-М: Высш.школа, 5-е издание, 1994. - 289 с.

Размещено на Allbest.ru