Классификация котельных агрегатов




Котельные установки.

Водяной пар с давлением выше атмосферного получается в специальных устройствах – котельных агрегатах. Они состоят из нескольких теплообменных аппаратов служащих для передачи тепла от газов к воде или пару. Теплообменные аппараты функционально между собой связаны и заключены в общий каркас – обмуровку. Котельный агрегат со вспомогательным оборудованием – котельная установка. Современные котлоагрегаты характеризуются тремя следующими количественными и качественными величинами:

1. Номинальная производительность (т/час)

2. Давление перегретого пара (МПа)

3. Температура перегретого пара (0С)

Котельные агрегаты классифицируются по давлению (табл. 1)

 

Таблица 1

Классификация котельных агрегатов

  Рпп Рб tпп (0С) Д ном (т/час)
перв втор
1. Средняя (естественная) циркуляция   4,4     25-75
2. Высокая. Прямоточные котлы и естественная циркуляция   11,5     110-670
  15,5      
 
дальнейшем в этом состоянии и пребывает, т.е. является неспособной к самопроизвольному изменению состояния. Именно с этой точки зрения и дана Больцманом формулировка второго закона термодинамики: природа стремится от состояний, менее вероятных, к состояниям, более вероятным. Статистическое толкование сущности энтропии и второго закона термодинамики явилось шагом вперед в объяснении физического смысла протекающих в природе явлений. Основываясь на статистическое объяснение второго закона, Больцман показал, что ни одна система в принципе не может находиться в состоянии полного равновесия, так как в ней обязательно происходят флуктуации. Второй закон термодинамики применим к макроскопическим системам – системам, состоящим из очень большого числа частиц. Принцип возрастания энтропии в необратимых процессах справедлив только для изолированных макроскопических систем. Распространение принципа возрастания энтропии за пределы изолированных макросистем ничем не оправдано.     9. Водяной пар и его свойства. Во всех областях промышленного производства получили большое применение пары различных веществ. Наибольшее распространение получил водяной пар, являющийся рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, атомных установках, теплосистеме и т.д. Парообразование – процесс превращения вещества из жидкого в газообразное состояние. Испарение – процесс парообразования, который происходит при любой температуре со свободной поверхности жидкости или твердого тела. Процесс испарения заключается в том, что отдельные молекулы с большими скоростями преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в определенное пространство. С увеличением температуры этот процесс идет быстрее. Процесс кипения заключается в том, что если к жидкости подводить теплоту то при определенной температуре для данного давления наступает процесс парообразования, как на свободной поверхности, так и по всему объему.


 
 
Регенеративный подогрев питательной воды осуществляемой отборным, проработавшим в турбине паром, в наибольшей степени увеличивает экономичность цикла конденсационной паротурбинной установки. Простейшая схема электростанции с одноступенчатым регенеративным подогревом питательной воды показана на рис. 15. Отборный пар, вырабатывая некоторое количество механической энергии, подогревая питательную воду в теплообменнике, не имеет потерь теплоты в конденсаторе (холодном источнике). Можно также объяснить повышение экономичности установки с регенеративным подогревом питательной воды, рассматривая ее как ТЭЦ с внутренним потреблением теплоты для подогрева питательной воды, т.е. представляя производство электрической энергии на базе теплового потребления. Термический КПД этой установки: , внутренний абсолютный КПД , где - удельная выработка механической энергии отборным паром, идущим в конденсатор в случае идеального процесса работы пара в турбине;
Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое называется – конденсацией. Этот процесс протекает при постоянной температуре для данного давления. Жидкость получаемая в результате этого процесса называется – конденсатом. Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией, а из пара в твердое состояние десублимацией. Если парообразование происходит в неограниченном пространстве, то вся жидкость переходит в пар. Если же этот процесс идет в закрытом объеме, то в некоторый момент времени наступает равновесие, т.е. сколько молекул покинут жидкость, столько же вернуться обратно в жидкость – насыщенный пар. Насыщенный пар в котором отсутствует мельчайшие частицы жидкой фазы называется сухим насыщенным паром, а в которой содержатся частицы жидкой фазы – влажным насыщенным паром. Влажный насыщенный пар является рабочим телом турбин АЭС. Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном называется степенью сухости – х, а выражение (1-х) – степенью влажности. Если сухому насыщенному пару сообщить некоторое количество тепла при постоянном давлении (Р – const), то его температура будет возрастать и такой пар называется – перегретым. Перегретый пар над свободной поверхностью получить нельзя. PV – диаграмма для воды и водяного пара:   Кривая АК называется пограничной кривой жидкости со степенью сухости 0, на ней все точки для жидкости находятся в состоянии кипения, кривая КВ называется пограничной кривой пара


 
 
термодинамический цикл Ренкина и общую технологическую схему электростанции (например, промежуточный перегрев пара, регенеративный подогрев воды и др.). Промежуточный перегрев пара осуществляется по схеме. Промежуточный перегрев пара осуществляется после того, как пар предварительно проработал в первых ступенях турбины в ЦВД. Этот дополнительный подвод тепла к рабочему телу установки (пару) обычно осуществляется в котле, для чего в нем устанавливается дополнительная поверхность нагрева (промежуточный перегреватель). Первоначально промежуточный перегрев пара рассматривался как средство уменьшения конечной влажности пара при переходе к более высокому начальному давлению, но без существенного увеличения температуры свежего пара. Промежуточный перегрев пара позволяет без соблюдения сопряженности параметров иметь конечную влажность в пределах нормы 10-12%. Однако правильный выбор давления, при котором осуществляется промежуточный перегрев пара, позволяет одновременно существенно повысить термический КПД цикла. Промежуточный перегрев пара на ТЭЦ, как и на КЭС, повышает ее экономичность. Однако оптимальное давление промежуточного перегрева на ТЭЦ оказывается несколько выше, чем на КЭС.   14. Регенеративный подогрев питательной воды.
со степенью сухости 1. I – жидкое состояние II – двухфазное состояние III – перегретый пар Точка К – критическая точка, выше нее существование вещества в двухфазном состоянии невозможно. Параметры для критической точки: t = 347,12 0C P= 221,15 БАР 1БАР=1*10-5 Па i = 2095,2 кДж/кг – энтальпия S= 4,4 кДж/кг*К – энтропия   Количество тепла затраченное на парообразование 1 кг воды – называется теплотой парообразования (r), определяется давлением и температурой, в критической точке равна 0. TS – диаграмма водяного пара: Процесс А А/1 – нагрев до кипения, В/1Д – процесс перегрева. Работа любого обратимого процесса в TS – диаграмме изображается величиной площади цикла. В этом заключается неудобство пользования диаграммой TS.   10. i, S – диаграмма водяного пара и ее использование. Для проведения теплотехнических расчетов используется i, s – диаграмма водяного пара. Данная диаграмма представляет собой график, построенный в системе i, s – координат, на который нанесен ряд изобар, изохор, изотерм, пограничные кривые и линии постоянной степени сухости пара. Диаграмма строится следующим образом. Задаваясь для данного


 
 
и снижается его влажность в последних ступенях турбины. В практике выбора начальных параметров турбины используются сопряженные начальные параметры пара, т.е. такие параметры, совместный выбор которых обеспечивает допустимую влажность в последних ступенях турбины. Более высокому давлению соответствует и более высокая начальная температура перегретого пара. Для нормальной работы турбины конечная влажность пара ограничивается 10-12%. Более высокая влажность пара вызывает износ лопаток каплями влаги. Каждый дополнительный 1% влажности снижает примерно на 1% КПД ступени, работающей в области влажного пара. Конечное давление пара в турбинной установке рк (вакуум в конденсаторе) при заданных начальных параметрах определяется по располагаемому адиабатному теплопадению На и его используемой величине . С понижением конечного давления пара (увеличение вакуума) абсолютный внутренний КПД паротурбинной установки при прочих равных условиях всегда увеличивается, что следует из его определения (при допустимой конечной влажности пара) . Однако реализация глубокого вакуума сталкивается со значительными техническими трудностями. От конечного давления зависит температура конденсации отработавшего в турбине пара tk. Температура же конденсации пара при заданной температуре охлаждающей воды, поступающей в конденсатор, определяет необходимую поверхность охлаждения конденсатора. Для современных турбоустановок это соответствует нескольким тысячам квадратных метров поверхности охлаждающих труб конденсатора. Поэтому выбор оптимального вакуума в конденсаторе является технико-экономической задачей. При определении ркопт необходимо учитывать, помимо экономии топлива от более глубокого вакуума и возрастания стоимости конденсатора, дополнительные затраты, связанные с изменением расхода охлаждающей воды и д.р.   13. Промежуточный перегрев пара. Помимо внедрения более прогрессивных начальных параметров на тепловых электростанциях вводят некоторые изменения в
давления различными значениями энтропии, по таблицам находят соответствующие значения энтальпии и по ним в системе координат i, s – в масштабе строится по точкам соответствующая кривая давления – изобара. Поступая далее таким же образом, строят изобары для других давлений. Пограничные кривые строятся по соответствующим значениям s’, s”, i’, i”, определяемым для различных давлений по таблицам водяного пара. Чтобы построить изотерму для какой-либо температуры, нужно найти по таблицам ряд значений i и s для различных давлений при выбранной температуре. Соединяя полученные точки, строят данную изотерму, и далее, используя тот же метод применительно к другим температурам, строят серию изотерм. Следует иметь в виду, что такое построение изотерм требуется лишь для области перегретого пара, поскольку в области влажного пара изотермы совпадают с изобарами. В точках их пересечения с верхней пограничной кривой изобары и изотермы расходятся: первые идут круто вверх, а вторые – полого. Состояние перегретого пара определяется в i, s – диаграмме двумя параметрами: либо температурой и давлением, либо энтальпией и давлением. Обратимый адиабатный процесс изображается в i, s – диаграмме вертикальной прямой. Это позволяет определять графически конечное состояние водяного пара при адиабатном процессе, зная только один из параметров конечного состояния: давление, температуру или энтальпию. В области влажного пара наносят линии с равной сухостью пара. Состояние влажного пара определяется пересечением изобары с линией постоянной сухости. На i, s – диаграмме наносят также сетку изохор, i, s – диаграмма позволяет решать практические задачи и ею широко пользуются при расчете как паровых турбин, так и тепловых схем энергоустановок.   11. Цикл Ренкина и его показатели. На обычных тепловых электростанциях применяется цикл Ренкина для перегретого пара, показанный на рис. Подвод теплоты для осуществления перегрева пара производится на участке 6-1. Изоэнтропийное расширение пара в турбине соответствует участку 1-2, а отвод теплоты – участку 2-3. Экономичность цикла Ренкина повышается с увеличением


               
 
начальных параметров пара (температуры и давления) и с понижением конечного давления. Для повышения термического КПД применяется также промежуточный перегрев пара. С этой целью после частичного расширения пара в турбине его снова отводят на перегрев до начальной температуры, после чего пар поступает в турбину и расширяется до конечного давления. Промежуточный перегрев пара, кроме того, снижает его влажность в последних ступенях турбины. Эффективным средством повышения экономичности цикла Ренкина является регенеративный подогрев воды. Подогрев (3-4) осуществляется паром, отбираемым из промежуточных точек при его расширении (1-2). Цикл с подогревом воды отборным паром называется регенеративным. Этот цикл можно рассматривать как сложный и состоящий из нескольких циклов для разных потоков пара. Основной поток пара расширяется в турбине (1-2) и отдает теплоту холодному источнику (2-3). Потоки пара, направленные в отбор для регенеративного подогрева воды (3-4), после расширения в турбине отдают теплоту qрег не холодному источнику, а подогреваемой воде. Эти потоки пара совершают циклы без потерь теплоты в холодном источнике. В результате термический КПД регенеративного цикла оказывается выше КПД Ренкина.   Обычно регенеративный подогрев воды совершают не до температуры кипения (точка 5), а ниже. При этом доля пара, составляет 25-35%, а повышение КПД цикла – 10-12%.  
 
12. Начальные и конечные параметры пара. Экономичность тепловой электростанции в первую очередь определяется внутренним КПД турбоустановки: . Составляющие этого КПД зависят от начальных и конечных параметров термодинамического цикла установки . Связь термического КПД простейшей конденсационной паротурбинной установки с ее параметрами выражается . На – адиабатное теплопадение. Числитель и знаменатель этого выражения определяется значениями параметров р0, t0, pk. Для циклов с начальными параметрами сухого насыщенного пара максимальный КПД достигается при р0= 16.7 МПа и 350 0С. Для циклов с перегретым паром также может быть найдено оптимальное давление, которому соответствует максимальный КПД. С ростом начальной температуры перегретого пара термический КПД установки монотонно растет, а оптимальное давление повышается. Переходя к определению внутреннего абсолютного КПД паротурбинных установок необходимо учитывать одновременное изменение внутреннего относительного КПД () в зависимости от начальных параметров. Качественно эта зависимость представляется в следующем виде: с ростом начального давления уменьшается высота лопаток первых ступеней турбины, т.к. увеличивается плотность пара. Повышение плотности пара и уменьшение высоты лопаток, как известно, увеличивают потери в проточной части турбины: на трение и вентиляцию, на протечки пара. Кроме того, повышение начального давления при неизменной температуре повышает влажность в последних ступенях турбины,что также увеличивает потери в лопатках турбины. Таким образом, внутренний относительный КПД с повышением начального давления падает. Его снижение смещает оптимальные давления установок в сторону их меньших значений по сравнению с оптимальными давлениями идеальной установки. Повышение начальной температуры сказывается на внутренний относительный КПД в противоположном направлении, т.е. несколько повышает этот КПД, так как уменьшается плотность пара
 
   
 
 
 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Читайте также:

Деталирование сборочного чертежа

Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей?

Собственные движения и пространственные скорости звезд

Тема 11. Банковские риски и способы их оценки

Опросник «Активность повседневной жизни»

Интересно:

Что такое графический способ записи алгоритмов?

Роль страхования в рыночной экономике

История возникновения народной куклы

Что такое метод «Елочки»?

Обратная связь