Методика выполнения работы. Сетевые подогреватели входят в состав теплофикационной установки ТЭЦ и предназначены для подогрева сетевой воды

Сетевые подогреватели входят в состав теплофикационной установки ТЭЦ и предназначены для подогрева сетевой воды, возвращаемой от коммунально-бытовых потребителей. Теплофикационные турбины мощностью не более 25 МВт оборудуются сетевыми подогревателями вертикального типа (ПСВ). А мощностью 50 МВт и выше – горизонтального типа (ПСГ). Характеристики сетевых подогревателей приведены в [7].

В качестве примера – нижний сетевой подогреватель СП₁ турбины Т-100/120-130 типа ПСГ-2300-2-8-1. Сетевая вода поступает во входную водяную камеру корпуса подогревателя, в четыре хода транспортируется по латунным трубкам, завальцованным в трубные доски. Ходы образуются перегородками во входной и поворотной водяных камерах. Благодаря четырехходовой конструкции, при номинальном расходе сетевой воды (972,2 кг/с) поддерживается ее высокая скорость в трубках (2,05 м/с), что интенсифицирует теплопередачу в подогревателе. Отвод сетевой воды осуществляется с противоположной стороны входной водяной камеры.

Греющий пар из отопительного отбора турбины поступает через патрубки, а его конденсат удаляется из конденсатосборника в линию основного конденсата турбинной установки. Для защиты турбины от разгона при внезапном сбросе электрической нагрузки выход из корпуса в конденсатосборник изготовлен в виде узкой профилированной воронки. С целью обеспечения эффективной передачи теплоты от пара (пленки конденсата) к стенкам трубок необходимо удаление воздуха из корпуса подогревателя. Воздух отводится через патрубок в конденсатор турбины.

Аналогичную конструкцию имеет верхний сетевой подогреватель СП₂ турбины Т-100/120-130 типа ПСГ-2300-3-8-П.

Схема опытной установки двухступенчатого подогрева сетевой воды представлена на рис. 2. Вода подогревается последовательно в СП₁ от температуры до и в СП₂ от до . Расход сетевой воды через оба подогревателя должен быть одинаков и не должен превышать максимальный. Часть воды может подаваться помимо сетевых подогревателей по линии обвода. При частичных тепловых нагрузках возможны режимы работы только с одним нижним подогревателем СП₁.

Контроль за режимами работы установки осуществляется с помощью приборов измерения расхода воды 1, температуры воды 2 и давления пара 3.

В процессе проведения работы студенты под руководством преподавателя записывают в протокол испытаний сетевого подогревателя (форма 2) режимные параметры (по показаниям контрольно-измерительных приборов).

По результатам испытаний производятся следующие расчеты:

1) тепловой нагрузки сетевого подогревателя;

2) действительного коэффициента теплопередачи;

3) недогрева для чистого подогревателя – рис. 1;

4) теоретического коэффициента теплопередачи;

5) коэффициента загрязнения сетевого подогревателя.

Рис. 2

Протокол испытаний сетевого подогревателя

Форма 2

(Дата, станционный номер турбины, тип СП)
Характеристика	Обозначение	Единица измерения	Значение
Температура наружного воздуха	t_нв	^oC
Расход сетевой воды	G	кг
Температура сетевой воды:
на входе в СП	t′	^oC
на выходе из СП	t′′	^oC
Давление греющего пара в СП	p	МПа

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схемы опытной установки с указанием типа и заводских характеристик испытываемого сетевого подогревателя.

3. Протокол испытаний.

4. Расчет тепловых характеристик подогревателя.

5. Выводы по работе.

Задание на контрольную работу и методические указания

К ее выполнению

Общие указания

При выполнении контрольного задания рекомендуется придерживаться следующих требований:

1. Согласно учебному плану необходимо выполнить одну контрольную работу. Данные вариантов задач в контрольной работе определяются по последней и предпоследней цифрам шифра студента.

2. Переписать полностью условие задачи для своего варианта.

3. При решении задачи пояснить словами вычисляемую величину, привести соответствующую формулу, найти неизвестную величину в буквенном и числовом выражениях.

4. Для каждой найденной величины надо указывать размерность (невыполнение этого требования равносильно ошибке).

5. Вычисления производить с точностью до третьей значащей цифры. Графики должны быть построены в масштабе, желательно на миллиметровой бумаге.

6. В ответах следует придерживаться терминов и обозначений, принятых в учебнике. Результаты решения должны быть представлены в единицах СИ.

7. Если при решении задачи какая-либо величина берется из таблицы, надо назвать источник с указанием автора.

8. Текст следует писать разборчиво, оставляя поле для замечаний рецензента, страницы нумеровать, выполненное задание подписать.

По согласованию с преподавателем, ведущим учебные занятия по дисциплине, в качестве контрольного задания может быть представлено решение научно-технической задачи, стоящей перед студентом на производстве. Особенно большой интерес представляют проблемы, при решении которых получен реальный экономический эффект. Консультации по их разработке и внедрению результатов обеспечивает кафедра.

Задача 1

В теплообменнике G, кг/с воды нагревается от температуры до температуры горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры до температуры .

Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи составляет К. Теплоемкость воды принять постоянной и равной 4,19 кДж/кг·К.

Изобразить характер изменения температур теплоносителей при прямотоке и противотоке.

Данные для расчета выбрать из табл. 1.

Таблица 1

Параметры	Вариант

Последняя цифра шифра
^оС
, ^оС
, ^оС
, ^оС
Предпоследняя цифра шифра
G, кг/с	1,0	1,2	1,4	1,5	1,3	1,1	0,9	0,8	0,7	0,6
К, Вт/м²·К

Указание. Подобная задача решается в практикуме данного пособия, задача 1-10.

Задача 2

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина при следующих условиях: начальное давление пара р_о, начальная температура t_о, давление в конденсаторе р_к. Относительный внутренний КПД – η_о_i. Определить параметры состояния пара в характерных точках теоретического и действительного циклов, термический КПД, удельные расходы пара и теплоты, количество теплоты, подведенной в котле и отведенной в конденсаторе.

Изобразить теоретический и действительный процессы расширения пара в турбине в h-s диаграмме. Данные для расчета выбрать из табл. 2

Таблица 2

Параметры	Вариант

Последняя цифра шифра
р_о, МПа									4,5	4,5
t_о, ^оС
Предпоследняя цифра шифра
р_к., кПа				3,5					3,5	3,5
η_о_i	0,85	0,84	0,83	0,82	0,81	0,8	0,79	0,77	0,75	0,72

Методические указания

По известным р_о и t_о по h-s диаграмме находим параметры состояния в начальной точке (о): h_o, кДж/кг; , м³/кг; , кДж/(кг·К); t_н, ^оС – температура насыщения пара при р_о.

В точке 1_t пересечения адиабаты расширения пара в турбине и изобары р_к находятся параметры, характеризующие состояние отработавшего пара: h₁_t, , s₁_t = s_o, х₁_t.

Отрезок 0-1_t дает располагаемый теплоперепад турбины Н_о= h_o - h₁_t.

Параметры конденсата на выходе из конденсатора находятся по давлению р_к. Температура насыщения t_н, определяется в точке 1^′ - пересечения изобары р_к и верхней пограничной кривой (х = 1); изотерма, проходящая через точку 1^′, определяет t_н1; энтальпия конденсата h^′₁_t = с_вt_н1, кДж/кг; с_в – теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг·К).

Параметры пара, отвечающие действительному циклу, находятся в точке 1 (пересечение линий h₁= h₀- η_oi · H_о и изобары р_к). Для этого состояния определяем: х₁, s₁, v₁.

Термический КПД теоретического цикла Ренкина находят по формуле

Удельный расход пара на 1 кВт·ч

, кг/(кВт·ч).

Удельный расход теплоты

, кДж/(кВт·ч).

Количество подведенной теплоты в котле

, кДж/кг.

Количество отведенной теплоты в конденсаторе

, кДж/кг.

Задача 3

Конденсационная электростанция (КЭС) работает на начальных параметрах пара перед турбиной р_о, t_o, и давлении пара в конденсаторе р_к. Определить КПД брутто и нетто электростанции, удельные расходы теплоты и условного топлива, если расход электроэнергии на собственные нужды составляет Э_сн. Как изменится КПД КЭС, если начальное давление повысится на Δр_о, а температура на Δt_о?

Изобразить теоретический процесс расширения пара в турбине в h-s диаграмме.

Данные для расчета выбрать из табл. 3.

Таблица 3

Параметры	Вариант

Последняя цифра шифра
р_о, МПа	1,1	2,5	2,8	3,4	8,8	8,8	12,8	12,8	16,6	22,5
t_о, ^оС
Р_к, кПа			4,4			3,5		3,4	3,8	3,5
Предпоследняя цифра шифра
Δр_о, МПа	1,4	0,9	0,6	5,4	2,0		1,0	3,8	5,9	0,5
Δt_о, ^оС
Э_сн, %			5,5			5,2	5,4	5,6	5,8

Методические указания

По заданным р_о, t_o, и р_к в h-s диаграмме строится адиабатный процесс расширения пара в турбине. В точках 0 и 1 находим энтальпию пара в начале и конце адиабатного (изоэнтропного) процесса расширения h_o и h_к.

Энтальпия конденсата h′_к = с_вt_к; с_в – теплоемкость воды , с_в = 4,19 кДж/(кг·К), t_к – температуру конденсата находят по давлению р_к и х = 1 или по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара. КПД брутто электростанции определяется по формуле

где η_ку – КПД котельной установки, η_ку = 0,9…0,95;

η_тр – КПД теплового потока, η_тр = 0,97…0,99;

η_t – термический КПД паротурбинной установки;

η_oi – внутренний относительный КПД, η_oi = 0,85…0,88;

η_м – механический КПД, η_м = 0,97…0,99;

η_э – электрический КПД, η_э = 0,96…0,97.

Термический КПД турбинной установки

КПД электростанции нетто

Удельный расход теплоты на выработку 1 кВт·ч электроэнергии

, кДж/(кВт·ч).

Удельный расход условного топлива

, кг/(кВт·ч),

где кДж/кг – низшая теплота сгорания условного топлива.

По h-s диаграмме в точках 1′ и 2′ находим энтальпию свежего пара h′_o и энтальпию в конце адиабатного расширения h′_к при р′_о = р_о+ Δр_о и t′_o = t_o + Δt_o.

Вычисляем КПД турбинной установки η′_t и КПД брутто электростанции h′_с. Находим увеличение КПД Δη = η′_с- η_с и ,%.

Задача 4

Определить показатели режима работы электростанции, на которой установлены два турбогенератора мощностью N_y. Максимальная нагрузка электростанции N_м, а количество выработанной электроэнергии за год W_э.

Данные для расчета выбрать из табл. 4.

Таблица 4

Параметры	Вариант

Последняя цифра шифра
N_y, МВт
N_м, МВт
W_э·10^-6, КВт·ч

Методические указания

Числа часов использования установленной τ_у и максимальной мощности τ_м находятся по формулам

; .

Средняя мощность электростанции

, кВт.

Коэффициент использования установленной мощности

Коэффициент резерва

Коэффициент резерва к_р>1, а коэффициент использования установленной мощности к_и<1.

Задача 5

ТЭЦ выработала за год W_э, кВт·ч электроэнергии и отпустила внешним потребителям Q_отп, кДж теплоты, израсходовав при этом В, т каменного угля с низшей теплотой сгорания кДж/кг.

Определить КПД по выработке электроэнергии и теплоты, приняв КПД котельной установки

Данные для расчета взять из табл. 5.

Таблица 5

Параметры	Вариант

Последняя цифра шифра
W_э·10^-6, КВт·ч
Q_отп·10^-11, кДж	4,5	3,5	3,7	3,9	4,1	5,0	4,9	4,2	4,5	4,7
В·10^-3, т

Методические указания

Расход топлива на выработку отпущенной теплоты определяется по формуле

, кг/год.

Расход топлива на выработку электроэнергии

, кг/год.

ПД по выработке электроэнергии и теплоты на ТЭЦ находят по формулам

; .

Задача 6

Произвести расчет горизонтальной нефтеловушки (отстойника) для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Расход сточных вод V и скорость всплывания частиц нефти w приведены в табл. 6. Ширина лотка нефтеловушки 2 м, глубина проточной части в = 0,5 м. В результате расчета определить число секций нефтеловушки.

Данные для расчета выбрать из табл. 6.

Таблица 6

Параметры	Вариант

Последняя цифра шифра
V, м³/с	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1
Предпоследняя цифра шифра
w, мм/с	0,15	0,20	0,25	0,3	0,35	0,4	0,22	0,28	0,32	0,38

Указание. Подобная задача решается в практикуме данного пособия, задача 4-4.

Тестовые задания

ТЕСТ 1

Тестовое задание	Варианты ответов

1. Что такое термический КПД теплового двигателя?	а) отношение низшей температуры цикла к наивысшей б) отношение работы цикла к подведенной теплоте в) отношение отведенной теплоты к подведенной г) отношение снимаемой с двигателя мощности к теоретической
2. Почему цикл Карно называют циклом идеальной тепловой машины?	а) машина, работающая по циклу Карно, не загрязняет окружающую среду б) цикл Карно обеспечивает наивысший термический КПД при заданных температурах подвода и отвода теплоты в) при совершении цикла Карно параметры рабочего тела возвращаются к исходным значениям г) машина, работающая по циклу Карно, имеет наименьшие массу и габариты
3. Для чего применяется T-s диаграмма при исследовании термодинамических циклов?	а) наглядно представляет процессы подвода и отвода теплоты и превращение теплоты в работу б) характеризует экологическую чистоту тепловой машины в) показывает максимальное давление рабочего тела г) позволяет определить мощность тепловой машины
4. Как определяют параметры водяного пара?	а) по h-s диаграмме б) по критическим параметрам в) по степени сухости г) по таблицам и диаграммам водяного пара
5. Чему равна энтальпия сухого насыщенного пара , если энтальпия воды ?	а) r б) rx в) г) + r
6. Температура стенки , ее площадь F, температура жидкости . Чему равен тепловой поток Q (формула Ньютона-Рихмана)?	а) б) в) г)
7. Какую размерность имеют коэффициенты теплопередачи и теплоотдачи?	а) Вт/(мּК) б) Дж/(м²ּК) в) Вт/(м²ּК) г) Дж/(кгּК)
8. Каким выражением определяется тепловой поток Q в процессе теплопередачи?	а) в) б) г)
9. Какой характер имеет теплообмен в теплообменных аппаратах?	а) теплопроводность б) теплоотдача в) тепловое излучение г) теплопередача
10. При какой схеме движения теплоносителей требуется меньшая площадь поверхности теплообмена в теплообменных аппаратах?	а) прямоточной б) противоточной в) с поперечным током г) теплосъем не зависит от схемы движения

ТЕСТ 2

Тестовое задание	Варианты ответов

1. На рисунке показана T-s диаграмма ПТУ. Какому циклу она соответствует?	а) Ренкина б) циклу с одним промперегревом в) циклу с двумя промперегревами г) парогазовому циклу

2. Как изменяется термический КПД цикла Ренкина при повышении давления в конденсаторе?	а) не изменяется б) колеблется около некоторого среднего значения в) увеличивается г) уменьшается
3. Что такое степень сухости х водяного пара?	а) отношение массы паровой фракции к массе жидкой фракции б) отношение массы паровой фракции к общей массе влажного пара в) отношение температуры пара к температуре насыщения г) масса паровой фракции в единице объема
4. На h-s диаграмме показан процесс расширения пара в турбине. Чему равен располагаемый теплоперепад ?	а) б) в) г)


5. Что такое скрытая теплота парообразования r?	а) энергия, затрачиваемая на преодоление сил взаимного притяжения молекул жидкости б) изменение энтропии при кипении в) энтальпия насыщенного пара г) теплота, затрачиваемая на нагревание жидкости от температуры насыщения до полного превращения ее в сухой пар
6. Что дает промежуточный перегрев пара в ПТУ?	а) уменьшение влажности пара в хвостовых ступенях турбины б) уменьшение габаритных размеров конденсатора в) улучшение условий работы парогенератора г) уменьшение вредных выбросов в атмосферу
7. Что дает регенеративный подогрев питательной воды в ПТУ?	а) уменьшение затрат на оборудование б) уменьшение эрозионного износа лопаток турбины в) уменьшение расхода пара на выработку 1 кВт·ч мощности г) повышение термического КПД цикла
8. Какую выгоду дает применение ПТУ с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии на ТЭЦ?	а) возможность использовать более дешевое топливо б) повышение степени использования теплоты в) уменьшение затрат на оборудование г) упрощение обслуживания
9. Что дает применение парогазовой установки по сравнению с раздельным использованием ПТУ и ГТУ?	а) возможность использовать более дешевое топливо б) повышение общего КПД установки в) уменьшение вредных выбросов в атмосферу г) снижение затрат на оборудование
10. Почему термический КПД атомных ПТУ ниже, чем в установках на органическом топливе?	а) в атомных установках острый пар насыщенный с более низкими параметрами б) выше давление в конденсаторе в) больше затрачивается энергии на собственные нужды г) турбины имеют меньше ступеней

ТЕСТ 3

Тестовое задание	Варианты ответов

1. Какая тепловая энергоустановка имеет самый высокий термический КПД?	a) паротурбинная установка б) парогазовая установка в) ядерная энергетическая установка г) газотурбинная установка
2. Какие электростанции производят больше всего электроэнергии в России?	а) АЭС б) ТЭС в) ГЭС г) ветровые ЭС
3. На каких тепловых электростанциях и почему наиболее полно используется энергия топлива?	a) паротурбинных КЭС б) газотурбинных ЭС в) ТЭЦ г) парогазовых ТЭС
4. В какой стране разработана и пущена первая АЭС?	a) в Англии б) в России в) во Франции г) в США
5. Какие энергоустановки лучше других приспособлены для покрытия пиковых нагрузок?	a) ГЭС и ГАЭС б) ТЭЦ в) АЭС г) ТЭС на природном газе
6. Какой вид топлива преобладает в приходной части топливно-энергетического баланса России?	a) нефть б) природный газ в) каменный уголь г) торф
7. Почему КПД атомных электростанций ниже, чем у станций на органическом топливе?	a) в атомных установках используют насыщенный водяной пар с более низкими параметрами б) выше давление в конденсаторе в) больше затрачивается энергии на собственные нужды г) турбины имеют меньше ступеней
8. Какие тепловые электростанции имеют максимальный КПД станции?	a) паротурбинная установка (ПТУ) работает по циклу Ренкина б) ПТУ работает с использованием регенеративного подогрева питательной воды в) ТЭС работает по теплофикационному циклу г) ТЭС работает по парогазовому циклу
9. Каким выражением определяется КПД ТЭС?	a) б) в) г)
10. Каким выражением определяется удельный расход топлива на электростанции, ?	a) б) в) г)

ТЕСТ 4

Тестовое задание	Варианты ответов

1. С чем связано потепление климата планеты?	a) с выделением теплоты от сжигания топлива б) с усилением активности Солнца в) с изменением лучистого баланса планеты из-за выброса парниковых газов г) с радиоактивным разогревом ядра Земли
2. Какая составляющая природной среды терпит наибольший ущерб от теплоэнергетики?	a) воздушный бассейн б) гидросфера в) почва г) зеленая растительность
3. Сжигание какого вида топлива наносит меньший ущерб природной среде?	a) каменного угля б) мазута в) природного газа г) древесных отходов
4. Назовите две основные экологические проблемы атомной энергетики	a) хранение, транспортировка и переработка отработавшего ядерного топлива б) Обогащение топлива нуклидом и транспортировка ТВЭЛов в) Сбросы теплоты в окружающую среду г) Захоронение радиоактивных отходов и выбросов радиоактивных газов в атмосферу
5. Назовите две основные проблемы гидроэнергетики	a) изменение климата региона б) затопление обжитых земельных массивов в верхнем бьефе гидроузла в) заиливание верхнего бьефа г) препятствие для миграции проходных рыб
6. Какая отрасль народного хозяйства вносит максимальные загрязнения в атмосферу?	a) ТЭС и котельные б) черная металлургия в) транспорт г) нефтедобыча и нефтехимия
7. Какие выбросы тепловых станций служат образованием «кислотных дождей»?	a) диоксид углерода б) диоксид серы в) диоксид азота г) водяной пар
8. На каком топливе работают ТЭС, выбрасывающие золу в атмосферу?	a) мазут б) уголь в) биотопливо г) газ
9. Как связана концентрация загрязнителя С с его массовым расходом М из дымовой трубы и высотой трубы Н?	a) C~ б) C~MH в) C~ г) C~
10. Какие электростанции вносят максимальное тепловое загрязнение (до 70 %) и почему?	a) ТЭС б) АЭС в) ГЭС г) ТЭЦ