2. Задание 2

Провести термодинамический расчет цикла ПТУ АЭС на насыщенном водяном паре. Выбрать оптимальное давление пара, идущего на пароперегреватель. При расчетах работой насосов пренебречь. Основные исходные данные и результаты термодинамического расчета цикла ПТУ АЭС свести в табл. 2.3.

2.1. Расчёт цикла аэс на насыщенном водяном паре

,

,

По p_о и x_о определяются энтальпия h_о и энтропия s_о пара на входе в ЧВД (точка 1):

h_о=2762,3 кДж/кг; s_о= 5,8216 кДж/(кг·K).

По p_о определяется энтальпия воды в состоянии насыщения ct_о’ на выходе из пароперегревателя:

ct_о’=1241,3 кДж/кг.

2.1.1. Определение оптимального давления пара, идущего на сепаратор и пароперегреватель

Оптимальное давление перегрева пара р_ППопт цикла определяется методом вариантных расчетов термического КПД цикла. Для этого задаёмся рядом значений давлений р_пп в диапазоне от р_к до р_о и рассчитываем при этих значениях р_пп термические КПД цикла _t. Далее строится зависимость _t=f(р_пп). По графику этой зависимости определяем область, где р_пп обеспечивает допустимую влажность пара на выходе из турбины, и в этой области (х_Кдоп0,88) по максимальному значению термического КПД определяем оптимальное значение давления перегрева пара (рис. 2.7). При этом степень сухости пара на выходе из ЧВД турбины может быть меньше 0,88.

Определение доли отсепарированной влаги в сепараторе производится на основании того, что количество сухого насыщенного пара на входе и выходе из сепаратора одинаково (рис. 2.4).

Определение доли греющего пара, идущего на пароперегреватель производится на основании первого закона термодинамики (теплового баланса), составленного для пароперегревателя (рис. 2.5).

Количество теплоты, отданное греющим паром, равно количеству теплоты, полученному нагреваемым паром

Определение доли пара, идущего на подогреватель П₁ определяется из уравнения смешения потоков этого элемента схемы (рис.2.6)

В уравнениях неизвестны ₁, _с, _пп. Поэтому они решаются в виде системы трех уравнений с тремя неизвестными.

,(1)

1) Примем р_пп = р_к =0,005 МПа.

По р_пп и s_о определяется энтальпия пара h₂ и степень сухости x₂ в конце обратимого адиабатного процесса ЧВД турбины:

h₂= 1772,5 кДж/кг; x₂= 0,67;

по р_пп и x_с определяется h_с – энтальпия пара на выходе из сепаратора (точка 3):

h_с= 2536,2 кДж/кг;

по р_пп и t_пп определяется h_пп – энтальпия и s_пп– энтропия пара на входе в ЧНД турбины (точка 4):

h_пп= 3006,8 кДж/кг; s_пп= 9,4765 кДж/(кг·K)

по р_к и s_пп определяется и энтальпия пара h_к и степень сухости х_к в конце обратимого адиабатного процесса ЧНД турбины (точка 5):

h_к= h_пп= 3006,8 кДж/кг; х_к = — пер. пар, т.к. в данном случае точка 5 совпадает с точкой 4;

по p_к определяется энтальпия воды в состоянии насыщения ct_к’ на выходе из конденсатора турбины (точка 6):

ct_к’=138,2 кДж/кг;

по р_пп определяется энтальпия воды в состоянии насыщения ct_пп’ на выходе из сепаратора и подогревателя (точка 7):

ct_пп’=ct_к’=138,2 кДж/кг, т.к. в данном случае точка 7 совпадает с точкой 6.

Относительные расходы получаем решением системы уравнений (1):

₁=0; _с=0,376; _пп=0,244.

Определение удельной теплоты подведенной в цикл АЭС производится как разница энтальпий изобарного процесса 7-1, умноженная на относительный расход воды через реактор

q₁=(1+_пп)(h_o-ct_пп’)=(1+0,244)·(2762,3-138,2)=3264 кДж/кг.

Удельная работа турбины определяется как сумма удельных работ ее ЧВД и ЧНД

l_т=h_o-h₂+(1-₁-_с)(h_пп-h_к)=2762,3-1772,5+(1-0-0,376)(3006,8-3006,8)=989,8 кДж/кг.

Термический КПД цикла АЭС без учета работы насосов определяется как

.

Аналогичные расчёты выполняются для всех принятых значений p_пп.

2) Примем р_пп = 0,1 МПа.

Из СУ(1):

₁=0,0385; _с=0,233; _пп=0,168.

3) Примем р_пп = 0,4 МПа.

Из СУ(1):

₁=0,142; _с=0,173; _пп=0,126.

4) Примем р_пп = 0,7 МПа.

Из СУ(1):

₁=0,187; _с=0,148; _пп=0,108.

5) Примем р_пп = 1,2 МПа.

Из СУ(1):

₁=0,235; _с=0,116; _пп=0,0877.

6) Примем р_пп = 3 МПа.

Из СУ(1):

₁=0,325; _с=0,0614; _пп=0,0469.

7) Примем р_пп = р₀ =6,5 МПа.

Таким образом цикл АЭС будет без перегрева пара, и расчёт цикла будет вестись как для простого цикла ПТУ.

₁=0; _с=0; _пп=0.

Таблица 2.2. Расчётные данные для выбора оптимального давления

pпп, МПа	0,005	0,1	0,4	0,7	1,2	3	6,5
ηt	0,303	0,384	0,4	0,403	0,406	0,399	0,377
xк	пер.пар	0,96	0,88	0,85	0,81	0,74	0,67

p_ППопт=0,4 Мпа.