Призначення теплоенергетичних установок

Призначення теплоенергетичних установок (ТЕУ)

 

Призначення ТЕУ – перетворення теплоти  палива в роботу з подальшим виробленням електричної та теплової енергії. Існують стаціонарні і транспортні ТЕУ. Серед стаціонарних найбільше поширення отримали ПСУ (паросилові установки), а серед транспортних – ДВС (двигуни внутрішнього згоряння) і ГТУ (газотурбінні установки).

Термодинамічну ефективність роботи ТЕУ характеризує тепломеханічний  коефіцієнт η1, який дорівнює відношенню роботи до підведеної теплоти. Для підвищення термодинамічної ефективності застосовують різноманітні методи, які і розглядаються в цій роботі.

У зв’язку зі складністю реальних процесів перетворення теплоти в роботу за основу розрахунку приймається ідеальний тепломеханічний цикл на водяній парі, якому відповідає базовий цикл Ренкіна, що складається з двох ізобар і двох ізотоп. Після розрахунку цього циклу застосовуються декілька методів інтенсифікації базового циклу та проводиться порівняння нового та базового тепломеханічних коефіцієнтів.

 

 

 

Принцип дії ПСУ

На рис. 1 наведена принципова схема ПСУ, на рис. 2 – цикл Ренкіна та еквівалентний йому цикл Карно.

 

Рис. 1 Принципова схема ПСУ

Вода в стані 4 подається в парогенератор, де за розрахунок первинних енергоресурсів (палива) перетворюється в суху насичену пару (СНП), а потім в перегріту пару (ПП); далі ПП в стані 1 надходить в парову турбіну, де без підводу і відведення тепла розширяється і здійснює механічну роботу. Відпрацьована пара в стані 2 з турбіни надходить в конденсатор, де за розрахунок віддачі тепла охолоджуючій воді перетворюється в конденсат. Далі ця рідина за допомогою живильного насоса знову подається в парогенератор.

 

Завдання по курсовій роботі

Мета курсової роботи – розрахунок базових характеристик процесу в ПСУ та їхнє порівняння з характеристиками ПСУ після застосування різних методів підвищення ефективності.

1. Розрахувати показники початкового циклу Ренкіна паросилової установки при Р2 і ηоі=1.
2. Обчислити характеристики циклу Ренкіна при підвищенні початкового тиску (Р1), підвищенні початкової температури t1.
3. З’ясувати вплив промперегріву пари на ефективність циклу Ренкіна.
4. Дослідити вплив граничної регенерації живильної води на ефективність циклу Ренкіна.
5. Обчислити і порівняти ефективність методів, що досліджуються, в табличній формі.
6. Навести схеми ПСУ і графіки процесів в діаграмі T-S з урахуванням еквівалентних циклів Карно.
7. Зробити висновки і навести список літератури.

 

 

 

 

 

 

 

 

Початкові дані

 

 

№ варіанта	N, кВт	P1, МПа	t1, ºC	P2, бар	ηoi	, кДж/К	∆T=∆t, К
7	500	4,0	310	0.05	0.75	14	18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основні характеристики ідеального базового циклу

Ренкіна і ПСУ

 

Номер точки на схемі	Р, кПa	t, ºС	H, кДж/кг	S, кДж/(кг*К)	Стан робочого тіла
1	4000	310	2990	6.4	ПП
2	5	32.9	1953	6.4	ВНП х2=0.749
3-4	5	32.9	138	0.476	х3=0

 

Рис. 2. Цикл Ренкіна та еквівалентний йому цикл Карно в діаграмі T-S

 

 

При Р2 =  5 кПа:

 

s' = 0,476 кДж/(кг*К)  h'=138кДж/ кг

s''= 8,39 кДж/(кг*К) h''= 2561 кДж/ кг

 

 

х2 = ( s2- s')/( s''-s')= (6,4 - 0,476)/(8,39 - 0,476)=0,749

 

h2=(1- х2)*h'+h''*х2=(1- 0,749)*138+2561*0,749 = 1953 кДж/ кг 

 

 

 

 

 

 

1. Питомий тепло підвід:

q1 = h1 – h4 = 2990 – 138 = 2852 кДж/кг.

 

2. Питомий тепловідвід:

q2 = h2– h3 = 1953 – 138 = 1815 кДж/кг.

 

3. Питома робота, що отримується  в турбіні:

lt= h1 –h2 = 2990 – 1953 = 1037 кДж/кг

 

4.Характеристика ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:

ht=lt/q1= 1037/2852=0,364

 

5. ТМК еквівалентного циклу Карно:

T1m= q1/(s1– s3) = 2852/(6,4 –0,476) = 481 K

T2m = q2/(s1– s3) = 1815/(6,4 – 0,476) = 306 К

= 1– (T2m/T1m) = 1 – (306/481) = 0,364

 

6. Витрата пари на турбіну:

Д=N/(h1– h2) = 500*106/(2990 –1953)*103 = 482 кг/с.

 

7. Питома витрата пари:

dt=Д/N = 482/500*103 = 0,000964кг/кДж.

 

8.Витратапалива:

В=Д*(h1 – h3)/Q =481*(2990 – 138)/(14*103) = 98 кг/с

 

9. Питома витрата палива:

b1=B/N= 98/(500*103)=0,0001963 кг/кДж.

 

10. Витрата охолоджуючої води:

W=Д*(h2 –h3)/(CB*Δt)= 482*(1953 – 138)/(4,2*18) = 11572 кг/с,

де CB= 4,2  кДж/(кг*К)

 

11. Кратність охолоджування:

n = W/Д= 11572/482 = 24

 

Перевагибазового циклу Ренкіна:

1.Процеси підводу і відводу  тепла ізобарні,що полегшує інженерне  здійснення циклу.

2.Повна конденсація водяної  парі позитивно позначається  на габаритах насоса IH≈0.

Недолік циклу Ренкіна в його низькій ефективності.

 

Властивості робочого тіла в перехідних точках циклу з підвищенням початковими параметрами

 

T=const, підвищуємо початковий тиск на 0,5 МПа

 

Номер точки на схемі	Р, кПa	t, ºС	h, кДж/кг	S, кДж/(кг.К)	Стан робочого тіла
1	4500	310	2970	6.34	ПП
2	5	32.9	1933	6.34	ВНП х2=0.741
3-4	5	32.9	138	0.476	х3=0

 

 

При Р2 =  5 кПа:

 

s' = 0,476 кДж/(кг*К)  h'=138кДж/ кг

s''= 8,39 кДж/(кг*К) h''= 2561кДж/ кг

 

 

х2 = ( s2- s')/( s''-s')= (6,34 - 0,476)/(8,39 - 0,476)=0,741

 

h2=(1- х2)*h'+h''*х2=(1- 0,741)*138+2561*0,741 = 1933кДж/ кг 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Питомий тепло підвід:

q1 = h1 – h4 = 2970 – 138 = 2832 кДж/кг.

 

2. Питомий тепловідвід:

q2 = h2– h3 = 1933 – 138 = 1795кДж/кг.

 

3. Питома робота, що отримується  в турбіні:

lt= h1 –h2 = 2970 – 1933= 1037 кДж/кг

 

4.Характеристика ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:

ht=lt/q1= 1037/2832=0,366

 

5. ТМК еквівалентного циклу Карно:

T1m= q1/(s1– s3) = 2832/(6,34 –0,476) = 483K

T2m = q2/(s1– s3) = 1795/(6,34 – 0,476) = 306 К

= 1– (T2m/T1m) = 1 – (306/483) = 0,366

 

6. Витрата пари на турбіну:

Д=N/(h1– h2) = 500*106/(2970 –1933)*103 = 482кг/с.

 

7. Питома витрата пари:

dt=Д/N = 482/500*103 = 0,000964кг/кДж.

 

8.Витратапалива:

В=Д*(h1 – h3)/Q =482*(2970 – 138)/(14*103) = 97.5кг/с

 

9. Питома витрата палива:

b1=B/N= 97.5/(500*103)=0,000195кг/кДж.

 

10. Витрата охолоджуючої води:

W=Д*(h2 –h3)/(CB*Δt)= 482*(1933– 138)/(4,2*18) = 11444 кг/с,

де CB= 4,2  кДж/(кг*К)

 

11. Кратність охолоджування:

n = W/Д= 11444/482= 24

 

Перевагибазового циклу Ренкіна:

1.Процеси підводу і відводу  тепла ізобарні,що полегшує інженерне  здійснення циклу.

2.Повна конденсація водяної  парі позитивно позначається  на габаритах насоса IH≈0.

Недолік циклу Ренкіна в його низькій ефективності.

 

 

 

 

Властивості робочого тіла в перехідних точках циклу з підвищенням початкових параметрів

 

T=const, підвищуємо початковий тиск на 1 МПа

 

Номер точки на схемі	Р, кПa	t, ºС	h, кДж/кг	S, кДж/(кг.К)	Стан робочого тіла
1	5000	310	2950	6.28	ПП
2	5	32.9	1914	6.28	ВНП х2=0.733
3-4	5	32.9	138	0.476	х3=0

 

 

При Р2 =  5 кПа:

 

s' = 0,476 кДж/(кг*К)  h'=138кДж/ кг

s''= 8,39 кДж/(кг*К) h''= 2561 кДж/ кг

 

 

х2 = ( s2- s')/( s''-s')= (6,28 - 0,476)/(8,39 - 0,476)=0.733

 

h2=(1- х2)*h'+h''*х2= (1- 0,733)*138+2561*0,733 = 1914кДж/ кг 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Питомий тепло підвід:

q1 = h1 – h4 = 2950 – 138 = 2812 кДж/кг.

 

2. Питомий тепловідвід:

q2 = h2– h3 = 1914 – 138 = 1776кДж/кг.

 

3. Питома робота, що отримується  в турбіні:

lt= h1 –h2 = 2950– 1914= 1036 кДж/кг

 

4.Характеристика ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:

ht=lt/q1= 1036/2812=0,368

 

5. ТМК еквівалентного циклу Карно:

T1m= q1/(s1–s3) = 2812/(6,28–0,476) = 484K

T2m= q2/(s1–s3) = 1776/(6,28– 0,476) = 306 К

= 1– (T2m/T1m) = 1 – (306,2/487,8) = 0,368

 

6. Витрата пари на турбіну:

Д=N/(h1 – h2) = 500*106/(2950– 1914)*103 = 483кг/с.

 

7. Питома витрата пари:

dt= Д/N = 483/500*103 = 0,000966кг/кДж.

 

8.Витратапалива:

В=Д*(h1 – h3)/Q =483*(2950– 138)/(14*103) = 97кг/с

 

9. Питома витрата палива:

b1=B/N= 97/(500*103)=0,000194кг/кДж.

 

10. Витрата охолоджуючої води:

W=Д*(h2 –h3)/(CB*Δt)= 483*(1914– 138)/(4,2*18) = 11347 кг/с,

де CB= 4,2  кДж/(кг*К)

 

11. Кратність охолоджування:

n = W/Д= 11347/483= 24

 

Перевагибазового циклу Ренкіна:

1.Процеси підводу і відводу  тепла ізобарні,що полегшує інженерне  здійснення циклу.

2.Повна конденсація водяної  парі позитивно позначається  на габаритах насоса IH≈0.

Недолік циклу Ренкіна в його низькій ефективності.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Властивості робочого тіла в перехідних точках циклу з підвищенням початкових параметрів

 

P=const,температуру підвищуємо на 50 ºС

 

Номер точки на схемі	Р, кПa	t, ºС	h, кДж/кг	S, кДж/(кг.К)	Стан робочого тіла
1	4000	360	3110	6,6	ПП
2	5	32.9	2013	6,6	ВНП х2=0.774
3-4	5	32.9	138	0.476	х3=0

 

 

При Р2 =  5 кПа:

 

s' =0,476  кДж/(кг*К)  h'= 138 кДж/ кг

s''= 8,39кДж/(кг*К) h''= 2561кДж/ кг

 

 

х2 = ( s2- s')/( s''- s')= (6,6- 0,476)/( 8,39 – 0,476) = 0,774