Контрольная работа по Термодинамике

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 20.2.2025

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ УТИЛИЗАЦИОННОГО

ПАРОГЕНЕРАТОРА (УПГ), РАСЧЕТ ЦИКЛА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАРОТУРБИННОГО БЛОКА В СОСТАВЕ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

1.1 Постановка задачи

Бросовую теплоту отработавших газов газотурбинной установки (ГТУ), которая имеет довольно высокий уровень эксергии, целесообразно использовать (утилизировать) в специальной паротурбинной установке (ПТУ) (см. рис. 1.1). В утилизационном парогенераторе (УПГ) энергия отработавших газов ГТУ в форме теплоты передается воде и затрачивается на ее нагрев, испарение и перегрев до максимально возможной температуры с целью достижения наибольшей экономичности ПТУ для выработки электроэнергии(см. рис. 1.2).

Используя данные раздела 3 курсовой работы, необходимо спроектировать утилизационную паротурбинную установку для нужд компрессорной станции.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема и цикл утилизационной ПТУ:

УПГ – утилизационный парогенератор; КД – конденсатор; ПН – питательный насос; Т – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор

Рисунок 1.2 – Цикл утилизационной ПТУ в T,s – координатах
               Исходные данные:

– массовый расход выхлопных газов ГТУ (см. раздел 3 курсовой работы);

- эффективная мощность ГТУ(см. раздел 3 курсовой работы);

- эффективный КПД ГТУ(см. раздел 3 курсовой работы);

– температура отработавших газов ГТУ (см. раздел 3 курсовой работы);

– располагаемый температурный напор в пароперегревателе, (принимаем ⁰С);

– температура пара на входе в турбину;

– располагаемый температурный напор в испарителе, (принимаем ⁰С);

давление пара на входе в турбину, (принимаем );

давление в конденсаторе;

средняя массовая изобарная теплоемкость выхлопных газов ГТУ;

– относительный внутренний КПД турбины и насоса соответственно;

механический КПД ПТУ;

КПД электрогенератора;

коэффициент теплоиспользования УПГ.
1.2. Термодинамическая модель цикла ПТУ

            1.2.1. Рассмотрим первый закон термодинамики для открытой термодинамической системы применительно к элементам ПТУ

,

где q
_вн – удельная теплота, которой система обменивается с окружающей средой, Дж/кг;

h
₁
,
h
₂ – удельная энтальпия рабочего тела на входе и выходе, Дж/кг;

l
_тех – удельная техническая работа, Дж/кг;

с₁, с₂ – скорость потока рабочего тела на входе и выходе;

Н₁, Н₂ – уровень сечения потока, отсчитанный от нулевой горизонтали на входе и выходе, м;

g – ускорение свободного падения, м/с².
1) Для турбины (процесс 1-2):

Допущения.

Процесс адиабатный, следовательно

Тогда:

- удельная техническая работа турбины, Дж/кг.

2) Для насоса (процесс 3-4):

Процесс адиабатный, следовательно

Тогда:

- удельная техническая работа насоса, Дж/кг.

Рассмотрим закон сохранения механической энергии:

Для насоса (процесс 3-4):

- удельная работа действительного насоса.

Для идеального насоса (процесс 3-4s):

- удельная работа идеального насоса.

Тогда:

.

3) Для УПГ (процесс 4-И’-И’’-1):

Допущения:



,

где - удельная теплота, подводимая к воде в экономайзере;

- удельная теплота, подводимая к рабочему телу в испарителе;

- удельная теплота, подводимая в пароперегревателе.

Тогда:

удельная теплота, подведенная в УПГ, Дж/кг.

4) Для конденсатора (процесс 2-3)
:

Допущения:



удельная теплота, отводимая в конденсаторе, Дж/кг.

            1.2.2. Относительные внутренние КПД:

- для турбины:

;

где - удельная работа турбины в изоэнтропном процессе 1-2s (удельная работа идеальной турбины), Дж/кг;

- для насоса:
         1.2.3. Удельная внутренняя работа цикла



         1.2.4. Внутренний КПД цикла



         1.2.5. Термический КПД цикла Ренкина

                                      .



1.3 Расчет параметров цикла ПТУ

Расчет параметров цикла производится с помощью h,S-диаграммы водяного пара и таблицы термодинамических свойств воды и пара в состоянии насыщения.

По h,S-диаграмме находим точку 1 по давлению и температуре ⁰С. Для этой точки 3230 кДж/кг (удельная энтальпия пара на входе в турбину), (удельная энтропия пара на входе в турбину).

Рассмотрим процесс 1-2s. Для этого процесса . Точка 2s находится на пересечении изоэнтропы и изобары

. Для этой точки кДж/кг - удельная энтальпия пара на выходе из турбины в изоэнтропном процессе 1-2s.

Находим точку 2. Из уравнения для относительного внутреннего КПД определим

- удельная энтальпия пара на выходе из турбины в действительном процессе 1-2.

Точка 2 находится на пересечении лини и изобары . Для этой точки .

Определение параметров в точке 3. Эти параметры определяются из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при .

Из таблицы: - температура воды на входе в насос;
h,s-диаграмма водяного пара

Таблица термодинамических свойств воды и пара в состоянии насыщения (по давлениям)


0,001	6,9	0,001	130,0	29,2	2513,4	0,1054	8,975
0,002	17,5	0,001	67,2	73,4	2533,1	0,2609	8,722
0,003	24,1	0,001	45,8	100,9	2545,3	0,3546	8,576
0,004	28,9	0,001	34,9	121,3	2553,7	0,4225	8,473
0,005	32,9	0,001	28,2	137,8	2560,9	0,4761	8,393
0,010	45,8	0,001	14,7	191,8	2583,9	0,6492	8,149
0,020	60,1	0,001	7,6	251,5	2609,2	0,8321	7,907
0,050	81,3	0,001	3,2	340,5	2645,2	1,0910	7,593
0,100	99,6	0,001	1,7	417,5	2674,9	1,3026	7,360
0,120	104,8	0,001	1,4	439,3	2683,6	1,3606	7,298
0,140	109,3	0,001	1,2	458,4	2790,1	1,4109	7,246
0,160	113,3	0,001	1,1	475,4	2796,3	1,4550	7,202
0,180	116,9	0,001	0,98	490,7	2706,8	1,4943	7,163
0,200	120,2	0,001	0,89	504,7	2707,8	1,5302	7,127
0,300	133,5	0,001	0,61	561,7	2725,5	1,672	6,992
0,500	151,8	0,001	0,35	640,1	2748,8	1,860	6,822
0,600	158,8	0,001	0,31	670,5	2757,1	1,931	6,761
0,700	164,9	0,001	0,27	697,2	2764,5	1,992	6,709
0,800	170,4	0,001	0,24	720,9	2769,3	2,046	6,663
0,900	175,3	0,001	0,21	742,8	2774,8	2,094	6,623
1,00	179,9	0,001	0,19	762,4	2777,7	2,183	6,587
1,10	184,0	0,001	0,18	781,3	2781,2	2,179	6,554
1,20	187,9	0,001	0,16	798,4	2784,6	2,216	6,523
1,30	191,6	0,001	0,15	814,6	2787,4	2,251	6,495
1,40	195,0	0,001	0,14	830,0	2789,7	2,284	6,469
1,50	198,3	0,001	0,13	844,5	2791,8	2,314	6,445
2,00	212,4	0,001	0,10	908,6	2799,2	2,447	6,340

- удельный объем воды на входе в насос;

- удельная энтальпия воды на входе в насос;

- удельная энтропия воды на входе в насос.

Определение параметров точки 4.

- удельный объем воды на выходе из насоса.

Из уравнения для относительного внутреннего КПД насоса: , определяем: - удельная энтальпия на выходе из насоса.

Так как ,

где - массовая теплоемкость воды,

.

Изменение удельной энтропии в насосе:

- удельная энтропия на выходе из насоса,

.

Параметры в точке И’ определяются из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при .

Из таблицы:

- температура воды на входе в испаритель;

- удельный объем воды на входе в испаритель;

- удельная энтальпия воды на входе в испаритель;

- удельная энтропия воды на входе в испаритель.

Параметры в точке И’’ определяются из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при .

Из таблицы:

- температура сухого насыщенного пара на выходе из испарителя;

- удельный объем сухого насыщенного пара на выходе из испарителя;

- удельная энтальпия сухого насыщенного пара на выходе из испарителя;

- удельная энтропия сухого насыщенного пара на выходе из испарителя.

1.4 Определение показателей утилизационной ПТУ.
Удельная работа идеального насоса:

Удельная работа действительного насоса:

Удельная работа идеальной турбины:

Удельная работа действительной турбины:

Внутренняя удельная работа цикла:

Термический КПД обратимого цикла Ренкина:

Внутренний КПД цикла:

Эффективный КПД цикла:

Определение массового расхода пара (паропроизводительности УПГ), m_п, кг/с. Рассмотрим уравнение теплового баланса для испарителя и пароперегревателя:

,

где температура выхлопных газов в ГТУ перед испарителем,⁰С:

⁰С.

Тогда:

кг/с.

Определение температуры выхлопных газов после УПГ, .

Рассмотрим уравнение теплового баланса для экономайзерной секции (подогреватель воды) :

Тепловая мощность УПГ:

Эффективная мощность ПТУ:

Общий эффективный КПД комбинированной парогазовой установки (ПГУ) :

Таблица 1.1 – Основные параметры цикла и показатели ПТУ


⁰С	МПа	МПа	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг			МВт	кг/с
392.8	2	0,01	3230	2495	191,8	735	2,653	732.347	11.45	16.1	0,241	0,234	0,338

Вывод.

Использование комбинированных ПГУ (комбинированные циклы ПТУ и ГТУ) позволяет повышать эффективность использования энергии. В расчете определили, что КПД комбинированной ПГУ, что выше КПД ГТУ и КПД цикла ПТУ . Следовательно, можно сделать вывод о выгодности использования установок данного типа.

Изображение цикла ПТУ в p,v-координатах:

Изображение цикла ПТУ в T,S-координатах:

Изображение цикла ПТУ в h,S-координатах:

Bukvasha