Контрольная работа: по Термодинамике
Название: по Термодинамике Раздел: Промышленность, производство Тип: контрольная работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 0 С); – температура пара на входе в турбину; – располагаемый температурный напор в испарителе, (принимаем 0 С); 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; с 1 , с 2 – скорость потока рабочего тела на входе и выходе; Н 1 , Н 2 – уровень сечения потока, отсчитанный от нулевой горизонтали на входе и выходе, м; g – ускорение свободного падения, м/с 2 . 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 3-4 s ): - 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 1-2 s (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 0 С. Для этой точки 3230 кДж/кг (удельная энтальпия пара на входе в турбину), (удельная энтропия пара на входе в турбину). Рассмотрим процесс 1-2 s . Для этого процесса . Точка 2 s 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)
- 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, 0 С: 0 С. 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
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: |