Курсовая работа: Дослiдження способiв пiдвищення ефективності паросилових циклiв
Курсовая работа: Дослiдження способiв пiдвищення ефективності паросилових циклiв
Мiністерство освіти і науки України
Одеський
нацiональний полiтехнiчний унiверситет
Кафедра
теоретичної, загальної та нетрадицiйної енергетики
Курсова
робота з дисципліни
“Технiчна
термодинамiка “
“Дослiдження
способiв пiдвищення ефективності паросилових циклiв”
Керiвник:
Попова Т.М.
Одесса
2011 год
Зміст
Призначення теплоенергетичних установок (ТЕУ)
Принцип дії ПСУ
Основні характеристики ідеального циклу Ренкіна і ПСУ
Переваги базового циклу Ренкіна
Методи підвищення ефективності
Зв’язане підвищення початкової температури і тиску
пари
Підвищення початкового тиску пари
Проміжний або повторний перегрів пари
Гранична регенерація
Часткова регенерація
Висновки
Література
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
згорання) і ГТУ (газотурбінні установки).
Термодинамічну
ефективність роботи ТЕУ характеризує тепломеханічний коефіцієнт ht, 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 ізоентроп. 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 рахунок 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 рахунок віддачі тепла охолоджуючій воді
перетворюється в конденсат. Далі ця рідина за допомогою живильного насоса знову
подається в парогенератор.
Початкові дані
| № варіанту |
N, МВт |
P1, МПа |
t1,
0C
|
P2, бар |
Q МДж/кг
|
Δ T= Δt К |
ηoi |
| 9 |
1000 |
5 |
330 |
0,05 |
16 |
20 |
0.85 |
Основні характеристики ідеального базового циклу Ренкіна і ПСУ
Таблиця 1
Властивості
водяної пари в перехідних точках базового циклу
|
Номер
точки на схемі
|
Р, Бар |
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
50 |
330 |
3015 |
6.36 |
ПП |
| 2 |
0,05 |
32.88 |
1937 |
6,36 |
ВНП х2=0,743 |
| 3 |
0,05 |
32.88 |
137 |
0,47 |
х3=0 |
| 4 |
50 |
32.54 |
141 |
0,47 |
вода |
| 5 |
2 |
8 |
33 |
0,12 |
вода |
| 6 |
2 |
28 |
117 |
0,4 |
вода |
Рис.2.Цикл
Ренкіна та еквівалентний йому цикл Карно в діаграмі Т-S
При Р2=0,05 Бар s`=0,47
кДж/(кг К) s``=8,4 кДж/(кг К)
h`=137.8 кДж/кг h``=2561
кДж/кг
x2 =(s-s`)/(s``-s`)=(6,336-0,47)/(8,4-0,47)=0,74
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,74*2561+(1-0,74)*137,8=1938
кДж/кг
1. Питомий
теплопідвід: q1 = h1-h4 =3015-141= 2874 кДж/кг.
2. Питомий
тепловідвід: q2 = h2 – h3 =1937-137=1800 кДж/кг.
3. Питома робота,
що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2 =3015-1937=
1077 кДж/кг.
4. Питома робота,
що витрачається у насосі:
|lн| = h4 - h3 =141-137=
3.2 кДж/кг.
Враховуючи, що lн
<< lt роботою в насосі нехтуємо.
5. Питома корисна
робота в циклі Ренкіна: lt = lt – lн = 1077-3,2= 1073 кДж/кг.
6. Характеристика
ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1073/2874 = 0,374
7. ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 -
s3) = 2874/(6,36-137) = 488 K.
T2m= q2 / (s1 -
s3) =1800/(6,36-137) = 305 K.
=1- (T2m/T1m) = 1-
(305/488) = 0,374
8. Витрата пари
на турбіну: Д=N/(h1-h2) = 1000000/(3015-1938) = 928 кг/с.
7. Питома витрата
пари: dt=Д/N = 928/1000000 = 0,000929 кг/кДж.
9. Витрата
палива: В = Д(h1 - h3)/Q
= 928(3015-137)/16000=167 кг/с.
10. Питома
витрата палива: bt=B/N=167/1000000 = 0,00017 кг/кДж.
11. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(h2 - h3)/(h6
– h5)= 928*(1938-137)/(117-33) = 19947 кг/с,
12. Кратність
охолоджування:
n = W/Д =
19947/928 = 21.5
Переваги базового
циклу Ренкіна
1.
Процеси підведення і відведення тепла ізобарні, що
полегшує інженерне здійснення циклу.
2.
Повна
конденсація водяної пари позитивно позначається на габаритах насоса:
Недолік циклу Ренкіна полягає в його
низькій ефективності.
Методи підвищення ефективності цикла
Ренкіна:
1.
Зв’язане ( при одному й тому ж степені сухості пари -x2 ,
на виході з турбіни ) підвищення початкового тиску Р1 і t1.
2.
Проміжний або повторний перегрів пари.
3.
Гранична регенерація .
Цикл Ренкіна з підвищеними початковими
параметрами пари.
Зв’язане підвищення початкової температури
і тиску пари.
Властивості
робочого тіла перехідних точках циклу з підвищеними початковими параметрами
пари.
Таблиця 2
|
Номер
точки на схемі
|
Р, Бар |
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
110 |
450 |
3226 |
6.36 |
ПП |
| 2 |
0,05 |
32.88 |
1937 |
6,36 |
ВНП х2=0,743 |
| 3 |
0,05 |
32.88 |
138 |
0,47 |
х3=0 |
| 4 |
110 |
32.54 |
147 |
0,47 |
вода |
| 5 |
2 |
8 |
33 |
0,12 |
вода |
| 6 |
2 |
28 |
117 |
0,4 |
вода |
При Р2=0,05 Бар s`=0,47
кДж/(кг К) s``=8,4 кДж/(кг К)
h`=137.8 кДж/кг h``=2561
кДж/кг
x2
=(s-s`)/(s``-s`)=(6,336-0,47)/(8,4-0,47)=0,74
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,74*2561+(1-0,74)*137,8=1938
кДж/кг
Характеристики
циклу Ренкіна з підвищеними початковими параметрами пари.
1. Питомий
теплопідвід:
q1 = h1-h4 = 3226
– 147 = 3079 кДж/кг.
2. Питомий
тепловідвід:
q2 = h2t – h4 =
1937 – 147 = 1791 кДж/кг.
3. Питома робота,
що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2t = 3226
– 1937 = 1278 кДж/кг.
4. Характеристика
ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1284/3085 = 0,415
5. ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 -
s3) = 3085 / (6.36 – 0.47 ) = 522 K.
T2m= t3 + 273 =
32 + 273 = 305 K.
=1- (T2m/T1m) = 1- 305/523
= 0.415
6. Витрата пари
на турбіну:
Д=N/(h1-h2t) = 1000*103/(3226 - 1938) = 776 кг/с.
7. Питома витрата
пари:
dt=Д/N =
1/(h1-h2t) = 1/(3226 - 1938) = 0,000776 кг/кДж.
8. Витрата
палива:
В = Д(h1 - h3)/Q
= 776*(3226 – 137)/(16*103)=150 кг/с.
9. Питома витрата
палива:
bt=B/N=150/(1000*103)=0,00015 кг/кДж.
10. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(h2t - h3)/(
h6 – h5)= 776*(1938 – 137)/(117-33) = 16678 кг/с.
11. Кратність
охолоджування:
n = W/Д = 16678/776
= 21,5
Підвищення
початкового тиску пари
Властивості
робочого тіла перехідних точках циклу з підвищеними початковими параметрами
пари.
Підвищуємо тиск
на 10 бар
Таблиця 3
|
Номер
точки на схемі
|
Р, Бар |
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
60 |
330 |
2985 |
6,23 |
ПП |
| 2 |
0,05 |
32,88 |
1929,0 |
6,23 |
ВНП х2=0,728 |
| 3 |
0,05 |
32,88 |
137,8 |
0,47 |
х3=0 |
| 4 |
60 |
32,56 |
141,9 |
0,47 |
вода |
| 5 |
2 |
8 |
33,8 |
0,12 |
вода |
| 6 |
2 |
28 |
117,6 |
0,4 |
вода |
При Р2=0,05 Бар s`=0,47
кДж/(кг К) s``=8,4 кДж/(кг К)
h`=137.8 кДж/кг h``=2561
кДж/кг
x2
=(s-s`)/(s``-s`)=(6,24-0,47)/(8,4-0,47)=0,728
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,728*2561+(1-0,728)*138=1929
кДж/кг
Характеристики
циклу Ренкіна з підвищеними початковими параметрами пари.
1. Питомий
теплопідвід:
q1 = h1-h4 = 2985
– 141,9 = 2843,1 кДж/кг.
2. Питомий
тепловідвід:
q2 = h2t – h4 = 1929
– 141,9 = 1761,2 кДж/кг.
3. Питома робота,
що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2t =
2985 – 1929 = 1081,9 кДж/кг.
4. Характеристика
ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1051,9/2843,1 =
0,381
5. ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 -
s3) = 2843,1/ (6,24 – 0.47 ) = 493,59 K.
T2m= q2 / (s1 -
s3)= 305,76 K.
=1- (T2m/T1m) = 1- (310,43/492,72)
= 0.381
6. Витрата пари
на турбіну:
Д=N/(h1-h2t) =
1000*103/(2985 - 1929) = 920 кг/с.
7. Питома витрата
пари:
dt=Д/N =
1/(h1-h2t) = 1/(2985 - 1929) = 0,000921 кг/кДж.
8. Витрата
палива:
В = Д(h1 - h3)/Q
= 947*(2985 – 138)/(16*103)=163 кг/с.
9. Питома витрата
палива:
bt=B/N=168/(1000*103)=0,00016 кг/кДж.
10. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(h2t - h3)/(
h6 – h5)= 947*(1929 – 138)/(117-33) = 19352 кг/с.
11. Кратність
охолоджування:
n = W/Д =20241/947
= 21.016
Підвищуємо тиск
ще на 10 бар
Таблиця 4
|
Номер
точки на схемі
|
Р, Бар |
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
70 |
330 |
2953 |
6,126 |
ПП |
| 2 |
0,05 |
32,88 |
1867,0 |
6,126 |
ВНП х2=0,713 |
| 3 |
0,05 |
32,88 |
137,8 |
0,47 |
х3=0 |
| 4 |
70 |
32,59 |
142,9 |
0,47 |
вода |
| 5 |
2 |
8 |
33,8 |
0,12 |
вода |
| 6 |
2 |
28 |
117,6 |
0,4 |
вода |
При Р2=0,05 Бар s`=0,47
кДж/(кг К) s``=8,4 кДж/(кг К)
h`=137.8 кДж/кг h``=2561
кДж/кг
x2
=(s-s`)/(s``-s`)=(6,126-0,47)/(8,4-0,47)=0,713
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,713*2561+(1-0,713)*138=1867
кДж/кг
Характеристики
циклу Ренкіна з підвищеними початковими параметрами пари.
1. Питомий
теплопідвід:
q1 = h1-h4 = 2953
– 142,9 = 2810,1 кДж/кг.
2. Питомий
тепловідвід:
q2 = h2t – h4 = 1867
– 142,9 = 1729,2 кДж/кг.
3. Питома робота,
що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2t = 2953
– 1867 = 1080,9 кДж/кг.
4. Характеристика
ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1080,9/2810,1 =
0,385
5. ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 -
s3) = 2810,1/ (6,126 – 0.47 ) = 496,83 K.
T2m= q2 / (s1 -
s3)= 305,72 K.
=1- (T2m/T1m) = 1- (305,72/496,83)
= 0.385
6. Витрата пари
на турбіну:
Д=N/(h1-h2t) =
1000*103/(2963 - 1867) = 920 кг/с.
7. Питома витрата
пари:
dt=Д/N =
1/(h1-h2t) = 1/(2953 - 1867) = 0,000921 кг/кДж.
8. Витрата
палива:
В = Д(h1 - h3)/Q
= 947*(2953 –
138)/(16*103)=162 кг/с.
9. Питома витрата
палива:
bt=B/N=162/(1000*103)=0,000162 кг/кДж.
10. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(h2t - h3)/(
h6 – h5)= 920*(1867 – 138)/(117-33) = 19000 кг/с.
11. Кратність
охолоджування:
n = W/Д
=20241/947 = 20,63
Підвищуємо тиск
ще на 10 бар
Таблиця 5
|
Номер
точки на схемі
|
Р, Бар |
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
80 |
330 |
2918 |
6,017 |
ПП |
| 2 |
0,05 |
32,88 |
1833,0 |
6,017 |
ВНП х2=0,699 |
| 3 |
0,05 |
32,88 |
137,8 |
0,47 |
х3=0 |
| 4 |
80 |
32,61 |
143,9 |
0,47 |
вода |
| 5 |
2 |
8 |
33,8 |
0,12 |
вода |
| 6 |
2 |
28 |
117,6 |
0,4 |
вода |
При Р2=0,05 Бар s`=0,47
кДж/(кг К) s``=8,4 кДж/(кг К)
h`=137.8 кДж/кг h``=2561
кДж/кг
x2
=(s-s`)/(s``-s`)=(6,017-0,47)/(8,4-0,47)=0,699
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,699*2561+(1-0,699)*138=1833
кДж/кг
Характеристики
циклу Ренкіна з підвищеними початковими параметрами пари.
1. Питомий
теплопідвід:
q1 = h1-h4 = 2918
– 143,9 = 2774,1 кДж/кг.
2. Питомий
тепловідвід:
q2 = h2t – h4 =
1833 – 143,9 = 1695,2 кДж/кг.
3. Питома робота,
що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2t =
2918 – 1833 = 1078,9 кДж/кг.
4. Характеристика
ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1078,9/2774,1 =
0,389
5. ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 -
s3) = 2774,1 / (6,017 – 0.47 ) = 500 K.
T2m= q2 / (s1 -
s3)= 305 K.
=1- (T2m/T1m) = 1-
(305/500) = 0.389
6. Витрата пари
на турбіну:
Д=N/(h1-h2t) =
1000*103/(2918 - 1833) = 921 кг/с.
7. Питома витрата
пари:
dt=Д/N =
1/(h1-h2t) = 1/(2918 - 1833) = 0,000922 кг/кДж.
8. Витрата
палива:
В = Д(h1 - h3)/Q
= 947*(2918 –
138)/(16*103)=160 кг/с.
9. Питома витрата
палива:
bt=B/N=162/(1000*103)=0,00016 кг/кДж.
10. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(h2t - h3)/(
h6 – h5)= 920*(1833 – 138)/(117-33) = 18644 кг/с.
11. Кратність
охолоджування:
теплоенергетичний
установка пар тиск
n = W/Д
=20241/947 = 20,22
Проміжний або повторний перегрів пари
Цей спосіб виник
як технологічний засіб боротьби з вогкістю пари на виході з турбіни. Як надалі
з’ясувалося, при РПП=(0,15...0,25)Р1 ефективність циклу Ренкіна збільшується.
Це пов’язано із збільшенням Т1m.
На рис. 4
показана схема ПСУ з повторним перегрівом пари.
Рис. 4 .
Принципова схема ПСУ з повторним перегрівом пари
Процеси в циклі
Ренкіна з проміжним перегрівом пари
4-1 - ізобарне
підведення теплоти в парогенераторі;
1-с – ізоентропне
розширення пари у ЦВТ (циліндрі високого тиску ) , процес здійснення роботи;
с-d – ізобарне
підведення теплоти у повторному перегрівачі ;
d-2 – ізоентропне
розширення пари у ЦНТ ( циліндрі низького тиску ), процес здійснення роботи;
2-3 –
ізобарно-ізотермічний процес відведення тепла в конденсаторі;
3-4 – ізоентропне
стиснення в насосі.
Цикл Ренкіна з проміжним перегрівом пари
Таблиця 6
Властивості водяної пари в перехідних точках циклу з
проміжним перегрівом пари
|
Номер
Точки
|
Р, Бар
|
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
50 |
330 |
3015 |
6,36 |
ПП |
| c |
10 |
180 |
2676 |
6,36 |
ВНП хс=0,949 |
| d |
10 |
330 |
3116 |
7,23 |
ПП |
| 2ПП |
0,05 |
32,88 |
2206 |
7,23 |
ВНП х2пп=0,853 |
| 3,4 |
0,05 |
32,88 |
141 |
0,47 |
Х3=0 |
При Рс=1000 кПа
Точка с s`=2,138 кДж/(кг.К)
s``=6,585 кДж/(кг.К)
h`=762,7 кДж/кг h``=2777
кДж/кг
xc=(sc-s`)/(s``-s`)
= (6,36 – 2,138)/(6,585 – 2,138) = 0,95
hc=xch``+(1-xc)h`=0,95*2777
+ (1 -0,95)*762,7 = 2676 кДж/кг
При Pпп=5 кПа
Точка 2пп s`=0,47
кДж/(кг К) s``=8,4 кДж/(кг.К)
h`=138 кДж/кг h``=2561
кДж/кг
x2пп=(s2пп-s`)/(s``-s`)=(7,23
– 0,47)/(8,4 – 0,47) = 0,85
h2пп=x2ппh``+(1-x2пп)h`=0,85*2561
+ (1 – 0,85)*138 = 2206 кДж/кг
Характеристики
циклу Ренкіна з проміжним перегрівом пари
1. Питомий
зовнішній теплопідвід:
q1 = (h1 - h4) +
(hd - hc) = (3015 – 141) + (3116 - 2676) = 3314 кДж/кг .
2. Питомий
зовнішній тепловідвід:
q2 = h2пп – h = 2206
– 141 = 2065 кДж/кг .
3.Корисна робота
в циклі:
lт t = q1 – q2 =
3314 – 2065 = 1249 кДж/кг .
4.Питома робота
пари в турбіні:
lт = (h1 – hc) +
(hd – h2пп) = (3015 - 2676) + (3116 – 2206) = 1249 кДж/кг.
5. ТМК:
ht = lt/q1 = 1249/3314 =0,376
6.ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T′1m =
q1/(s2пп – s3) = 3314/(7,23 – 0,47) = 490 K
T′2m= q2/(
s2пп – s3) = 2065/(7,23 – 0,47) = 305 K
=1 - (T′2m/T′1m)=1
– 305/490 = 0,376
7. Витрата пари
на турбіну:
Д=N/(h1-h2пп) =
1000*103/(3015 - 2206) = 1236 кг/с.
8. Питома витрата
пари:
dt=Д/N = 1/(h1-h2пп)
= 1/(3015 - 2206) = 0,00123 кг/кДж.
9. Витрата
палива:
В = bt*N = 0.000166*1000000
= 166 кг/с.
10. Питома
витрата палива:
bt=1/Q
*ht =1/(16000*0,376) =0,000166
кг/кДж.
11. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(h2пп - h3)/(
h6 – h5)= 1236*(2206 – 138)/(117-33) = 30430 кг/с.
12. Кратність
охолоджування:
n = W/Д =30430/1236
= 24,61
Гранична регенерація
Регенерація – це
метод зменшення безповоротності процесу з використанням повторних
енергоресурсів. Гранично регенеративним циклом Ренкіна називається гіпотетичний
цикл, в якому робоче тіло H2O входить в парогенератор в стані насиченої рідини
при початковому тиску Р1. Вода гріється до температури кипіння при даному тиску
в результаті внутрішнього тепловідводу на інших ділянках циклу.
На рис 6
зображений гранично-регенеративний цикл Ренкіна ( при lН=0 ).
Рис.6. Цикл ПСУ з
граничною регенерацією
Процеси в циклі
ПСУ з граничною регенераціею
3-а - внутрішній
теплопідвід;
а-1 - зовнішній
теплопідвід;
1-с - ізоентропне
здійснення роботи в ЦВТ;
с-d - внутрішнє
відведення тепла, рівне внутрішньому теплопідводу в процесі 3-а;
d-3 -
ізобарно-ізотермічне зовнішнє відведення тепла.
Рис. 7.
Теоретична схема ПСУ з граничною регенерацією .
Таблиця 7
Властивості водяної пари в перехідних точках циклу з
граничною регенерацією пари
|
Номер
Точки
|
Р, Бар
|
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
50 |
330 |
3015 |
6,36 |
ПП |
| а |
50 |
264 |
1155 |
2,921 |
НЖ
Xa= 0
|
| d |
0,05 |
32,88 |
1188 |
3.909 |
ВНП
xd = 0,433
|
| 3,4 |
0,05 |
32,88 |
141 |
0,47 |
Х3=0 |
sd = s1 - sa + s3=
6.36 - 2.921 + 0.47 = 3.909 (кДж/(кг.К))
xd= (sd – s’) /
(s’’ – s’) = (3.909 – 0.476)/(8.394 – 0.476) = 0.433
hd = xdh’’ + (1 –
xd)h’ = 0.433*2561 + (1 – 0.433)*17.8 = 1188 (кДж/кг)
Характеристики
циклу Ренкіна з граничною регенерацією пари.
1. Питомий
зовнішній теплопідвід:
q1 = h1 - h4 =
1860 кДж/кг .
2. Питомий
зовнішній тепловідвід:
q2 = hd – h3 =
1047 кДж/кг .
3.Корисна робота
в циклі:
lт t = q1 – q2 =
813 кДж/кг .
4. ТМК:
ht = lt/q1 = 0.437 > hисх (hисх = 0,374)
5.ТМК
еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1/(sd –
s3) = 1860/(3.909 – 0,47) = 540 K
T2m= q2/( sd – s3)
= 1047/(3.909 – 0,47) = 305 K
=1 - (T2m/T1m)=1 – 305/540
= 0,435
7. Витрата пари
на турбіну:
Д=N/lTt = 1000*103/813 = 1230 кг/с.
8. Питома витрата
пари:
dt=Д/N = 1230/1000*103 = 0,00123 кг/кДж.
9. Витрата
палива:
В = 1/Q
*ht = 1/16000*0,435= 143 кг/с.
10. Питома
витрата палива:
bt=B/N=220/(1000*103)=0,00014 кг/кДж.
11. Витрата
охолоджуючої води:
W=Д(hd - h3)/( h6
– h5)= 1230*(1188 – 147)/(117-33) = 15243 кг/с.
12. Кратність
охолоджування:
n = W/Д =15243/1230
= 12.4
Часткова
регенерація
На практиці
використовується підігрівання поживної води при кінцевому числі регенеративних
підігрівачів поверхневого або змішуючого типу. На малюнку зображена схема ПСУ з
п'ятьма підігрівачами змішуючого типу.
Температурний
натиск та розподіл температур
Таблиця 8
Властивості водяної пари в перехідних точках циклу з
частковою регенерацією пари
|
Номер
Точки
|
Р, Бар
|
t,
0C
|
h,
кДж/кг
|
s,
кДж/(кг.К)
|
Стан робочого тіла |
| 1 |
50 |
330 |
3015 |
6.36 |
ПП |
| О1 |
25.68 |
243.9 |
2860 |
6,36 |
ПП |
|
|
25.68 |
225.38 |
968.6 |
2.568 |
НЖ х=0 |
| О2 |
11.71 |
186.88 |
2705 |
6,36 |
ВНП х=0,960 |
|
|
11.71 |
186.88 |
793.7 |
2.206 |
НЖ х=0 |
| О3 |
4.558 |
148.38 |
2537 |
6,36 |
ВНП х=0,902 |
|
|
4.558 |
148.38 |
625.3 |
1.825 |
НЖ х=0 |
| О4 |
1.428 |
109.88 |
2354 |
6,36 |
ВНП х=0,849 |
|
|
1.428 |
109.88 |
460.9 |
1.417 |
НЖ х=0 |
| О5 |
0.3311 |
71.38 |
2155 |
6,36 |
ВНП х=0,796 |
|
|
0.3311 |
71.38 |
298.8 |
0.9718 |
НЖ х=0 |
| 2 |
0,05 |
32.88 |
1937 |
6,36 |
ВНП, х=0,743 |
| 3,4 |
0,05 |
32.88 |
141 |
0,47 |
НЖ, х=0 |
Відносні частки пара
Характеристики
циклу Ренкіна з граничною регенерацією пари
1. Питомий
теплопідвід: q1 = h1 – h’O1 = 3015 – 968.6 = 2046.4 кДж/кг
2. Питомий
тепловідвід: q2
= (h2 – h3)∙ak = (1937 – 141)*0,659 = 1183,5 кДж/кг
3. Питома робота,
що отримується в турбіні:
lt = q1 - q2 =
2046,4 – 1183,5 = 862 кДж/кг
4. Характеристика
ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ηt = lt/q1 =
862/2046 = 0.421
5. Витрата пари
на турбіну: Д = N/lt = 1000000/862 = 1160 кг/с
6. Питома витрата
пари: dt = Д/N = 1160/1000000 = 0.00116 кг/кДж
7. Питома витрата
палива: bt = 1/(QpH * ηt) = 1/(16000*0.421) = 0.000148 кг/кДж
8. Витрата
палива: B = bt *N = 0,000148*1000000 = 148 кг/с
9. Витрата
охолоджуючої води: W=Д*(h2 – h3)/(h6 – h5) = 1160*1796/84 = 24801 кг/с
10. Кратність
охолоджування: n = W/Д = 24801/1160 = 21,38
Результати обчислень
характеристик циклу зводимо у таблицю:
Таблиця 9
| Назва циклу Ренкіна |
Тепломеханічний коефіцієнт |
Витрати палива |
| Базовий цикл |
0,374 |
167 |
| Підвищення початкової температури і
тиску пари |
0,415 |
150 |
| Підвищення початкового тиску пари |
0,389 |
160 |
| Проміжний перегрів |
0,376 |
166 |
| Гранична регенерація |
0,437 |
143 |
| Часткова регенерація |
0,421 |
148 |
Висновки
1. Збільшення
ефективності у циклі Ренкіна при одночасному зв'язаному підвищенні p1 і t1
пояснюється збільшенням середньотермодинамічної температури робочого тіла у процесі
підведення теплоти (T1m). Іншою перевагою цього способу є сталий ступінь
сухості вологі насиченої пари на виході з турбіни.
2. Введення
промперегріву додатково впливає на ефективність циклу Ренкіна тільки при
оптимальному виборі проміжного тиску пари у повторному перегрівачі pпп = pc =
pd = (0.15 - 0.25) p1 При цьому, крім збільшення Т1m зростає також ступінь
сухості пари (Х2пп > X2), що добре впливає на експлуатаційні характеристики
турбіни.
3. Серед розглянутих
способів підвищення ТМК ПСУ найбільш ефективним є цикл Ренкіна з граничною
регенерацією (при z -> ∞). Однак на практиці застосовується
регенеративний підігрів живильної води при кінцевому числі ступенів z = 3 - 12,
причому збільшення г приводить до збільшення ефективності.
4. Оптимальне число
підігрівачів повинно вибиратися на основі техніко-економічного розрахунку
паросилової установки, з урахуванням вартості палива, металу, експлуатації,
ремонту та ін.
Література
1. Вукалович М.П., Ривкин С.Л.,
Александров С.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.:
Изд - во стандартов, 1969. - 408 с.
2. Кириллин В. А., Сычев В. В.,
Шейндлин А.В. Техническая термодинамика. -М.: Знергия, 1974. - 496 с.
3. Попова Т.М. Техническая
термодинамика: Конспект лекций. - Одесса: ОГПУ, 1996. - 74 І