Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 68
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СодержаниеВведение…………………………………………………………………..3Задание…………………………………………………………………….41.ТЕОРЕТИЦЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОСИЛОВОГО ЦИКЛА……… 51.1. описание установки…………………………………………………..61.2. расчет параметров состояния в характерных точках цикла……… .71.3. Метод коэффициентов полезного действия прямого цикла………101.4. Технические показатели установки…………………………………131.5. Эксергетический метод………………………………………….. ….14ВЫВОД…………………………………………………………………… 17СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………….. 18ВВЕДЕНИЕЦикл Ренкина ,идеальный термодинамический цикл (круговой процесс),в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту); принимается в качестве теоретической основы для приближенного расчета реальных циклов, осуществляемых в паросиловых установках.Эффективность преобразователей энергии, к которой относится двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные, паротурбинные и другие энергетические установки, способна снизить не только экономические , но и экологические проблемы , что заставляет постоянно совершенствовать их конструкцию.ЗАДАНИЕПроизвести термодинамический анализ эффективности работы цикла Ренкина с перегревом пара.D=6 т/чP10=6Mпаt10=550ºСP2=0.008Мпаηка=94%ηт=89%oiηн=92%oiηг=97%ηм=98%ηпп=99%1 ТЕРЕОТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОСИЛОВОГО ЦИКЛА1.1 Описание установкиЦикл Ренкина с перегревом пара. Этот циклявляетсяосновнымцикломпаросиловыхустановок,применяемых в современной теплоэнергетике. Схема паросиловой установки приведена на рис. 1. В качестве рабочего тела используетсяводянойпар.Перегретый пар с параметрами состояния точки
1 (р1, Т1)поступает в турбину Т в которой, расширяясь, производит полезную работу. Полученная механическая работа турбины преобразуется генератором Г в электрическую энергию. Отработанныйпар с параметрами состояния точки 2 или 2д подается в конденсатор К, в котором конденсируется до состояния жидкости отдавая теплоту q2 охлаждающей воде ОВ.Из конденсатора жидкость(вода), с параметрами точки 2′ поступает в насос Н, который повышаетеёдавлениеиподаетвкотлоагрегатКАспараметрами состоянияточки3или3д.Засчеттеплотысгораниявтопкекотлатоплива(угля,мазутаилигаза)кжидкостиподводитсятеплотаq1 и жидкость нагревается до состояния насыщения (точка 4) и кипит, превращается в пар (точка 5) в котле КО. Насыщенный водяной пар поступает в пароперегреватель ПП , где нагревается выше температуры насыщения при заданном давлении (точка 1) и направляется по паропроводу в турбину.Рис.1.СхемапаросиловогоциклаРенкинасперегревомпара:КА–котлоагрегат(котелКОипароперегревательПП); Т – турбина; Г – электрогенератор; К – конденсатор;ОВ–охлаждающая вода; Н– насос.Термодинамический цикл этого теплового двигателя производится двумя изобарами – изобарой отвода тепла в конденсаторе (2–2–2д) и изобарой подвода тепла в котлоагрегате (3–3д–4–5–10) как показано на рисунке 2.Рис.2.ПаросиловойциклРенкина сперегревом параТочка 1 - перегретый парТочка 10- сухой перегретый парТочка 2 - влажный парТочка 2,- жидкость (вода)Точка 2,,- сухой насыщенный парТочка 2д- влажный парТочка 3 - насыщенная жидкостьТочка 3д- нагретая жидкостьТочка 4 - кипящая водаТочка 5- сухой насыщенный пар1.2 Расчет параметров состояния в характерных точка цикла
Для расчета и анализа процессов, происходящих в цикле не-обходимо определение параметров состояния рабочего тела в егохарактерных точках.Параметр в точках 4, и 5,, при Р10=6МПа = 6000кПа4, 5,,t= 275.6ºC t=275.6ºCv.=0.001319м3/кг v..=0.03241м3/кгi. = 1214 кДж/кг i.. = 2783кДж/кгs. = 3.028кДж/(кг К) s.. = 5,888кДж/(кг К)x4=0; x5=1Параметры в точках 2, и 2,, при Р2 = 0,008МПа = 8кПаt=41053ºC t=41.83ºCv.=0.001008м3/кг v.. = 18011м3/кгi.=173.9 кДж/кг i.. = 2577кДж/кгs. = 0.5990 кДж/(кг К) s.. = 8.229 кДж/(кг К)Параметры перегретого пара в точке 10 при Р10 =6МПа , t10 = 550ºCv10 = 0.03561 м3/кгi10 = 3500 кДж/кгs10 = 6.757 кДж/(кг К)Параметры состояния жидкости после сжатия в насосе в точке 3 при Р10=Р3=6МПа и энтропии ; s3=s2= 0.5990кДж/(кг К)t3= 42.3ºCv3 = 0.001м3/кгi3 = 182.14 кДж/кгЭффективность работы и совершенство конструкции питательногонасосаопределяетсяотносительнымКПД насоса, представляющим собой отношение теоретической работы, креальнойработенасоса. =Также известно, что при Р10=Р3д=6МПа находим значение остальных параметров в точке 3д.t3д=45.5ºCv3д=0,001м3/кгs3д=0,6021кДж/(кг К)В результате потерь теплоты в паропроводе состояние водяного пара перед турбиной будет отвечать состоянию в точке 1 , а параметры точки 1 определяют из зависимости для КПД паропровода:Откуда получим значение энтальпии в точке 1, если известен ηпп=99% из задания. i1=(i10-i3) ηпп+i3=(3500-182.14)0.99+182.14=3466.82кДж/кгПри расчетах принимаем давление пара перед турбиной Р1 равным давлению пара после котлоагрегата, т.е. Р
1≈Р10.Тогда определяем другие параметры в точке 1.t1=536.83ºC v1=0.0349м3/кг s1=6.72кДж/(кг К)При идеальном процессе расширения пара (адиабатном или, по другому, изотропном)в турбине энтропия рабочего тела не изменяется, следовательно S1=S2.Степень сухости отработанного влажного пара, выходящего из турбины, (точка2) для идеального процесса определяется по формуле: = = 0.8По известной степени сухости рассчитываем остальные параметры состояния точки 2:I2=i2(1-x2)+i2 x2=173.9(1-0.8)+2577×0.8=2096.4кДж/кгv2=v2 x2 =18.11×0.8=14.5м3/кгЭффективность работы и совершенство конструкции турбины определяется внутренним относительным КПД турбины, представляющим собой отношение действительной работы, полученной в реальном процессе расширения пара в турбине к теоретической работе турбины: →i2д=i1-(i1-i2)i2д= 3466.82-(3466.82-2096.4)0.89=2247.15кДж/кгРассчитываем степень сухости отработанного влажного пара, выходящего из турбины в реальном процессе (точка 2д) по формуле: = 0.86По известной степени сухости рассчитываем остальные параметры состояния точки 2:S2д=s2 (1-x2д)+s2x2д;S2д=0,5990(1-0,86)+8,229×0,86=7,164 кДж/(кг К)V2д=v2 x2д=18,11×0,86=15,57м3/кг.1.3 Метод коэффициентов полезного действия прямого цикла.Рассчитывается теплота, выделенная при сгорании топлива, превращенная в электроэнергию, отданная в конденсаторе; потери теплоты в котлоагрегате, в паропроводе, в электрогенераторе, в турбине, в насосе.Количество удельной теплоты, воспринятое водой и паром в котлоагрегате, определяется по зависимости:
q1=i10-i3д;q1=3500-182.14=3317.9кДж/кгКоличество теплоты, выделившееся в котлоагрегате при сгорании топлива определяем по формуле: =3529.68 кДж/кгТеоретическую работу турбины и насоса, а также термический КПД цикла рассчитываем по зависимости: =i1-i2= 3466.82-2096.4=1370.42кДж/кг =i3-i2 =182.14-173.9=8.24кДж/кг = - =1370,42-8,24=1362,18кДж/кг =0.41Потери теплоты в котлоагрегате∆ =q-q1= 3529.68-3317.9=211.78кДж/кгПотери теплоты в паропроводе∆ =i10-i1=3500-3466.82=33.18 кДж/кгРабота действительного и теоретического цикловlц.дейст= - = (i1-i2д)-(i3д-i2,)lц.дейст=(3466.82-2247.15)-(183.14-173.9)=1210.43кДж/кгЭффективный КПД установки без учета потерь в электрогенираторе =ηкаηппηt
=0.94×0.99×0.89×0.41=0.34Внутренний относительный КПД комплекса «турбина-насос» =0,89Теплота, превращенная в электроэнергиюlвн=q =3529,68×0,34=1200,09кДж/кгТеплота отданная в конденсатореq2=i2-i2.=2096.4-173.9=1922.5кДж/кгПотеря в турбине
1 (р1, Т1)поступает в турбину Т в которой, расширяясь, производит полезную работу. Полученная механическая работа турбины преобразуется генератором Г в электрическую энергию. Отработанныйпар с параметрами состояния точки 2 или 2д подается в конденсатор К, в котором конденсируется до состояния жидкости отдавая теплоту q2 охлаждающей воде ОВ.Из конденсатора жидкость(вода), с параметрами точки 2′ поступает в насос Н, который повышаетеёдавлениеиподаетвкотлоагрегатКАспараметрами состоянияточки3или3д.Засчеттеплотысгораниявтопкекотлатоплива(угля,мазутаилигаза)кжидкостиподводитсятеплотаq1 и жидкость нагревается до состояния насыщения (точка 4) и кипит, превращается в пар (точка 5) в котле КО. Насыщенный водяной пар поступает в пароперегреватель ПП , где нагревается выше температуры насыщения при заданном давлении (точка 1) и направляется по паропроводу в турбину.Рис.1.СхемапаросиловогоциклаРенкинасперегревомпара:КА–котлоагрегат(котелКОипароперегревательПП); Т – турбина; Г – электрогенератор; К – конденсатор;ОВ–охлаждающая вода; Н– насос.Термодинамический цикл этого теплового двигателя производится двумя изобарами – изобарой отвода тепла в конденсаторе (2–2–2д) и изобарой подвода тепла в котлоагрегате (3–3д–4–5–10) как показано на рисунке 2.Рис.2.ПаросиловойциклРенкина сперегревом параТочка 1 - перегретый парТочка 10- сухой перегретый парТочка 2 - влажный парТочка 2,- жидкость (вода)Точка 2,,- сухой насыщенный парТочка 2д- влажный парТочка 3 - насыщенная жидкостьТочка 3д- нагретая жидкостьТочка 4 - кипящая водаТочка 5- сухой насыщенный пар1.2 Расчет параметров состояния в характерных точка цикла
Для расчета и анализа процессов, происходящих в цикле не-обходимо определение параметров состояния рабочего тела в егохарактерных точках.Параметр в точках 4, и 5,, при Р10=6МПа = 6000кПа4, 5,,t= 275.6ºC t=275.6ºCv.=0.001319м3/кг v..=0.03241м3/кгi. = 1214 кДж/кг i.. = 2783кДж/кгs. = 3.028кДж/(кг К) s.. = 5,888кДж/(кг К)x4=0; x5=1Параметры в точках 2, и 2,, при Р2 = 0,008МПа = 8кПаt=41053ºC t=41.83ºCv.=0.001008м3/кг v.. = 18011м3/кгi.=173.9 кДж/кг i.. = 2577кДж/кгs. = 0.5990 кДж/(кг К) s.. = 8.229 кДж/(кг К)Параметры перегретого пара в точке 10 при Р10 =6МПа , t10 = 550ºCv10 = 0.03561 м3/кгi10 = 3500 кДж/кгs10 = 6.757 кДж/(кг К)Параметры состояния жидкости после сжатия в насосе в точке 3 при Р10=Р3=6МПа и энтропии ; s3=s2= 0.5990кДж/(кг К)t3= 42.3ºCv3 = 0.001м3/кгi3 = 182.14 кДж/кгЭффективность работы и совершенство конструкции питательногонасосаопределяетсяотносительнымКПД насоса, представляющим собой отношение теоретической работы, креальнойработенасоса. =Также известно, что при Р10=Р3д=6МПа находим значение остальных параметров в точке 3д.t3д=45.5ºCv3д=0,001м3/кгs3д=0,6021кДж/(кг К)В результате потерь теплоты в паропроводе состояние водяного пара перед турбиной будет отвечать состоянию в точке 1 , а параметры точки 1 определяют из зависимости для КПД паропровода:Откуда получим значение энтальпии в точке 1, если известен ηпп=99% из задания. i1=(i10-i3) ηпп+i3=(3500-182.14)0.99+182.14=3466.82кДж/кгПри расчетах принимаем давление пара перед турбиной Р1 равным давлению пара после котлоагрегата, т.е. Р
1≈Р10.Тогда определяем другие параметры в точке 1.t1=536.83ºC v1=0.0349м3/кг s1=6.72кДж/(кг К)При идеальном процессе расширения пара (адиабатном или, по другому, изотропном)в турбине энтропия рабочего тела не изменяется, следовательно S1=S2.Степень сухости отработанного влажного пара, выходящего из турбины, (точка2) для идеального процесса определяется по формуле: = = 0.8По известной степени сухости рассчитываем остальные параметры состояния точки 2:I2=i2(1-x2)+i2 x2=173.9(1-0.8)+2577×0.8=2096.4кДж/кгv2=v2 x2 =18.11×0.8=14.5м3/кгЭффективность работы и совершенство конструкции турбины определяется внутренним относительным КПД турбины, представляющим собой отношение действительной работы, полученной в реальном процессе расширения пара в турбине к теоретической работе турбины: →i2д=i1-(i1-i2)i2д= 3466.82-(3466.82-2096.4)0.89=2247.15кДж/кгРассчитываем степень сухости отработанного влажного пара, выходящего из турбины в реальном процессе (точка 2д) по формуле: = 0.86По известной степени сухости рассчитываем остальные параметры состояния точки 2:S2д=s2 (1-x2д)+s2x2д;S2д=0,5990(1-0,86)+8,229×0,86=7,164 кДж/(кг К)V2д=v2 x2д=18,11×0,86=15,57м3/кг.1.3 Метод коэффициентов полезного действия прямого цикла.Рассчитывается теплота, выделенная при сгорании топлива, превращенная в электроэнергию, отданная в конденсаторе; потери теплоты в котлоагрегате, в паропроводе, в электрогенераторе, в турбине, в насосе.Количество удельной теплоты, воспринятое водой и паром в котлоагрегате, определяется по зависимости:
q1=i10-i3д;q1=3500-182.14=3317.9кДж/кгКоличество теплоты, выделившееся в котлоагрегате при сгорании топлива определяем по формуле: =3529.68 кДж/кгТеоретическую работу турбины и насоса, а также термический КПД цикла рассчитываем по зависимости: =i1-i2= 3466.82-2096.4=1370.42кДж/кг =i3-i2 =182.14-173.9=8.24кДж/кг = - =1370,42-8,24=1362,18кДж/кг =0.41Потери теплоты в котлоагрегате∆ =q-q1= 3529.68-3317.9=211.78кДж/кгПотери теплоты в паропроводе∆ =i10-i1=3500-3466.82=33.18 кДж/кгРабота действительного и теоретического цикловlц.дейст= - = (i1-i2д)-(i3д-i2,)lц.дейст=(3466.82-2247.15)-(183.14-173.9)=1210.43кДж/кгЭффективный КПД установки без учета потерь в электрогенираторе =ηкаηппηt
=0.94×0.99×0.89×0.41=0.34Внутренний относительный КПД комплекса «турбина-насос» =0,89Теплота, превращенная в электроэнергиюlвн=q =3529,68×0,34=1200,09кДж/кгТеплота отданная в конденсатореq2=i2-i2.=2096.4-173.9=1922.5кДж/кгПотеря в турбине