Смекни!
smekni.com

Дослiдження способiв пiдвищення ефективності паросилових циклiв (стр. 1 из 3)

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

Номерточки 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
Номерточки 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
Номерточки 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
Номерточки 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)