ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Паросиловая установка по циклу ренкина


 

12– адиабатическое сжатие воздуха в турбокомпрессоре 3;

23 – изохорный подвод теплоты q1 к сжатому газу (сгорание топлива в камере сгорания 9); 3-4 – адиабатное расширение газов в турбине 2;

4-1– условный изобарный процесс (отвод теплоты q2 в атмосферу

с отработавшими газами)

Рисунок 4 – Цикл ГТУ в рv и Ts-координатах с подводом теплоты при v= const

термический КПД цикла:

(11)

введем в расчет основные характеристики цикла:

·  степень адиабатного сжатия

(12)

·  степень изохорного повышения давления: (13)

Выразим температуры Т2, Т3, Т4 через Т1.

Рассмотрим процессы.

1-2 – процесс адиабатического сжатия:

T2 = T1ε k – 1. (14)

2-3 – процесс нагрева при ν = const:

;

T3 = T2λ;

T3 =T1ε k – 1λ. (15)

3-4 – процесс адиабатического расширения: ,

. (16)

Подставив в формулу (11) t2,t3,t4, через t1 из формул (14), (15), (16), получим:

.

(17)

Из уравнения (17) видно, что ht цикла зависит только от e, k и λ, и растет с увеличением k и уменьшением e.

Пример решения

исходные данные: Т1 = 340 К; Т2 = 1000 К; Т3 = 2000 К; Т4 = 680 К.

решение

1. вычертить принципиальную схему ГТУ

1 – топливный бак; 2 – топливный насос; 3, 11 – трубопроводы;

4 – форсунка; 5 – камера сгорания; 6 – сопловый аппарат;

7 – турбина; 8 – электрогенератор (потребитель);

9 – выпускной патрубок; 10 – турбокомпрессор

Рисунок 1 – Схема ГТУ со сгоранием топлива при постоянном объеме

2. Вычертить цикл в координатах pv и Тs

12 – адиабатическое сжатие воздуха в турбокомпрессоре;

23 – изобарный подвод теплоты q1 к сжатому газу (сгорание топлива в камере сгорания); 3-4 – адиабатное расширение газов в турбине;

4 -1 – условный изобарный процесс (отвод теплоты q2 в атмосферу).

Рисунок 2 – Диаграммы рv и Ts цикла ГТУ при р = const

3 Расчет

3.1 удельное количество подведенной теплоты, q1, кДж/кг,

q1 = ср (Т3 – Т2). (1)

q1 = 1,008 (2000 – 1000) = 1008 кДж/кг.

3.2 удельное количество отведенной теплоты, q2, кДж/кг,

q2 = ср (Т4 – Т1). (2)

q2 = 1,008 (680 – 340) = 342,72 кДж/кг.

3.3 удельное количество использованной теплоты в цикле, qо, кДж/кг,

qо = q1 – q2. (3)

qо = 10 080 – 342,72 = 6 537,28 кДж/кг.

3.4 термического КПД цикла ηt:

(4а)

(4б)

(4в)

Задача № 4

паросиловая установка по циклу Ренкина

Таблица 1 – исходные данные

№ п/п

в жур-нале

р1,

мПа

T1,

°С

, мПа

,

°С

р2,

кПа

№ п/п

в жур-нале

р1,

мПа

T1,

°С

, мПа

,

°С

р2,

кПа

1

1,3

250

2,5

500

4,0

16

1,5

250

5,0

500

3,0

2

1,5

280

3,0

500

4,0

17

2,0

280

5,5

500

3,0

3

2,0

300

5,0

500

4,0

18

2,3

300

6,0

550

3,0

4

2,5

325

5,0

550

4,0

19

2,5

325

6,5

550

3,0

5

3,0

350

6,0

550

4,0

20

2,7

350

7,0

600

3,0

6

3,5

350

7,0

550

4,0

21

3,0

370

7,5

650

3,0

7

4,0

350

8,0

560

4,0

22

3,2

380

8,0

580

3,0

8

4,5

375

9,0

560

4,0

23

3,5

390

8,5

600

3,0

9

5,0

375

10,0

570

5,0

24

3,7

400

9,0

575

4,0

10

1,3

400

12,0

570

5,0

25

4,0

400

9,5

575

4,0

11

1,5

425

13,0

570

5,0

26

4,2

400

10,0

580

4,0

12

2,0

430

14,0

580

5,0

27

4,5

450

10,5

560

4,0

13

2,5

440

15,0

580

5,0

28

5,0

450

11,0

580

4,0

14

3,0

450

20,0

580

5,0

29

5,5

450

12,0

600

4,0

15

3,5

400

25,0

600

5,0

30

5,5

450

20,0

600

4,0

1. Вычертить принципиальную тепловую схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Обозначить позициями и записать наименование основных ее элементов.

2. Вычертить без масштаба цикл Ренкина в рv и Ts координатах. Обозначить узловые точки и процессы цикла.

3. Рассчитать для двух вариантов (исходные данные – таблица 1):

3.1. термический КПД цикла Ренкина ηt;

3.2. удельный расход пара dо, кг/(кВт-ч), на выработку 1 кВт-ч энергии;

3.3 удельный расход пара dо, кг/МДж, для совершения 1 МДж работы.

4. Дать алгоритм нахождения в s-i (s-h) диаграмме водяного пара рассчитываемый процесс расширения пара в паровой турбине (для 2-х вариантов).

5. На основании расчета сделать вывод о влиянии повышения начальных параметров пара на термический КПД цикла и выработку количества пара.

6. ответить на контрольные вопросы:

·  что такое сухость пара?

·  в какой области рv диаграммы пар находится в состоянии влажного, сухого насыщенного и перегретого пара?

общие теоретические положения

В паросиловых установках в качестве рабочего тела используются пары различных жидкостей (воды, ртути и др.), но чаще – водяной пар.

паросиловые (паротурбинные) установки широко применяются для привода электрогенераторов на тепловых электростанциях.

Изучение термодинамических циклов паросиловых установок следует начинать с цикла Карно, уяснив себе причины неприменимости его в реальных паросиловых установках. Затем необходимо рассмотреть основной цикл паросиловой установки – цикл Ренкина.

Если рабочее тело – насыщенный пар, то возможно осуществить цикл Карно и получить максимальный термический КПД.

Осуществить такой цикл возможно в паросиловой установке показанной на рисунке 1.

1 – котел; 2 – паровая турбина; 3 – электрогенератор;

4 – конденсатор; 5 – компрессор

Рисунок 1 – схема паросиловой установки (цикл Карно)

процесс расширения пара происходит в паровой турбине 2. в конденсаторе 4 пар частично конденсируется до состояния влажного пара, а теплота q2 при этом отводится в окружающую среду. Влажный пар поступает в компрессор 5 и адиабатно сжимается до полной конденсации пара, конденсат подается в котел 1.

 

4-1 – подвод теплоты в котел 1 при сгорании топлива для выработки пара (изобарный процесс при Т = const);

1-2 – адиабатное расширение пара в паровой турбине 2;

2-3 – отвод теплоты в конденсаторе 4 (изобарный процесс при Т = const);

3-4 – адиабатное сжатие пара в компрессоре 5

Рисунок 2 – Цикл карно в pv и Ts координатах

На адиабатное сжатие в компрессоре 5 тратится работа численно равная площади 4|-4-3-3|-4|: , (1)

Работа сжатия тем больше, чем выше исходные параметры цикла (площадь 4|||-4||-3||-3| -4|||).

термический КПД цикла определяется, как обычно, по формуле:

. (2)

Теплота q1, кДж/кг, подведенная к 1 кг рабочего тела в изобарном процессе 4-1: q1 = iк – iн = i1 – i4. (3)

Отвод теплоты q2, кДж/кг, в конденсаторе в изобарном процессе 2-3:

q2 = iк – iн = i2 – i3, (4)

где (iк – iн) – разность удельных энтальпий в конечной и начальной точках процесса, кДж/кг.

Преимущества такой паросиловой установки – максимальный термический КПД. Но это преимущество теряется, так как большая работа затрачивается на сжатие влажного пара в компрессоре.

удобнее и экономичнее в реальном цикле конденсировать пар до линии х = 0, а затем насосом увеличивать давление воды. Такой цикл был предложен в 50-х годах девятнадцатого столетия инженером и физиком Ренкиным почти одновременно Клаузиусом. В этом цикле возможен перегрев пара. Схема такой установки показана на рисунке 3.

1 – котел; 2 – пароперегреватель; 3 – турбина;

4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – насос

Рисунок 3 – схема паросиловой установки (цикл Ренкина)

Насыщенный пар, приготовленный в котле 1 (процесс 4-1|), поступает в пароперегреватель 2, где к нему подводится теплота qпе при постоянном давлении р1 в процессе 1|-1. Перегретый пар (точка 1) имеет более высокую температуру – Т1, чем сухой насыщенный пар – Тн (точка 1|) при одинаковом давлении р1. Разность этих температур ∆Tп = Т1 – Т2 называется степенью перегрева сухого насыщенного пара. Перегретый пар подается в турбину 3, адиабатное расширение (процесс 1-2), которая соединена с электрогенератором 4, в конце расширения (точка 2) пар становится влажным. Отработавший пар в конденсаторе 5 переводится в жидкость (процесс 2-3), затем жидкость водяным насосом 6 (процесс 3-4) подается в котел 1.

На рисунке 4:

Удельная работа цикла о, Дж/кг – площадь 4-1-2-3-4 (диаграмма pv), она же представляет собой и работу изменения давления в цикле по адиабате 1-2:

(5)

где i1, i2 – удельные энтальпии пара, Дж/кг, при входе в паровую турбину и выходе из нее; ∆i – адиабатный перепад удельной энтальпии, Дж/кг.

В уравнении (5) не учтена удельная работа насоса, что вполне допустимо, так как она составляет только 0,4 % от работы паровой турбины.

Следовательно, удельная работа цикла о, кДж/кг,

. (6)

Тогда КПД цикла определяется можно определить:

(7)

где – удельная теплота, Дж/кг, подводимая по изобаре в котельную установку: , (8)

где i2| = i3 – удельная энтальпия кипящей воды, Дж/кг,

(9)

Тогда (10)

из рисунка 4 видно, что идеальный цикл Ренкина в паросиловой установки:

1) делает установку компактнее, так как насос по размерам значительно меньше компрессора;

2) мощность насоса во много раз меньше мощности компрессора.

qж r qпе

 

Рисунок 4 – Цикл Ренкина в pv — и Ts-координатах

Удельный расход пара d0, кг/(кВт-ч), идущего на выработку 1 кВт-ч энергии: . (11)

удельный расход пара идущего на выработку единицы выполненной работы d0, кг/МДж: (12)

алгоритм нахождения расчетных процессов расширения пара в паровой турбине по диаграмме s-h (s-i).

Рисунок 5 – Определение энтальпии пара по диаграмме is

Пример расчета

и с х о д н ы е д а н н ы е: р4= 5,5 мПа (55 бар); t4 = 450 °С;

р4|= 20 мПа (200 бар); t4| = 600 °С; р5 = 4 кПа (0,04 бар).

  1  Принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина

1 – котел; 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина;

4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – насос

Рисунок 1 – Схема паросиловой установки (цикл Ренкина)

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод