Контрольная работа по "Термодинамике"

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 ⁰С);

 – температура пара на входе в турбину;

 – располагаемый температурный напор в испарителе, (принимаем ⁰С);

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;

h₁, h₂ – удельная энтальпия рабочего тела на входе и выходе, Дж/кг;

l_тех – удельная техническая работа, Дж/кг;

с₁, с₂ – скорость потока рабочего тела на входе и выходе;

Н₁, Н₂ – уровень сечения потока, отсчитанный от нулевой горизонтали на входе и выходе, м;

g – ускорение свободного падения, м/с². 

       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 3-4s):

- 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 1-2s (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 ⁰С. Для этой точки 3230 кДж/кг (удельная энтальпия пара на входе в турбину), (удельная энтропия пара на входе в турбину).

     

     Рассмотрим  процесс 1-2s. Для этого процесса . Точка 2s 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: