Загрузка...Паросиловой цикл Ренкин
Содержание
1. Введение
.1 Схема паросилового цикла Ренкина с перегревом пара
.2 Термодинамические процессы
. Задание на проектирование
.1 Данные для расчета
.2 Агрегатное состояние рабочего тела
. Расчет параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла
. Расчет потерь энергии (работоспособности) рабочего тела в процессах цикла (элементах установки)
. Эксергетический анализ исследуемого цикла
. Вывод
Список литературы
1.Введение
Ренкина цикл, идеальный термодинамический цикл (Круговой процесс), в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту); принимается в качестве теоретической основы для приближённого расчёта реальных циклов, осуществляемых в паросиловых установках (энергетическая установка, обычно состоящая из паровых котлов (парогенераторов) и паровых двигателей (паровых машин или паровых турбин) для пароходов, паровозов, паровых автомобилей или электрических генераторов (тепловых и атомных электростанций).Назван по имени У. Дж. Ранкина, одного из создателей технической термодинамики.
известно, что большая часть мировых энергетических ресурсов направляется на выработку электроэнергии и работу транспорта, где бесчисленное количество тепловых преобразователей энергии, превращают их в полезную работу. Эффективность преобразователей энергии, к которым относятся двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные, паротурбинные и другие энергетические установки, способна снизить не только экономические, но и экологические проблемы, что заставляет постоянно совершенствовать их конструкцию.
1.1 Схема паросилового цикла Ренкина с перегревом пара
Цикл Ренкина с перегревом пара является основным циклом паросиловых установок, применяемой в современной теплоэнергетике. В качестве рабочего тела используется водяной пар. Перегретый пар с параметрами состояния точки 1() поступает в турбину Т, в которой ,расширяясь, производит полезную работу. Полученная механическая работа турбины преобразуется генератором Г в электрическую энергию. Обработанный пар с параметрами состояния точки 2 или подается в конденсатор К, в котором конденсируется до состояния жидкости отдавая теплоту охлаждающей воде ОВ.
КА — котлоагретат (котел КО и пароперегреватель ПП);
Т — турбина;
Г — электрогенератор;
К — конденсатор;
ОВ — охлаждающая вода;
Н — насос.
паросиловой цикл ренкин энергия
Из конденсатора жидкость (вода), с параметрами точки поступает в насос Н, который повышает ее давление и попадает в котлоагрегат КА с параметрами состояния точки 3 и За счет теплоты сгорания в топке котла топлива (угля, мазута или газа) к жидкости подводиться теплота и жидкость нагревается до состояния насыщения (точка 4) и кипит, превращаясь в пар(точка 5)в котле КО .Насыщенный водяной пар поступает в пароперегреватель ПП, где нагревается выше температуры насыщения при заданном давлении(точка) и направляется по паропроводу в турбину.
1.2 Термодинамические процессы
T-S диаграмма холодильного цикла
Термодинамический цикл этого теплового двигателя производится меду двумя изобарами — изобарой отвода тепла в конденсаторе (2-2-2д)и и изобарой подвода тепла в котлоагрегате (3-3д-4-5-) как показано на рис. 2.
2. Задание на проектирование
Произвести расчет эффективности работы цикла Ренкина, рассчитать параметры состояния рабочего тела в различных точках цикла, определить потери энергии и работоспособности в реальных процессах рабочего тела и в элементах оборудования, а также всей установки в целом.
.1 Данные для расчета
D=12 т/ч; P10=10 МПа; t10=550°C; ηка=91%; ηтoi=87%; ηнoi=86%;ηпп=99%;ηм=99%;ηr =98%; P2=0,004 МПа
.2 Агрегатное состояние рабочего тела
Точка 1 — перегретый пар
Точка 1 -сухой перегретый пар
Точка 2 — влажный пар
Точка — жидкость (вода)
Точка — сухой насыщенный пар
Точка 2д — влажный пар
Точка 3 — насыщенная жидкость
Точка — нагретая жидкость
Точка 4 — кипящая вода
Точка 5 — сухой насыщенный пар
3. Расчет значений основных параметров состояния в характерных точках цикла
Точка 1
P1=10,МПа
1= [(t-t)/(i-i)]*(i-i)+t
1=[(550-500)/(3500-3374)*(3466,34-3374)]=536,6, 0С1=S=6,715, кДж/кг×К
1=[(V2 -V)/(i-i)]*(i-i)+V
1= [(0.003561-0.03277)/(3500-3374)]*(3466.34-3374)+0.03277=0.03485, м3/кг
1=[(S-S)/(i-i)]*(i-i)+S
1=[(6.757-6.598)/(3500-3374)]*(3466.34-3374)+6.598=6.715, кДж/кг×К
Точка 2
P2=0,004,МПа
t2 получаем из таблицы 1(приложение 3),при заданном давлении
t2 =28,98, 0С
S2=S1=6,715, кДж/кг×К
V2=V*x+V* (1-x)
V2= 34, 80 *078+121,4 * (1-0,78)=53,85, м3/кг
x= = (S-S)/(S- S)= (6,715-0,4224)/(8,475-0,4224)=0,782=i*x+ i/ (1-x)
2 = 2554 *0,78+121,4(1-0,78)= 2018,8 кДж/кг
Точка 2
P2д=0,004,МПа
i2д=hт (i1-i2)+i1
2д=-0,87×(3466,34-2018,8)+3466,34=2206,98, кДж/кг2д=t=28.98 0С
V2д=[(V2 -V)х]+V
V2д=(34,80-0,001004)0,86+0,001004=29,928×10-3, м3/кг
2д=(S)x+S
= (i2д -i)/( i- i)=(2206,98-121,4)/(2554-121,4)=0,86
Точка 2
параметры состояния рабочего тела в точках 2 , 2 находятся из таблиц насыщенного водяного пара (таблица 1 приложения) :
P=0,004,МПа
t=28,98,0С
V2=0,001004, м3/кг
i=121,4,кДж/кг
S=0,4224, кДж/кг
Точка 2
t=28.98, 0С
P=0.004, МПа
V=34.80×10-3, м3/кг
i=2554, кДж/кг
S=8.475, кДж/кг×К
Точка 3
параметры состояния жидкости после сжатия в насосе(точки 3 и 3 ) определяются по таблицам для воды и перегретого водяного пара (таблица 2 приложения):
По известному давлению P3=10,МПа
3= [(i-i1)/(S-S1)]*(S-S1) + i1
3=[(1763-93,2)/(0,5682-0,2942)]*(0,4224-0,2942)+93,2=132,08, кДж/кг
3= [(t-t1)/(S-S1)]*(S-S1) + t1
=[(40-20)/(0,5682-0,2942)]*(0,4224-0,2942)+20= 29,36 , 0С
3=[(V-V1)/(i- i1)]*(i- i1)+V1×10-3, м3/кг
V= [(0,001034-0,0009972)/(176,3-93,2)]*(132,08-93,2)+0,0009972= 0,0010001, м3/кг
S3= S= 0, 4224, кДж/кг×К
Точка 3
P3=10, МПа3=i+ [(i3-i)/η]
3= 121 ,4+[(132,8-121,4)/0,86]=133,82, кДж/кг
3= [(t-t1)/ (i -i1)]*(i-i1)+t1
= [(40-20)/ (176,3-93,2)]*(133,82- 93,2)+20= 29,78 , 0С
3=[(V-V1)/ (i- i1)]*(i- i1)+V1
= [(0,001034-0,0009972)/(176,3-93,2)]*(133,82-93,2)+0,0009972= 0,0010001, м3/кг
3= [(S-S1)/ (i- i1)]*(i- i1) +S1
3= [(00,56-0,2942)/ (176,3-93,2)]*(133,82-93,2) +0,2942= 0,4281, кДж/кг× К
Точка 4
параметры состояния точек 4 и 5 определяют по значению давления или температуры насыщения в них, (таблица 1 приложения)
t4=584, 15, 0С
P4=10, МПа
V4=0, 001453, м3/кг
i4=1409, кДж/кг
S4=3.362, кДж/кг×К
Точка 5
t5=584,15, 0С
P5=10, МПа
V5=0,01800 м3/кг
i5=2724, кДж/кг
S5=5.614, кДж/кг×К
Точка 10
параметры перегретого пара в точке 10 определяются по тем же таблицам, по известным температуре и давлению :
t10=550, 0С
P6=10, МПа
V10=0,03561, м3/кг
S10=6,757, кДж/кг×К
i10=3500, кДж/кг
4. Расчет потерь энергии (работоспособности) рабочего тела в процессах цикла(элементах установки)
Теплота, подводимая в котёл:
q=(i10-i3)=3500-133082=3366,18 кДж/кг.
Теплота, отданная в конденсаторе:
q=i-i=2206.98-121.4=2085.58.кДж/кг.
полезная внешняя работа теплового двигателя:
l=q— q=3366.18-2085.58=1280.6 кДж/кг.
количество выделяющейся теплоты:
q= q/ η=3366.18/ 0,91= 3699,099, кДж/кг
Эффективное КПД двигателя :
η= l/ q = 1280,6/ 3699,099 = 0,346
Эффективное абсолютное КПД двигателя:
η= l/ q= 1280,6 / 3366,18 = 0,380
Внутреннее относительное КПД комплекса "турбина- насос":
η= l/ l= 0,89
полезная работа теоретического цикла :
l=[(i-i)-(i-i)]=(3466,34-2018,8)-(132,08-121,4)=1436,14, кДж/кг
η= l/ q= 1436.14/ 3366.18= 0.4266
эффективный КПД может быть представлен в виде :
η= η*η*η*η*η*η= 0,91*0,99*0,98*0,99*0,43*0,89*=0,335
Теплота, теряемая в котлоагрегате :
Δq= q- q= 3699,099- 3366,18 =332,92, кДж/кг
Теплота ,теряемая в паропроводе:
qпппот=[(i-i)= 3500-3466,34= 33,66,кДж/кг.
Теплота, превращенная в электроэнергию:
l = q* η= 3699,099*0,335=1239,198, кДж/кг
Работа действительного цикла:
l= (i-i)-( i3-i)=(3466,34-2206,98)-(133,82-121,4)=1246,94, кДж/кг
эффективная работа:
l= l* η= 1246,94 * 0,99= 1234,47, кДж/кг
Потери механические в турбине:
Δl= l- l= 1246,94-1234,47= 12,47, кДж/кг
Δl= l*(1- η)= 1234,47 *(1-0,98)= 24,69, кДж/кг
Уравнение теплового баланса паротурбинной установки:
q = l+ q+ Δl+ Δl+ Δq+ qпппот
3699,099= 1239,198+2085,58+12,47+24,69+332,92+33,66
Диаграмма распределения потоков теплоты :
5. Эксергетический анализ исследуемого цикла
При анализе цикла Ренкина принимается, что P0=10 МПа
T0=293 K
Эксергия потока тепла
е = q (1-)= 3699,099(1-)= 3010,95, кДж/кг
Работоспособность системы:
е= (i3—i)—T( S3- S0) = (133,82-93,2)-293(0,4281-0,2942)= 1,387, кДж/кг
е=(i- i)-T( S10— S ) = (3500-93,2)-293(6,757-0,2942)= 1513,2, кДж/кг
потери работоспособности в котлоагрегате:
Δl= е— е + е= 1,387-1513,2+3010,95= 1499,137, кДж/кг
Потери работоспособности в паропроводе:
Δl= ее=[ (i- i)-T( S10— S )] -[(i- i)-T( S1— S )]= [1513,2]-[(3466,34-93,2)-293(6,715-0,2942)]=21,354, кДж/кг
потери работоспособности в турбине :
Δl = (е-е) —l
Эксергия отработавшего пара из турбины:
е= (i- i)- T( S2д— S)=(2206,98-93,2)-293(7,348-0,2942)=47,017, кДж/кг
Δl = (1491,846-47,017)-1234,47=210,359, кДж/кг
потери эксергии в конденсаторе:
Δl= е— е= е— [(i- i)- T( S2— S)]= 47,017-[(121,4-93,2)-293(0,4224-0,2942)]=47,017+9,363=56,38, кДж/кг
Потери работоспособности в насосе :
Δl= (е— е)- l= [е-[(i- i)- T(S- S)]]- l
Действительная работа насоса:
l= (i3 -i)= 133,82-121,4=12,42
Δl= [-9,363-((133,82-93,2)-293(0,4224-0,2942))]+ 12,42=1,6, кДж/кг
Уравнение эксергетического баланса:
е= l+ Δl+Δl+ Δl + Δl+ Δl
,95= 1239,138+1499,137+21,354+210,359+56,3796+1,67, кДж/кг
Удельный расход пара :
d = 1/ l= 1/1234,47 = 0,00081кг/кДж
Удельный расход теплоты :
q = (BQ)/N, В==
количество электроэнергии ,вырабатываемой электрогенератором в течении 1 часа:
N= l*D = 1234,47*3,3= 4114,9, кДж/с
Удельный расход теплоты:
q = (BQ)/N = (0,161*23000)/4114,9 = 0,8999, кДж
Мощность установки действительного цикла:
N=l*D =1239,198*3,3= 4089,35 ,кВт
Диаграмма потоков эксергии :
6. Вывод
В ходе расчёта курсовой работы был произведен анализ эффективности работы паросилового цикла Ренкина, были рассчитаны параметры состояния рабочего тела в различных точках цикла, определены потери энергии и работоспособности в реальных процессах рабочего тела и в элементах оборудования цикла, а также установки в целом. На основании полученных данных были построены Т-s и i-s диаграммы паросилового цикла Ренкина, а также энергетическая и эксергетическая диаграммы. По рассчитанной полезной работе (l=1280.6кДж/кг) и заданному расходу пара(D=12, т/ч) были определены мощность паросиловой установки(N=4089.4кВт) и удельный расход пара на единицу мощности(d=0.00081кг/кДж). Исходя из эффективности работы реального паросилового цикла оценивается эффективное КПД установки(ηе=0,335).
паросиловой цикл ренкин энергия
список литературы
1. Мазур Л.С. Техническая термодинамика и теплотехника: Учебник.-М.: ГЭОТАР — МЕД, 2003.-352с.
. Расчет циклов тепловых и холодильных машин. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "техническая термодинамика и теплотехника" для студентов специальностей 240401, 240301,240403, 240502" очной и заочной формы обучения:-Кемерово.2007.