Дослiдження способiв пiдвищення ефективності паросилових циклiв
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 | 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
Номер точки 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
Номер точки 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
Номер точки 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
Номер точки 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)
h`=137.8 кДж/кг h``=2561 кДж/кг
x2 =(s-s`)/(s``-s`)=(6,126-0,47)/(8,4-0,47)=0,713
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,713*2561+(1-0,713)*138=1867 кДж/кг
Характеристики циклу Ренкіна з підвищеними початковими параметрами пари.
1. Питомий теплопідвід:
q1 = h1-h4 = 2953 – 142,9 = 2810,1 кДж/кг.
2. Питомий тепловідвід:
q2 = h2t – h4 = 1867 – 142,9 = 1729,2 кДж/кг.
3. Питома робота, що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2t = 2953 – 1867 = 1080,9 кДж/кг.
4. Характеристика ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1080,9/2810,1 = 0,385
5. ТМК еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 - s3) = 2810,1/ (6,126 – 0.47 ) = 496,83 K.
T2m= q2 / (s1 - s3)= 305,72 K.
=1- (T2m/T1m) = 1- (305,72/496,83) = 0.385
6. Витрата пари на турбіну:
Д=N/(h1-h2t) = 1000*103/(2963 - 1867) = 920 кг/с.
7. Питома витрата пари:
dt=Д/N = 1/(h1-h2t) = 1/(2953 - 1867) = 0,000921 кг/кДж.
8. Витрата палива:
В = Д(h1 - h3)/Q = 947*(2953 – 138)/(16*103)=162 кг/с.
9. Питома витрата палива:
bt=B/N=162/(1000*103)=0,000162 кг/кДж.
10. Витрата охолоджуючої води:
W=Д(h2t - h3)/( h6 – h5)= 920*(1867 – 138)/(117-33) = 19000 кг/с.
11. Кратність охолоджування:
n = W/Д =20241/947 = 20,63
Підвищуємо тиск ще на 10 бар
Таблиця 5
Номер точки на схемі | Р, Бар | t, 0C | h, кДж/кг | s, кДж/(кг.К) | Стан робочого тіла |
| 1 | 80 | 330 | 2918 | 6,017 | ПП |
| 2 | 0,05 | 32,88 | 1833,0 | 6,017 | ВНП х2=0,699 |
| 3 | 0,05 | 32,88 | 137,8 | 0,47 | х3=0 |
| 4 | 80 | 32,61 | 143,9 | 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`)=(6,017-0,47)/(8,4-0,47)=0,699
h2=x2h``+(1-x2)h`=0,699*2561+(1-0,699)*138=1833 кДж/кг
Характеристики циклу Ренкіна з підвищеними початковими параметрами пари.
1. Питомий теплопідвід:
q1 = h1-h4 = 2918 – 143,9 = 2774,1 кДж/кг.
2. Питомий тепловідвід:
q2 = h2t – h4 = 1833 – 143,9 = 1695,2 кДж/кг.
3. Питома робота, що отримується в турбіні:
lt = h1 - h2t = 2918 – 1833 = 1078,9 кДж/кг.
4. Характеристика ефективності циклу Ренкіна, тепломеханічний коефіцієнт ТМК:
ht = lt/q1 = 1078,9/2774,1 = 0,389
5. ТМК еквівалентного циклу Карно:
T1m = q1 / (s1 - s3) = 2774,1 / (6,017 – 0.47 ) = 500 K.
T2m= q2 / (s1 - s3)= 305 K.
=1- (T2m/T1m) = 1- (305/500) = 0.389
6. Витрата пари на турбіну:
Д=N/(h1-h2t) = 1000*103/(2918 - 1833) = 921 кг/с.
7. Питома витрата пари:
dt=Д/N = 1/(h1-h2t) = 1/(2918 - 1833) = 0,000922 кг/кДж.
8. Витрата палива:
В = Д(h1 - h3)/Q = 947*(2918 – 138)/(16*103)=160 кг/с.
9. Питома витрата палива:
bt=B/N=162/(1000*103)=0,00016 кг/кДж.
10. Витрата охолоджуючої води:
W=Д(h2t - h3)/( h6 – h5)= 920*(1833 – 138)/(117-33) = 18644 кг/с.
11. Кратність охолоджування:
теплоенергетичний установка пар тиск
n = W/Д =20241/947 = 20,22
|