Определение параметров в характерных точках

Министерство образование и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский муниципальный технический институт имени Гагарина Ю. А.

Кафедра: Теплоэнергетика

Расчетно-графическая работа:

Исследование и расчет термодинамических циклов

Теплоэнергетических установок

Выполнил студент группы:

ЭПР-21 Филимонов Е. М.

Проверил доцент кафедры ТЭ:

Осипов В. Н.

Саратов 2012

Содержание

Реферат………………………………………………………………..………3

Введение……………………………………………………………....……….4

Задание 1……………………………………………………………...……....7

Задание 2……………………………………………………………………..26

Задание 3……………………………………………………………...……...37

Литература……………………………………………………………....…..50

Реферат

Данная расчётно-графическая работа Определение параметров в характерных точках состоит из 60 листов, включая 4 рисунка, 9 таблиц, 10 графиков и перечень применяемых источников.

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, ПАРОВАЯ ТУРБИНА, КОМПРЕССОР, ПАР, КОНДЕНСАТ, ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, РЕГЕНЕРАЦИЯ, КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, КОНДЕНСАТОР, РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ, ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР.

В данной расчётно-графической работе были выполнены расчеты ПТУ, ГТУ и ПГУ бинарного типа, приобретены Определение параметров в характерных точках способности научно-исследовательской работы.

Введение

Теплоэнергетические установки делятся на паровые теплоэнергетические установки (ПТУ), газовые теплоэнергетические установки (ГТУ) и парогазовые теплоэнергетические установки (ПГУ). Все эти установки служат для выработки электронной и термический энергии.

Основными элементами ПТУ являются паровой котел, паровая турбина, электронный генератор, конденсатор, питательный насос. Работает ПТУ по последующему принципу: вода Определение параметров в характерных точках в паровом котле греется и преобразуется в пар, который потом поступает в пароперегреватель, после пароперегревателя пар подается в голову паровой турбины, расширяется, и поступает в конденсатор, где преобразуется в воду, дальше в питательном насосе жидкость сжимается и подается назад в паровой котел. Электронный генератор превращает механическую энергию в Определение параметров в характерных точках электронную. В теплофикационных установках вместе с выработкой электронной энергии, осуществляется отбор пара на теплофикацию из паровой турбины. Дополнительными элементами ПТУ являются: система регенерации, системы промежного перегрева пара.

За основной цикл в паротурбинной установке принят безупречный цикл Ренкина. В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсаторе, вследствие чего заместо массивного Определение параметров в характерных точках малоэффективного компрессора для подачи воды в котел используют питательный водяной насос, который имеет малый габарит и высочайший К. П. Д. При сравнимо маленькой мощности, потребляемой насосом, утраты в нем оказываются малыми по сопоставлению с общей мощностью паротурбинной установки. Не считая того, в цикле Ренкина может быть применение перегретого пара Определение параметров в характерных точках.

Паровые турбины работают последующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высочайшим давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и производит механическую энергию, применяемую генератором. Генератор производит электричество.

Электронная мощность паровых турбин находится в зависимости от перепада давления пара на входе и выходе установки. Общая эффективность Определение параметров в характерных точках паровых турбин (электроэнергия + тепло) доходит до ~85% в расчете на единицу потраченного горючего. Мощность единичной паровой турбины ~ до 1000 МВт.

Типы паровых турбин

1) турбины с противодавлением - давление пара на выходе турбины выше атмосферного

2) турбины конденсационные - давление пара на выходе турбины ниже атмосферного

Пар в турбину должен подаваться с чертами:

давлением 40-60 бар

температурой 400-500°С.

Плюсы паровых турбин:

1) работа Определение параметров в характерных точках паровых турбин вероятна на разных видах горючего: газообразное, жидкое, жесткое

2) высочайшая единичная мощность

3) свободный выбор теплоносителя

4) широкий спектр мощностей

5) впечатляющий ресурс паровых турбин

Минусы паровых турбин:

1) высочайшая инерционность паровых установок (длительное время запуска и останова)

2) накладность паровых турбин

3) маленький объем производимого электричества, в соотношении с объемом термический энергии

4) дорогостоящий ремонт паровых турбин

5) понижение экологических характеристик, в случае Определение параметров в характерных точках использования томных мазутов и твердого горючего

Подогреватели воздуха бывают рекуперативного и регенеративного типа. В рекуперативных подогревателях тепло повсевременно передается через стенки, потому что с одной стороны проходят дымовые газы, а с другой — воздух в горелки. У регенеративного типа тепло дымовых газов поначалу поглощается насадкой регенератора и потом передается воздуху. Насадка Определение параметров в характерных точках при каждом цикле греется и охлаждается.

Газотурбинная установка состоит из 2-ух главных частей - это силовая турбина и генератор, которые располагаются в одном корпусе. Поток газа высочайшей температуры повлияет на лопатки силовой турбины (делает вращающий момент). Утилизация тепла средством теплообменника либо котла-утилизатора обеспечивает повышение общего КПД установки.

ГТУ может работать Определение параметров в характерных точках как на водянистом, так и на газообразном горючем. В обыкновенном рабочем режиме - на газе, а в запасном (аварийном) - автоматом переключается на дизельное горючее. Хорошим режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка термический и электронной энергии. ГТУ может работать как в базисном режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок Определение параметров в характерных точках.

Плюсы ГТУ:

1) малозначительная потребность в охлаждающей воде;

2) возможность внедрения белоснежнее больших температур рабочего тела;

3) наименьший расход металла, приходящийся на единицу мощности;

4) возможность очень резвого запуска и форсирование нагрузки;

Минусы ГТУ:

1) большая работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре;

2) высочайшая температура выхлопных газов;

3) невозможность работы на жестком горючем;

4) относительная Определение параметров в характерных точках низкая предельная мощность газовой турбины;

5) резкое понижение экономичности при недогрузках;

Парогазовые установки имеют одно главное отличие. В ПГУ отработавшие газы, имеющие высшую температуру, поступают в котел-утилизатор. В котле-утилизаторе парогазовой установки высокотемпературные газы разогревают пар до температуры ~500°С. В котле парогазовой установки давление пара подымается до ~80 атм. Эти характеристики Определение параметров в характерных точках позволяют использовать паровые турбины. В парогазовых установках паровые турбины крутят дополнительные генераторы. В парогазовых установках употребляется еще ~20% энергии поступившего горючего. Общий электронный КПД парогазовой установки составляет ~58%. В стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 40%. ПГУ — относительно новый тип электрических станций, работающих на газе, водянистом либо жестком горючем. Парогазовые установки созданы для получения Определение параметров в характерных точках наибольшего количества электроэнергии с силовыми агрегатами относительно высочайшей мощности.

ЗАДАНИЕ №1

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с регенерацией (рис. 1.1). Из котельного агрегата (КА) в паровую турбину (ПТ) поступает пар с давлением р1 и температурой t1. Давление пара в конденсаторе (К) равно p2. Конденсат отработавшего пара при давлении p2 и Определение параметров в характерных точках температуре насыщения подается питательным насосом (ПН) в регенеративные подогреватели (РП) поверхностного типа, где осуществляется ступенчатый обогрев питательной воды паром, отбираемым из проточной части турбины. Нагрев воды в каждом из подогревателей однообразный. Конденсат греющего пара из подогревателей при температуре насыщения каскадно соединяется в конденсатор. Недогрев питательной воды в Определение параметров в характерных точках подогревателях до температуры насыщения греющего пара равен δt = 2-10 °С. Примем степень недогрева таким макаром, чтоб давление греющего пара соответствовало свидетельствам на h-s – диаграмме изобарам.

Дополнительно примем КПД поверхностных подогревателей – ηn=0,98; конденсатора ηк=0,99. Теплота сгорания условного горючего

Рис. 1.1. Принципная схема паротурбинной установки с регенерацией

Задание:

1. Нарисовать принципные схемы паротурбинных установок без регенерации Определение параметров в характерных точках и с регенерацией. В Т-s – координатах нарисовать надлежащие схемам термодинамические циклы ПТУ.

2. В h-s – координатах нарисовать теоретический и действительный процессы расширения пара в паровой турбине. Показать скрещение изобар отборов системы регенерации с линиями теоретического и реального процессов.

3. Для всех соответствующих теоретических и реальных точек паротурбинной установки Определение параметров в характерных точках найти последующие значения характеристик: давление р, температуру t, удельные объем V, энтальпию h и энтропию s, степень сухости х, относительный α и полный D расходы рабочего тела.

4. Найти расход циркуляционной воды, кратность циркуляции, секундный, часовой и годичный расходы натурального и условного топлив для установок с регенерацией и без нее Определение параметров в характерных точках.

5. Высчитать тепловой, абсолютный внутренний КПД цикла, также действенный и электронный КПД-нетто всей установки с регенерацией и без нее.

6. Приобретенные значения для установок с регенерацией и без регенерации сопоставить и сделать выводы.

Решение задания №1.

№ варианта , МПа , ˚С , МПа , - , - , - Δtцв, ˚С , Мдж/кг Nэ, МВт , - , - , ˚С
0,012 0,88 0,82 0,96 0,80 0,88

Таблица 1.1. Начальные данные для расчета

Определение характеристик Определение параметров в характерных точках в соответствующих точках:

Точку 1 определяем по данным давлению p1 и температуре t1 с внедрением h-s – диаграммы.

p1, МПа t1, 0С ν1, м3/кг h1, кДж/кг s1, кДж/(кг∙К) x1 , -
0,02393 3624,6 6,6992 -

Точку 2t определим по данному конечному давлению p2 и энтропии s2t=s1 с внедрением h-s – диаграммы Определение параметров в характерных точках.

p2t , МПа t2t , 0С ν2t , м3/кг h2t , кДж/кг s2t , кДж/(кг∙К) x2t , -
0,012 49,45 2143,3 6,6992 0,811

Точку 2 определим из расчета реального процесса расширения пара в паровой турбине по формуле:

(1)

Из (1) выразим h2:

(кДж/кг)

По отысканной h2 и известному p2 определим все другие характеристики Определение параметров в характерных точках в этой точке:

p2 , МПа t2 , 0С ν2 , м3/кг h2 , кДж/кг s2 , кДж/(кг∙К) x2 , -
0,012 49,45 10,9 2321,056 7,2504 0,876

Характеристики точек 3, 4t , 4 определим при помощи таблиц термодинамических параметров воды и водяного пара. Точку 3 определим по давлению p3=p2 как жидкость, находящаяся в состоянии насыщения.

p3 , МПа t3 , 0С ν3 , м Определение параметров в характерных точках3/кг h3 , кДж/кг s3 , кДж/(кг∙К) x3 , -
0,012 49,45 0,0010119 206,94 0,6963

Точку 4t определим по давлению p4t=p1 и энтропии s4t=s3 :

p4t , МПа t4t , 0С ν4t , м3/кг h4t , кДж/кг s4t , кДж/(кг∙К) x4t , -
50,02 0,0010051 222,94 0,6963 -

По последующей формуле определим энтальпию в точке 4 :

(кДж/кг)

По Определение параметров в характерных точках энтальпии h4 и давлению p4=p4t определим все другие характеристики в точке 4 :

p4 , МПа t4, 0С ν4 , м3/кг h4 , кДж/кг s4 , кДж/(кг∙К) x4 , -
50,83 0,0010055 226,45 0,7066 -

Работа насоса (сжатия) теоретическая и действительная с применимой точностью может быть определена по приближенным формулам:

и ,

где - средний удельный объем воды Определение параметров в характерных точках при адиабатном повышении давления; - КПД насоса.

Для воды, являющейся фактически несжимаемой жидкостью в широком интервале характеристик состояния

(Дж/кг)

= 19498 (Дж/кг)

Увеличение температуры воды при адиабатном повышении давления можно также отыскать из приближенных формул:

и

Тут - изобарная теплоемкость воды. В широкой области характеристик состояния кДж/(кг К Определение параметров в характерных точках).

(оС)

(оС)

Расчет системы регенеративных подогревателей:

Общий нагрев питательной воды в подогревателях равен:

(оС)

Нагрев питательной воды в каждом подогревателе составляет:

(оС)

Расчет первого подогревателя:

Термический и вещественный балансы подогревателя имеют вид:

для теоретического цикла

для реального цикла

Из этих уравнений определяются теоретический и действительный относительные расходы греющего пара в подогреватель, другими словами отношение Определение параметров в характерных точках расходов греющего пара к расходу питательной воды.

В данных уравнениях характеристики питательной воды (точки пв и 6) определяются при соответственных температурах и и давлении . Потому что в цикле Ренкина подвод теплоты изобарный, то . Для принятой системы регенерации относительный расход питательной воды равен =1. Точки от1t и от1 определяются по Определение параметров в характерных точках h-s – диаграмме на скрещении изобары отбора соответственно с теоретическим и реальным процессами расширения пара в паровой турбине. Точка др1 определяется по давлению .

Давление отбора определяется по температуре насыщения в подогревателе:

,

где принимаем от 2 до 10 °С таким макаром, чтоб соответствовало показанным на h-s – диаграмме изобарам.

(°С)

(МПа Определение параметров в характерных точках)

pпв , МПа tпв , 0С νпв , м3/кг hпв , кДж/кг sпв , кДж/(кг∙К) xпв , -
0,0011912 993,25 2,5847 -

(°С)

p6 , МПа t6 , 0С ν6 , м3/кг h6 , кДж/кг s6 , кДж/(кг∙К) x6 , -
170,29 0,0011032 728,97 2,0259 -

Таблица 1.9 Характеристики в точке от1t

pот1t , МПа tот1t , 0С νот1t , м3/кг hот1t , кДж Определение параметров в характерных точках/кг sот1t , кДж/(кг∙К) xот1t , -
0,09 6,6992 -

pот1 = f(tнас1) = 3 МПа

Таблица 1.10 Характеристики в точке oт1

pот1 , МПа tот1 , 0С νот1 , м3/кг hот1 , кДж/кг sот1 , кДж/(кг∙К) xот1 , -
0,097 6,882 -

pдр1 = f(tнас1)= 3 МПа

Таблица 1.11 Характеристики в точке др1

pдр1 , МПа tдр1 , 0С νдр1 , м3/кг hдр1 , кДж/кг sдр1 , кДж/(кг Определение параметров в характерных точках∙К) xдр1 , -
233,84 0,0012163 1008,4 2,6455

Расчет второго подогревателя:

Термический и вещественный балансы второго подогревателя:

для теоретического цикла:

(14)

для реального цикла:

(15)

В уравнениях (14), (15) характеристики точки 5 определяются при температуре и давлении p5= p1. Точки от2t, от2, др2, определяются аналогично какдля первого подогревателя по давлению в отборе pот2. Давление отбора pот2 определяется потемпературе Определение параметров в характерных точках насыщения в подогревателе:

(0С)

pот2t=f(tнас2)=0,9 МПа

Таблица 1.14 Характеристики в точке от2t

pот2t , МПа tот2t , 0С νот2t , м3/кг hот2t , кДж/кг sот2t , кДж/(кг∙К) xот2t , -
0,9 0,222 6,6992 -

pот2 = f(tнас1) = 0,9 МПа

Таблица 1.15 Характеристики в точке от2

pот2 , МПа tот2 , 0С νот2 , м3/кг hот Определение параметров в характерных точках2 , кДж/кг sот2 , кДж/(кг∙К) xот2 , -
0,9 0,26 6,9948 -

pдр2 = f(tнас2) = 0,9 МПа, tдр2 = 175,36 0С

Таблица 1.16 Характеристики в точке др2

pдр2 , МПа tдр2 , 0С νдр2 , м3/кг hдр2 , кДж/кг sдр2 , кДж/(кг∙К) xдр2 , -
0,9 175,36 0,0011213 742,6 2,0941

p5 = 16 МПа, t5 =170,79-59,71 =110,58 0С

По температуре t5 и давлению p5=p1 определим все другие характеристики

Таблица Определение параметров в характерных точках 1.17 Характеристики в точке 5

p5 , МПа t5 , 0С ν5 , м3/кг h5 , кДж/кг s5 , кДж/(кг∙К) x5 , -
110,58 0,0010439 475,34 1,4117 -

Расчет третьего подогревателя:

Делается аналогично второму подогревателю. Термический и вещественный балансы третьего подогревателя.

для теоретического цикла:

(16)

для реального цикла:

(17)

tнас3=110,58+6,35=116,93 0С

pот3t = f(tнас3) = 0,18 МПа

Таблица 1.18 Характеристики в точке от3t

pот3t , МПа tот3t , 0С Определение параметров в характерных точках νот3t , м3/кг hот3t , кДж/кг sот3t , кДж/(кг∙К) xот3t , -
0,18 0,9 6,6992 0,917

pот3=f(tнас3)=0,18 МПа

Таблица 1.19 Характеристики в точке от3

pот3 , МПа tот3 , 0С νот3 , м3/кг hот3 , кДж/кг sот3 , кДж/(кг∙К) xот3 , -
0,18 0,97 7,09 0,989

pдр3 = f(tнас3) = 0,18 МПа

Таблица 1.20 Характеристики в точке др3

pдр3 , МПа tдр Определение параметров в характерных точках3 , 0С νдр3 , м3/кг hдр3 , кДж/кг sдр3 , кДж/(кг∙К) xдр3 , -
0,18 116,93 0,0010579 490,7 1,4944

Теоретическая и действительная работа расширения кг пара в регенеративном цикле:

Теоретическая и действительная работа расширения кг пара в цикле без регенерации:

Теоретическая и действительная работа сжатия 1кг питательной воды для циклов с регенерацией и без Определение параметров в характерных точках нее, в принятой схеме схожи:

(кДж/кг)

(кДж/кг)

Теоретическая и действительная работы циклов с регенерацией и без нее рассчитываются по формулам:

Подведенная удельная теплота в цикле с регенерацией и без регенерации:

Секундные расходы пара в точке 1 для реальных циклов с регенерацией и без нее:

Потому что принимается, что , то Определение параметров в характерных точках для всех других точек полные расходы рабочего тела рассчитываются по формуле:

Расход циркуляционной воды Gцв определяется из термического баланса конденсатора, который для цикла с регенерацией имеет вид:

,

тут Сpm = 4,19 кДж/кг∙К – теплоемкость воды.

Для цикла без регенерации баланс конденсатора имеет вид:

,

где

Кратность циркуляции остывания определяется по формулам:

Секундный Определение параметров в характерных точках расход натурального горючего:

Секундный расход условного горючего:

Часовой расход натурального горючего:

Часовой расход условного горючего:

Годичный расход натурального горючего:

Годичный расход условного горючего:

Тепловой КПД циклов с регенерацией и без нее:

Абсолютный внутренний КПД циклов с регенерацией и без нее:

Действенный КПД циклов с регенерацией и без нее Определение параметров в характерных точках:

,

где – коэффициент использования располагаемой теплоты, численно равный КПД котельного агрегата.

Электронный КПД-нетто установок с регенерацией и без нее:

Набросок 1.2. Принципная схема паротурбинной установки без регенерации

Таблица 1.21 – Характеристики в соответствующих точках цикла

Точ- ки p t ν h s x α D
МПа м3/кг кДж/кг кДж/(кг∙К) кг/с
1 0,02393 3624,6 6,6992 336,8
2t Определение параметров в характерных точках 0,012 49,45 2143,3 6,6992 0,811 0,665 232,972
2 0,012 49,45 10,9 2321,06 7,2504 0,876 0,689 232,055
3 0,012 49,45 0,0010119 206,94 0,6963 336,8
4t 50,02 0,0010051 222,94 0,6963 336,8
4 50,83 0,0010055 226,45 0,7066 336,8
5 110,58 0,0010439 475,34 1,4117 336,8
6 170,29 0,0011032 728,97 2,0259 336,8
пв 0,0011912 993,25 2,5847 336,8
от1t 0,088342 6,6992 0,129 43,45
от1 0,097252 6,882 0,12 40,42
др1 233,84 0,0012163 1008,4 2,6455 0,12 40,42
от2t 0,9 0,24252 6,6992 0,109 36,71
от2 0,9 0,28104 6,9948 0,101 34,02
др2 0,9 175,36 0,0011213 742,6 2,0941 0,221 74,43
от3t 0,18 0,9 6,6992 0,917 0,097 32,67
от3 0,18 0,97 7,09 0,989 0,09 30,31
др3 0,18 116,93 0,0010579 490,7 1,4944 0,311 104,74

Таблица 1.22 – Свойства паротурбинной установки

Величина Размер-ность Паротурбинная установка
с регенерацией без регенерации
Расход пара в голову турбины, D1 кг/с 336,8 283,9
Расход циркуляционной воды, Gцв кг/с 6894,93 7878,5
Кратность циркуляции, m - 29,71 27,75
Годичный расход натурального Определение параметров в характерных точках горючего, B т/год 895937,76 975093,12
Годичный расход условного горючего, Bу т у.т./год 1191114,72 1296760,32
Тепловой КПД цикла, ηt % 46,93 43,08
Абсолютный внутренний КПД цикла, ηi % 41,14 37,79
Действенный КПД установки, ηе % 32,912 30,232
Электронный КПД-нетто установки, ηэнт % 27,804 25,539

Задание №2

Газотурбинная установка (ГТУ) работает по циклуБрайтона с подводом теплоты при неизменном давлении без регенерации (рис.2.1). Атмосферный воздух с давлением p Определение параметров в характерных точках1 итемпературой t1 сжимается в компрессоре (К) и подается в камеру сгорания (КС), в которую поступает соответственное количество горючего. Образовавшиеся продукты сгорания данной температуры t3 направляются из КС в газовую турбину (ГТ). Расширяясь в турбине, продукты сгорания снижают свою температуру и выбрасываются в окружающую среду.

Рабочее тело ГТУ считать безупречным Определение параметров в характерных точках газом с термодинамическими качествами воздуха.

Задание:

1.Найти характеристики в соответствующих точках: коэффициент ψ, учитывающий уменьшение подводимой теплоты по сопоставлению с теоретическим циклом; удельную работу сжатия теоретического цикла φсж; удельную работу реального цикла lц; тепловой ηt и абсолютный внутренний ηi КПД цикла для разных величин степени увеличения давления σ.

2.Выстроить графические зависимости ψ=f Определение параметров в характерных точках(σ), φсж=f(σ), lц=f(σ), ηt=f(σ), ηi=f(σ).

3.Изполученных графиков оценить рациональные степени увеличения давления из условия наибольшего внутреннего КПД и наибольшей удельной работы цикла.

4.Выстроить термодинамический цикл газотурбинной установки в p-v и T-s - координатах.

Решение задания №2

Таблица 2.1. Начальные данные для расчета


opredelenie-ponyatiya-ob-emociyah-ih-znachenie-v-zhiznedeyat-ti-cheloveka-klass-ya-emocij-har-ka-vidov-emocij.html
opredelenie-ponyatiya-odinochestvo.html
opredelenie-ponyatiya-sistema.html