Размещено на http://allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский Государственный Архитектурно-строительный Университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

по дисциплине «Теоретические основы теплотехники»

раздел «Техническая термодинамика»

специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика»

Тюмень, 2014

1. Расчет термодинамического цикла паросиловой установки

Провести расчет термодинамического цикла паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, с помощью h-s-диаграммы для водяного пара и таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара на линии насыщения, если температура и давление пара перед турбиной равны соответственно: t₁=330°C и P₁ =2 МПа, а давление пара в конденсаторе равно Р₂ =0,02 МПа.

Определить: паросиловой термодинамический ренкин

1. Значения параметров и функций состояния в характерных точках цикла Р, v, t, x, u, h, s.

2. Удельную работу цикла _ц и термический КПД цикла Ю_t.

3. Удельный расход пара d и удельный расход теплоты q.

4. Расход пара D и расход теплоты Q при заданной мощности паросиловой ус-тановки N=3000 кВт.

Изобразить цикл в координатах Р-v, T-s, h-s.

Начертить схему паросиловой установки.

Как изменится термический КПД Ю_t цикла Ренкина, а также удельные и полные расходы пара и теплоты, если ввести промежуточный перегрев пара, при котором вначале пар адиабатически расширяется в турбине высокого давления от давления P₁=2 МПа до давления Р₁=0,4 МПа, а затем при давлении Р₁ он вновь перегревается до температуры t₁=350°С и расширяется в турбине низкого давления до Р₂=0,02 МПа.

2. Определение параметров водяного пара

Параметры пара в точках 1 и 2 цикла Ренкина определяются с помощью h-s-диаграммы водяного пара. На диаграмме h-s определяем точки пересечения изобары Р₁=2 МПа и изотермы t₁ =330^оС (рис 1) точка 1. В месте пересечения находим изохору и определяем удельный объем v₁, a также h₁ и s₁. В первой точке будет перегретый пар.

Рис.1 Определение параметров пара по h-s-диаграмме

Параметры в точке 1:

P₁=2 МПа; t₁=330 ^оС; v₁=0,13 м³/кг;

h₁=3040 Дж/кг; s₂=6,89 кДж/(кг К).

Внутренняя энергия для водяного пара (как простого тела):

u₁=h₁-P₁v₁ =304010³ -210⁶ 0,13=278010³ Дж/кг=2780 кДж/кг

Так как процесс расширения пара в турбине адиабатный, поэтому для определения параметров во второй точке нужно из точки провести изоэнтропу (s₁=s₂) до пересечения с изобарой Р₂=0,02 МПа. Для определения t₂ следует по изобаре Р₂ подняться до линии сухого насыщенного пара (x=1) и найти, какая изотерма соответствует этой точке.

Параметры в точке 2:

P₂=0,02 МПа; t₂=60^оC; v₂=7,6 м³/кг; х₂=0,85;

h₂=2270 кДж/кг; s₂=6,89 кДж/(кг К);

u₂=h₂ -P₂V₂=2270-0,0210³7,6=2118 кДж/кг.

Температуру в точке 2 можно определить также по таблицам для водяного пара при давлении насыщения Р₂=0,02 МПа. Во второй точке - влажный насыщенный пар, степень сухости которого 0,92.

Определение параметров пара и воды в 3,4,5 и 6 точках цикла ведётся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара на линии насыщения.

Отработанный пар с параметрами точки 2 полностью конденсируется, поэтому в точке 3 у нас будет конденсат (вода) с температурой t₃=t₂. В точке 3 все параметры определяются для кипящей воды. Затем вода поступает в насос, где давление повышается до первоначального Р₄=Р₁, температура практически не меняется t₄=t₃. Остальные параметры находим по таблице для жидкой фазы. цикл Ренкина паросиловая установка

После изобарного подвода теплоты в котле вода сначала закипит (точка 5), затем превратится в сухой насыщенный пар (точка 6). Параметры в этих точках определяются по таблицам для кипящей воды и сухого насыщенного пара, соответственно.

Параметры в точке 3:

Р₃=Р₂=0,02 МПа; t₃=t₂=60^oC; v₃=v=1,0210^-3 м³/кг;

x=0; h₃=h₂=251 кДж/кг; s₃=s₂'=0,83 кДж/(кг К);

u₃=h₃ -P₃v₃=251- 0,0210³1,0210^-3=250,9 кДж/кг.

Параметры в точке 4:

Р₄=Р₁=2 МПа; t₄=60^oC; v₄=v'=1,1710^-3 м³/кг;

x₄=0; h₄=h₃=251 кДж/кг; s₄=s₃=0,83 кДж/(кг К);

u₄=h₄ -P₄v₄=251-210³1,1710^-3=248,6 кДж/кг.

Параметры в точке 5:

Р₅=Р₁=2 МПа; t₅=212^oC; v₅=v'=1,1710^-3 м³/кг;

x₅=0; h₅=h'=908 кДж/кг; s₅=s'=2,44 кДж/(кг К);

u₅=h₅ -P₅v₅=908-210³1,1710^-3=905,6 кДж/кг.

Параметры в точке 6:

Р₆=Р₅=2 МПа; t₆=212^oC; v₆=v''=0,099 м³/кг;

x₆=1; h₆=h''=2799 кДж/кг; s₆=s''=6,34 кДж/(кг К);

u₆=h₆ - P₆v₆=2799-210³0,099=2601 кДж/кг.

Полученные результаты помещены в табл.1.

Таблица 1. Значения параметров и функций состояния в характерных точках цикла Ренкина

Для инженерных расчётов обычно пренебрегают работой насоса _н, так как она составляет менее 1% от работы турбины _т. Поэтому работа цикла равна работе, получаемой в турбине, и значения энтальпии воды на входе в котёл h₄ равны энтальпии конденсата h₃.

Так как процесс расширения водяного пара в турбине адиабатный, работа цикла паросиловой установки равна:

_ц=_т=h₁ -h₂ =3040-2270=770 кДж/кг

Количество подведенной теплоты в изобарном процессе 4-5-6-1:

q₁=h₁-h₄ =h₁-h'₂=3040-251=2789 кДж/кг

Находим термический коэффициент полезного действия паросиловой установки:

з₁ =_ц/q₁=770/2789=0,276или 27,6%

Определяем теоретический удельный расход пара d и теплоты q на единицу полученной работы:

Находим расход пара D и расход теплоты Q:

Начертим схему паросиловой установки (Рис.2):

Рис. 2. Схема паросиловой установки (1 - паровая турбина; 2- конденсатор; 3- насос; 4- паровой котел; 5 -пароперегреватель; 6 - потребитель)

3. Цикл паросиловой установки с промежуточным перегревом пара

Определяем энтальпию водяного пара в точках 1,1,2:

h₁=2730 кДж/кг; h₁=3170 кДж/кг; h₂=2550 кДж/кг.

Находим характеристики цикла паросиловой установки с промежуточным перегревом пара.

Работа цикла:

КПД цикла:

Удельный расход пара:

Удельный расход теплоты:

q^'=q₁^'d^'=3229·1,07·10^-3=3,45 кДж/кДж

Расход пара:

D^'=d^'·N=1,07^.10^-3 ·3 10³=3,21 кг/с

Расход теплоты:

Q^'=D^'·q₁^'=3,21·3229=10,365 кДж/с

В рассмотренном примере промежуточный перегрев пара вызывает снижение расхода теплоты Q и пара D, что приводит к экономии топлива при неизменной мощности паросиловой установки. Кроме того, промежуточный перегрев пара при данных характеристиках цикла паросиловой установки необходим для снижения влагосодержания водяного пара на выходе из трубы с 15% до 4%, т.к. максимально допустимое влагосодержание не должно превышать 14%.

Литература

Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. «Теоретическая термодинамика» - М.: Энергоатомиздат, 1983.

Техническая термодинамика (под. ред. д.т.н., проф. Крутова В.И.). -М.: Высшая школа, 1991.

Теплотехника (под. ред. д.т.н., проф. Луканина В.Н.) -М.: высшая школа. 1999.

Теплотехника/Под ред. Баскакова А.П. -М.: Энергоатомиздат. 1991.

Кушнырев В.И. и др. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.: Стройиздат. 1986.

Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче (под ред. Юдаева Н.Б.). -М.: Высшая школа. 1964.

Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. -М.: 1969.

Зубарев В.Н., Александров А.А. Практикум по технической термодинамике. -М.: Энергия. 1971.

Андрианова Т.Н., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А., Филатов Н.Я. Сборник задач по технической термодинамике. -М.: Издательство МЭИ. 2000.

Приложение 1. Параметры насыщенного водяного пара по давлениям

Приложение 2. Варианты заданий циклов паросиловой установки

Размещено на Allbest.ru