Термодинамический анализ обратимого цикла Ренкина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Термодинамический анализ обратимого цикла Ренкина

1.1 Исследование влияние параметров пара на термический КПД цикла и степень сухости в конце адиабатного расширения

2. Термодинамический анализ необратимого цикла Ренкина

2.1 Энергетический баланс

2.2 Эксергетический баланс

2.3 Потери работоспособности

2.4 Эксергетический КПД

Заключение

Список использованных источников



Введение

Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках. В современной теплоэнергетике используются два типа паросиловых установок: (ПТУ) паротурбинная установка и (ГТУ) газотурбинная установка. Но наибольшее распространение получили (ПТУ).

Паротурбинные установки работают по циклу, предложенному шотландским инженером и физиком Ренкиным (цикл Ренкина). В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсатора, вследствие чего применяют питательный водяной насос. При сравнительно небольшой мощности, потребляемой насосом, потери в нем оказываются малыми по сравнению с общей мощностью паротурбинной установки. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара, что позволяет повысить среднеинтегральную температуру подвода теплоты и тем самым увеличить термический КПД цикла.

Сравнивая цикл Ренкина с циклом Карно можно сказать, что цикл Ренкина уступает обратимому циклу Карно в эффективности термического КПД ,но с экономической точки зрения цикл Карно менее эффективен.

В ходе выполнения курсовой работы производится два этапа термодинамического анализа:

Обратимый цикл Ренкина: определить параметры в характерных точках обратимого цикла. Определить степень термодинамического совершенства цикла Ренкина. Исследовать влияние параметров пара на эффективность работы цикла и на влажность пара после расширения в турбине: а) влияние величины давления пара перед турбиной; б)влияние величины температуры пара перед турбиной; в) влияние величины давления пара в конденсаторе.

Необратимого цикла Ренкина включающих в себя : определить параметры в характерных точках необратимого циклаю. Вычислить эффективный абсолютный КПД ПТУ .Вычислить КПД установки (брутто) на клеммах электрогенератора .Составить энергетический баланс .Составить эксергетический баланс ПТУ. Вычислить эксэргетический КПД ПТУ .Определить эксэргетические потери ПТУ. Сравнить потери эксэргии и теплоты в элементах ПТУ

В данной курсовой работе предложено выполнить термодинамического анализа, рассмотреть влияние изменения параметров на КПД обратимого цикла Ренкина , определение потери теплоты и эксергии . Известны коэффициенты полезного действия: относительный внутренний КПД турбины =0,85, насоса =0,90, механический зм = 0,96, электрогенератора зг=0,97. КПД парового котла зп.к.=0,92, КПД паропровода зпп=0,99. Теплота сгорания топлива =30000 кДж/кг. В качестве параметров окружающей среды принять параметры воды: То.с=290 К и Pо.с=1000 гПа.



1. Термодинамический анализ обратимого цикла Ренкина

ренкин адиабатный пар энергия

По заданным параметрам варианта курсовой работы ,рассчитаем работу турбины и питательного насоса ,а также термический КПД цикла с учетом и без работы насоса , относительную разность этих КПД обратимого цикла Ренкина.

Таблица 1

	1	2	3	4	5	6
P, МПа	9	0,003	0,003	9	9	9
v,	0,037	34,698	0,001	0,0014	0,001	0,204
t,	490	24,08	24,08	303,35	30	303,35
h,	3360	1958,36	100,99	1363,7	133,9	2742,9
S,	6,62	6,62	0,35	3,28	0,35	5,67
x	-	0,76	0	0	-	1
Сост. раб. тела	Перегретый пар	Влажный насыщ. пар	Ненасыщ. жидкость	Ненасыщ. жидкость	Перегретый пар	Сухой ненасыщ.

степень сухости пара после турбины

= = 0.76

объем пара после турбины

=+x(-) = 0.001+0.76(46.655-0.001)=34.698

энтальпия пара после турбины

=+x(-) = 100.99+0.76(2544.9-100.99)=1958.36



= - = 3226.1-1857.37 = 1368.73

подведенная теплота в цикле

= - = 3360-133.9=3226.1

отведенная теплота в цикле

= - = 100.99-1958.36=-1857.37

термический КПД с учетом работы насоса

= = 0.424

работа насоса

= - = 133.9 - 100.99 = 32.91

термический КПД без учета работы насоса

= = 0,43

работа турбины

= - = 3360-1958,36=1404,64

степень совершенства цикла

= = 0.69

термический КПД цикла Карно



= = = 0,61

1.2 Исследование влияние параметров пара на термический КПД цикла и степень сухости в конце адиабатного расширения

1) влияния на термический КПД цикла при t1=const, P2=const.

= 9 МПа , = 490 , = 6.56 , = 0.003 МПа

а) при = 9 МПа , =3361,9 , = 0,43

б) при = 10 МПа , =3349,1 [4]

Найдем степень сухости

= = 0.75

Высчитаем термический КПД

= = = 0,435

+ x() = 100.99+0.75(2544.9 - 100.99)=1933.9

100.99 [4]

в) при = 11 МПа , =3336,1 [4]

Найдем степень сухости

= = 0.74

Высчитаем термический КПД

= = = 0,44

Вывод : при увеличении давления пара перед турбиной термический КПД цикла увеличивается, а степень сухости уменьшается

2) влияния на термический КПД цикла при P1=const, P2=const

а) при = 490 , =3361,9 , = 0,43

= = 0.76

б) при = 500 , =3387,3 [4]

Найдем степень сухости

= = 0,765

Высчитаем термический КПД

= = = 0,434

= + x() = 100.99+0.765(2544.9 - 100.99)=1958,34

в) при = 510 , =3412,5 [4]

Найдем степень сухости

= = 0.77

Высчитаем термический КПД

= = = 0,438

= + x() = 100.99+0.77(2544.9 - 100.99)=1958,93

Вывод: При увеличении , термический КПД цикла и степень сухости пара в конце расширения возрастает.

3) влияния на термический КПД цикла при P1=const, t1=const

а) при = 0.003 МПа, =3361,9 , = 0,43

= = 0,76

б) при = 0,0035 МПа,

= = 0,76

= + x() = 111.84+0.76*2432.3=1964,53

Высчитаем термический КПД

= = = 0,42

в) при = 0.004 МПа

= = 0,77

= + x() = 121.4+0.77*2432.3=1994,27

Высчитаем термический КПД

= = = 0,41

Вывод: Чем меньше давление в конденсаторе, тем выше термическое КПД цикла ПТУ ,а степень сухости увеличивается.



2. Термодинамический анализ необратимого цикла Ренкина

Таблица 2 Параметры рабочего тела в характерных точках необратимого цикла

		1		3		2	5
P, МПа	10	9	0,003	0,003	10	0,003	9
t, °C	500	490	24,08	24,08	40	24,08	30
h,	3375,1	3360	2183.7	100,9	170,56	1958,36	133,9
S,	6,59	6,62	7,33	0,35	0,56	6,62	0,35
x	-	-	0.85	0	-	0,76	-
Сост.р.т.	перегретый пар	перегретый	влажный насыщ.	Ненасыщ. жидкость	перегретый	влажный насыщ.	перегретый

энтальпия в точке

= - () = 3375.1-0.85*(3375.1-1958.36) =2183.7

степень сухости в точке

= = = 0.85

энтропия в точке

= () += 0.85*(8.57-0.35) +0.35=7.33

энтальпия в точке

=+ = 133,9+ = 170,56

действительная работа насоса

= - = 170,56-100,9=69,57

действительная работа турбины

= - =3360-2170,87=1198,13

2.1 Энергетический баланс

= + + Д + Д + Д + Д

полезная работа ,работа на клеймах

отведенная теплота в действии цикла Ренкина

Д потери теплоты в паропроводе

Д потери теплоты в паровом котле

Д механические потери в турбине

Д механические и энергетические потери в генераторе

Рассчитаем количество теплоты выделенное за счет горения топлива

= = = 3446,78

= - = 3375.1-170.56=3204.54

Найдем полезная работу

= * = 3446,78*0,299=1030,56

=

(,=0,92,=0,96,=0,97,=0,99 )

Относительно внутренний КПД ПТУ

= = = 0,84

Абсолютно эффективный КПД установки

=0,84*0,42*0,92*0,96*0,97*0,99=0,299

Рассчитаем отведенную теплоту в действительном цикле Ренкина (параметры из таблице 2)

= - = 2170,87 - 100,9= 2069,97

Найдем потери теплоты в паровом котле

Д= (1-)* = (1-0,92)*3483,21 = 277,54

Вычислим потери теплоты в паропроводе

Д = = 3375,1-3360 = 15,1

Узнаем механические потери в турбине

Д = (1-)*= (1-0,96)*1189,13=47,56

=- = 3360-2170,87 = 1189,13



Рассчитаем механические и энергетические потери в генераторе

= (1-)*= (1-0,97)*1141,56 = 34,25

= 0,96*1189,13=1141,56

Вывод: Из расчета энергетического баланса можно сделать вывод, что большая часть теплоты теряется в конденсаторе.

2.2 Эксергетический баланс

1)паровой котел

-=(-)-(-)=(3375.1-170.56)-290(6.62-6.59)= 1455.84

2)паропровод

-= (-)-(-) = (3360-3375,1) - 290(6,62-6,59) = -23,8

3)турбогенератор

-=(-)-(-)=(2170,87-3360)-290(7,33-6,62)=-1395,03

4)конденсатор

-=()-(-)=(100,9-2170,87)-290(0,35-7,33)=-45,77

5)насос

-=()-(-)= (170,56-100,9)- 290(0,546-0,35) = 8,76

Таблица 3 Эксергетический баланс по элементам ПТУ

Увеличение эксергии	Уменьшение эксергии
Паровой котел 1455,84	Паропровод 23,8
Насос 8,76	Турбогенератор 1395,03
	Конденсатор 45,77
? 1464,6	? 1464,6

Вывод: Из вычисления эксергетического баланса видно ,что больше всего теплоты теряется в паровом котле

КПД установки (брутто) на клеммах электрогенератора

= ? 100 [3]

И - испарительная способность топлива; =30000

И = ? = * 0,92 = 8,613

= = 0,295



2.3 Потери работоспособности

1)паровой котел

= - ( - ) = 3446,78-1455,84 = 1990,94

2)паропровод

= - = 23,8

3) турбогенератор

=(( - )- ) + + =205,9+47,56+34,25 = 287,71

4)конденсатор

= - = 45,77

5)насос

=( - ) + = 8,76 + 69,57 = 8,97

Вывод: При подсчете потерь работоспособности видно, что основные потери происходят в паровом котле.



2.4 Эксергетический КПД

Эксергетический КПД парового котла

= = = 0,42

Эксергетический КПД пароперегревателя

= = = 0,98

Эксергетический КПД турбогенератора

= = = 0,85

Эксергетический КПД насоса

= = = 0,84

Эксергетический КПД установки

= 0,42*0,98*0,85*0,84 = 0,293

Вывод: При вычислении эксергетического КПД видно, что основные потери происходят в паровом котле.



Таблица 4 Сравнения потерь эксергии и теплоты в элементах ПТУ

№	Элемент паросиловой установки	Потери
		Теплота, (%)	Эксергия, (%)
1	Котел	277,54 (8,04)	1455,84 (42,23)
2	Паропровод	15,1(0,43)	23,8(0,69)
3	Турбогенераторная установка: механические потери в турбине механические и электрические потери в электрогенераторе необратимость процесса расширения пара в турбине	47,56 (1,37)	1395,03 (40,47)
4	Конденсатор	2069,97 (60,05)	45,77 (1,32)
5	Насос	-	8,76(0,25)
6	Полезная работа паросиловой установки	1036,56 (30,07)
7	Внесенная теплота	3446,78 (100)



Заключение

В ходе выполнения контрольной работы было выполнено два этапа термодинамического анализа.

Обратимый цикл Ренкина: В расчетах курсовой работы была высчитана степень термодинамического совершенства цикла Ренкина = 0,69 ,а так же термический КПД цикла Карно = 0,61. Влияние параметров пара на эффективность работы цикла и на влажность пара после расширения в турбине: а) при увеличении давления пара перед турбиной термический КПД цикла увеличивается, а степень сухости уменьшается; б) При увеличении , термический КПД цикла и степень сухости пара в конце расширения возрастает; в) Чем меньше давление в конденсаторе, тем выше термическое КПД цикла ПТУ ,а степень сухости увеличивается.

В настоящее время на электростанциях нашей страны используется в основном пар с начальными параметрами = 23,5 МПа и = 545. Имеются опытные установки с параметрами пара = 29,4 МПа и начальной температурой 600 650 . Но дальнейшее повышение начальных параметров пара ограничивается свойствами существующих конструкций материалов ,при высоких давлениях и температурах приходятся заменять детали более дорогостоящими .Хотя при этом КПД цикла возрастает, но и увеличиваются капитальные затраты на сооружения установки.

Необратимый цикл Ренкина: из расчета энергетического баланса можно сделать вывод, что большая часть теплоты теряется в конденсаторе (60,05 %), а при подсчете потерь работоспособности видно, что основные потери происходят в паровом котле (42,23 %). При вычислении эксергерического КПД можно заключить, что основные потери происходят в паровом котле.

Так же в ходе выполнения работы были подсчитаны КПД ,а именно: КПД установки (брутто) на клеммах электрогенератора ( = 0,295) , эксергетический КПД () , КПД эффективный абсолютный установки ( = 0,299) из представленных КПД можно сделать вывод что все КПД подсчитаны для одного цикла ,только разными путями.



Список использованных источников

1. Сборник задач по технической термодинамике/ Т.Н. Андрианова и др. -4-е изд. -М.: Издательство МЭИ. 2008. - 242c.

2. Техническая термодинамика: /Учебник // Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. - 4-е изд., перераб. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 356 - 365c.

3. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара : Справочник. //А.А. Александров, Григорьев Б.А. /Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98. - 2-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ,2006. - 168 с.; ил.

4. Техническая термодинамика: /Учебник // Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. - 4-е изд., перераб. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 366 - 371c.

Размещено на Allbest.ru

...