Паросиловой цикл Ренкин

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; η^ка=91%; η^т_oi=87%; η^н_oi=86%;η^пп=99%;η_м=99%;η^r =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 2_д - 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

t_{2 =}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

P_2д=0,004,МПа

i_2д=h^т (i₁-i₂)+i₁

_2д=-0,87×(3466,34-2018,8)+3466,34=2206,98, кДж/кг_2д=t=28.98 ⁰С

V_2д=[(V₂ -V)х]+V

V_2д=(34,80-0,001004)0,86+0,001004=29,928×10^-3, м³/кг

_2д=(S)x+S

= (i_2д -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 :

Термический КПД теоретического цикла :

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:

q^пп_пот=[(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+ q^пп_пот

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( S_2д- 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(η_е=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.