Расчет термодинамической эффективности паросиловой установки

ГОУ ПГУ им. Т. Г. Шевченко

Бендерский политехнический филиал

Кафедра  «Теплогазоснабжение и вентиляция»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ    РАБОТА

по дисциплине «Техническая термодинамика»

Специальность: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Тема:  Расчет термодинамической

эффективности  паросиловой установки

 

 

Расчетно-пояснительная записка

 

 

 

 

 

                                                     Выполнил: студент гр. 22 ТГВ  

          Дементьев Денис Юрьевич

          ПРОВЕРИЛ: Лохвинская Т.И.

 

Бендеры, 2014  г .

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………..3 стр.                                    

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

I. Общий раздел…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………5 стр.                                                                                                                    

Общая характеристика циклов паросиловых установок (ПСУ) тепловых электростанций (ТЭС)…………………--

Описание работы кругового цикла Карно……………………………………………………………………………………………………………………………….…6 стр.

Теоретический  цикл современной паросиловой установки (цикл Ренкина)………………………………………………….……….8 стр.

II. Расчетно-технологический раздел………………………………………………………………………………………………….……………………….10 стр.                                                                                   

Анализ влияния на характеристики термодинамической эффективности………………………………………………………….…..--

Построение цикла в T-s диаграмме на миллиметровой бумаге………………………………………………………………………….……….13 стр.

Выкопировка рабочего процесса расширения пара в турбине из масштабной  i-s  диаграммы…………………14 стр.

Цикл расширения водяного пара в турбине с повышенным давлением …………………………………….…….15 стр.                

Построение цикла в T-s диаграмме на миллиметровой бумаге……………………………………………………………………….………….17 стр.

Выкопировка рабочего процесса расширения пара в турбине из масштабной  i-s  диаграммы…………………18 стр.

Цикл расширения водяного пара в турбине с повышенной начальной

 температурой  ………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………19 стр.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

Построение цикла в T-s диаграмме на миллиметровой бумаге……………………………………………………….………………………….21 стр.

Выкопировка рабочего процесса расширения пара в турбине из масштабной  i-s  диаграммы………………..22 стр.

Цикл расширения водяного пара в турбине при снижении конечного давления ,Мпа …………………..23 стр.                                                                                                                                  

Построение цикла в T-s диаграмме на миллиметровой бумаге……………………………………………………………….………………..25 стр.

Выкопировка рабочего процесса расширения пара в турбине из масштабной  i-s  диаграммы……………....26 стр.

Сводная таблица результатов расчетов……………………………………………………………………………………………..………………………………..27 стр.                                                                                             

Выводы об эффективности работы рассчитываемой паросиловой установки…………………………………………………..28 стр.                              

Список используемой литературы……………………………………………………………………………………………………………………….……………………..29 стр.                                                                                                                                       

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ  

по дисциплине

 «Теоретические основы теплотехники»

по теме:

 

Расчет  характеристик термодинамической эффективности

паросиловой установки

 

Рассчитать характеристики термодинамической эффективности цикла паросиловой установки при следующих  начальных параметрах состояния пара:

 

Начальное давление пара                            P1                  3.0 , МПа                                30 бар

Начальная температура пара                       t1                  300 ,  0C   

Давление пара при отборе пара после

части турбины высокого давления                Р0                            0,2 ,  МПа      2 бар

 

Конечное давление  пара                            P2                  0,1,  МПа         1 бар

 

Сделать сравнительный анализ рассчитанных  характеристик термодинамической эффективности цикла паросиловой установки при изменении начальных параметров состояния пара

                             

• При повышении  начального давления пара    P1          3,5, МПа                        35 бар

  без изменения  начальной  температуры и  конечного давления  пара.     

• При повышении  начальной температуры        t1         350,   0C 

без изменения  значений начального  и  конечного давления  пара.  

• При снижении конечного давления пара          P2,      0,06 , МПа                     0,6 бар

  без изменения  начальной  температуры и  конечного давления  пара.   

При данных изменениях давление пара при отборе пара после  части турбины

высокого давления  остается неизменным.     

 

Варианты заданий выбираются в соответствии с номером зачетной книжки в соответствии с таблицей № 1 и исходные данные по курсовой работе в соответствии с вариантом выбираются по таблице №2.

 

Введение

 

В современной теплоэнергетике широко используются паросиловые установки. Наибольшее распространение получили стационарные паросиловые установки (ПСУ) тепловых электрических станций (ТЭС), на долю которых приходится более 80% вырабатываемой в стране электроэнергии.

Эти установки работают по циклу, предложенному шотландским инженером и физиком Ренкиным. В качестве рабочего тела в цикле используют водяной пар, который в различных элементах схемы ПСУ изменяет своё состояние вплоть до полной конденсации. В области близкой к сжижению свойства паров сильно отличаются от идеального газа, что исключает возможность применения уравнений и законов идеальных газов для паров. В этом случае процессы и циклы рассчитывают при помощи таблиц и диаграмм водяного пара.

Целью данной работы является более глубокое самостоятельное изучение студентами раздела "Цикла паровых установок".

Студенты должны овладеть навыком работы с hs – диаграммой и таблицей свойств водяного пара, научится определять по ним параметры пара различного состояния, уметь исследовать и анализировать циклы с помощью диаграмм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          

 

I.Общий раздел

Общая характеристика циклов паросиловых установок (ПСУ) тепловых электростанций (ТЭС)

Современная теплоэнергетика базируется преимущественно на применении тепловых двигателей, в которых энергия топлива или пара преобразуется в работу. Паросиловые установки относятся к тепловым двигателям, в которых продукты сгорания топлива (в отличие от двигателей внутреннего сгорания) являются промежуточным теплоносителем, а рабочим телом - пар какой-либо жидкости, чаще всего водяной пар.

Принцип действия паросиловой установки (рис.1) заключается в следующем. В парогенераторе (паровой коме) (1) теплота от продуктов сгорания топлива - топочных газов передается к котловой воде и здесь происходит ее нагрев до температуры насыщения и превращение в пар. Образующийся сухой насыщенный пар из  поступает в пароперегреватель (2), где за счет дальнейшего подвода тепла происходит изобарное увеличение температуры (перегрев) пара и увеличение внутренней энергии пара. Далее пар по паропроводу (3) поступает в паровую турбину (4), где в результате расширения пара происходит преобразование внутренней энергии пара в механическую работу турбины и затем, например, в электрическую энергию, в электрогенераторе. Отработанный в турбине пар поступает в паровой конденсатор (5) , где, отдавая теплоту парообразования (конденсации) охлаждающей воде конденсируется до состояния насыщенной воды. Конденсат подается питательным насосом (6) в парогенератор  и цикл повторяется снова.

 В зависимости от типа парового двигателя и способа использования отработавшего пара, давление этого пара в конце его расширения может быть различным. При этом возможны следующие случаи:

1. давление пара в конце его расширения выше атмосферного                 (0,2-0,5 МПа), и отработавший в машине пар используют для удовлетворения нужд потребителя теплоты;
2. расширение пара в машине происходит до давления, значительно более низкого, чем атмосферное (конденсационные установки).

В заданных пределах изменения температуры при переводе теплоты в работу  наиболее экономичен процесс Карно, причем его КПД не зависит от природы рабочего тела. При осуществлении цикла Карно для газов основным препятствием является поддержание постоянства температур при изотермическом подводе и отводе теплоты от газа. Если же рабочим телом является влажный пар, то это препятствие отпадает, так как постоянство температуры в избранных процессах повода и отвода теплоты обеспечивается испарением или конденсацией части рабочего тела. Однако практически цикл Карно в паросиловых установках не используется из-за громоздкости насосной установки.

 

Описание работы кругового цикла Карно.

В термодинамике цикл Карно́ или процесс Карно — это обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов. В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу и обменивается теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником.

Цикл Карно назван в честь французского учёного и инженера Сади Карно, который впервые его описал в своём сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» в 1824 году.

Поскольку обратимые процессы могут осуществляться лишь с бесконечно малой скоростью, мощность тепловой машины в цикле Карно равна нулю. Мощность реальных тепловых машин не может быть равна нулю, поэтому реальные процессы могут приближаться к идеальному обратимому процессу Карно только с большей или меньшей степенью точности. В цикле Карно тепловая машина преобразует теплоту в работу с максимально возможным коэффициентом полезного действия из всех тепловых машин, у которых максимальная и минимальная температуры в рабочем цикле совпадают соответственно с температурами нагревателя и холодильника в цикле Карно.

           

      Рис 2. – Цикл Карно в T,S – диаграмме                        Рис. 3 – Цикл Карно в P,V - диаграмме

Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой  , холодильника с температурой   и рабочего тела.

Цикл Карно состоит из четырёх обратимых стадий, две из которых осуществляются при постоянной температуре (изотермически), а две — при постоянной энтропии (адиабатически). Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T (температура) и S(энтропия). 

Изотермическое расширение (на рис. 2 — процесс A→Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру  , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты  . При этом объём рабочего тела увеличивается, оно совершает механическую работу, а его энтропия возрастает.

 

Адиабатическое расширение (на рис. 2 — процесс Б→В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом температура тела уменьшается до температуры холодильника  , тело совершает механическую работу, а энтропия остаётся постоянной. 

Изотермическое сжатие (на рис. 2 — процесс В→Г). Рабочее тело, имеющее температуру  , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься под действием внешней силы, отдавая холодильнику количество теплоты  . Над телом совершается работа, его энтропия уменьшается.