Контрольная работа по "Теплотехнике"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Сентября 2013 в 14:04, контрольная работа

Описание работы

Водяной пар, имея начальные параметры р1 = 5 МПа и x = 0,9 нагревается при постоянном давлении до температуры t2 = 4500С, затем дросселируется до давления р3 = 0,7 МПа. При давлении р3 пар попадает в сопло Лаваля, где расширяется до давления р4 = 5 кПа. Площадь минимального сечения сопла fmin = 50 см2. Определить используя i-s диаграмму:
1. Количество тепла, подведенному к пару в процессе 1 - 2;
2. Изменение внутренней энергии и энтропии, а также конечную тем-пературу t3 в процессе дросселирования 2-3;
3. Конечные параметры и скорость на выходе из сопла Лаваля;
4. Параметры пара и скорость в минимальном сечении сопла Лаваля;
5. Расход пара в процессе истечения 3 - 4.
Все процессы показать в i-s диаграмме.

Файлы: 1 файл

Теплотехника 5 задач.docx

— 857.49 Кб (Скачать файл)



 



 

 


 


 

По диаграмме i-s и по таблицам водяного пара определяем i1 = 3350 кДж/кг; i2 = 2530 кДж/кг; i2’= 504,8 кДж/кг.

Удельный расход пара:

d0 = 3600/(i1 – i2) = 3600/(3350 – 2530) = 4,39 кг/(кВт*ч).

Часовой расход пара, потребляемого  турбинами:

D0 = 2N*d0 = 2*25000*4,39 = 219500 кДж/ч.

Количество теплоты, потребляемой паром:

Qnp = D0*(i2 – i2’) = 219500*(2530 – 504,8) = 444531400 кДж/ч.

Количество теплоты, сообщённой пару в котельной:

Q = D0*(i1 – i2’) = 219500*(3350 – 504,8) = 624521400 кДж/ч.

Часовой расход топлива:

В = Q/(QHP* ήку) = 62452100/(30000*0,89) = 23390 кг/ч.

Коэффициент использования  тепла топлива:

k = (3600N+Qnp)/(B*QHP)= (3600*25000*2 + 444531400)/(30000*23390)=0,890.

Изображение цикла установки  с противодавлением







 

  1. Раздельная выработка теплоты и электроэнергии.



 



 

 


 


 

По диаграмме i-s и по таблицам водяного пара определяем i1 = 3350 кДж/кг; i2 = 1990 кДж/кг; i2’= 111,86 кДж/кг.

Удельный расход пара:

d0 = 3600/(i1 – i2) = 3600/(3350 – 1990) = 2,65 кг/(кВт*ч).

Часовой расход пара, потребляемого  турбинами:

D0 = 2N*d0 = 2*25000*2,65 = 132500 кДж/ч.

Количество теплоты, потребляемой производством, т.е. сообщённой пару в  котельной низкого давления:

Qnp = 444531400 кДж/ч.

Количество теплоты, сообщённой пару в котельной:

Q = D0*(i1 – i2’) = 132500*(3350 – 111,86) = 429053550 кДж/ч.

Часовой расход топлива в  котельной высокого давления:

В1 = Q/(QHP* ήку) = 429053550/(30000*0,89) = 16070 кг/ч.

Часовой расход топлива в  котельной низкого давления:

В2 = Qпр/(QHP* ήку) = 444531400/(30000*0,89) = 16650 кг/ч.

Суммарный расход топлива:

В = В1 + В2 = 16070+ 16650 = 32720 кг/ч.

Коэффициент использования  тепла топлива:

k = (3600N+Qnp)/(B*QHP)= (3600*25000*2 + 444531400)/(30000*32720)=0,636

Экономия топлива  на ТЭЦ в сравнении с раздельной выработкой энергии:

(32720 – 23390)*100%/32720 = 28,5 %.

 

 

 

Изображение цикла конденсационной  установки







 

Изображение цикла для  выработки только тепловой энергии


 


 



 

 

Литература.

Рабинович О.М. Сборник задач  по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973.

 

 

 

 

Задача 1-а.

Паросиловая установка работает по циклу Ренкина. Пар давления Р1 =  90 бар и t1 = 5400C поступает в паровую турбину мощностью  N = 200МВ, давление в конденсаторе которой Рк  = 0,05 бар.

Определить:

1.Параметры пара (P, t, h, S, x, v, u) пара во всех точках цикла Ренкина.

2.Удельный  d и полный расход  D пара турбиной.

3.Подведённое  Q1 и отведённое Q2 тепло в цикле.

4.Полную полезную работу  пара в цикле L0 и полезную работу 1 кг пара l0.

5.Расход охлаждающей воды  М через конденсатор паровой  турбины при нагреве её на  ∆t  = 200C.

6.КПД цикла Ренкина ηt и Карно ηK при данных температурах цикла.

7.Построить цикл в PV, TS, hS- координатах.

8.Построить зависимость  ηt = f(P1). Параметр P1 взять произвольно.

Решение:

Изображение цикла  в PV и TS- координатах.



 


 




 

Задачу решаем при помощи hS- диаграммы для водяного пара.



  







 

Начальное состояние –  точка 1 – на пересечении изобары  Р1 = 9 МПа и изотермы t1 = 5400C. Энтальпия в этой точке h1 = 3490кДж/кг, энтропия S1 = 6,79 кДж/(кг*К), удельный объём v1 = 0,04 м3/кг.

Удельная внутренняя энергия u1 = h1-P1*v1 = 3490 – 9*103*0,04 =  =3130кДж/кг.

Точка 2 – на пересечении  адиабаты S2 =S1 = 6,79 кДж/(кг*К) и изобары

Рк = 0,005 МПа. Энтальпия в этой точке h2 = 2062кДж/кг, температура t2 = 30 0C, удельный объём  v2 =25 м3/кг, степень сухости х2 = 0,796.

Удельная внутренняя энергия  u2 = h2-P2*v2 = 2062 – 5*25 = 1937кДж/кг.

Точка 3 – на пересечении  изобары Р3 = Рк = 0,005 МПа и линии х = 0. Температура в этой точке t3 = t2 = 300C, удельный объём  v3 = 0,001м3/кг, степень сухости х3 = 0, энтропия S3 = 0,46 кДж/(кг*К)

Энтальпия h3 = Срв* t3 = 4,19*30 = 125,7 кДж/кг.

Удельная внутренняя энергия u3 = h3 - P3*v3 = 125,7 – 5*0,001 = =125,695 кДж/кг.

Точка 4 – на пересечении  изобары Р4 = Р1 = 9 МПа и изохоры v4 =v3 = 0,001м3/кг. Энтальпия в этой точке h4 =1363 кДж/кг, температура t4 = 3030C, энтропия S4 = 3,3кДж/(кг*К).

Удельная внутренняя энергия u4 = h4-P4*v4 = 1363 – 9*103*0,001 = 1354 кДж/кг.

Точка 5 – на пересечении  изобары Р5 = Р1 = 9 МПа и линии сухого насыщенного пара х5 = 1. Энтальпия в этой точке h5 = 2743кДж/кг, температура t5 = 303 0C, удельный объём  v5 = 0,025м3/кг, энтропия S5 =5,7 кДж/(кг*К).

Удельная внутренняя энергия u5 = h5-P5*v5 = 2743 – 9*103*0,025 = 2518 кДж/кг.

Удельное количество теплоты, подведённое в цикле:

q1 = h1 – h3 = 3490 – 125,7 = 3364,3 кДж/кг.

Удельное количество теплоты, отведённое в цикле:

q2 = h2 – h3 = 2062 – 125,7 = 1936,3 кДж/кг.

Полезная работа цикла:

l0 = h1 – h2 = 3490 – 2062 = 1428 кДж/кг.

Удельный расход пара:

d = 3600/(h1 – h2) = 3600/1428 = 2,52 кг/кВт*ч.

Полный расход пара через  турбину:

D = N/(h1 – h2) = 200*103/1428 = 140 кг/с.

Подведённое тепло в цикле:

Q1 = D*q1 = 140*3364,3 = 471002 кВт.

Отведённое тепло в  цикле:

Q2 = D*q2 = 140*1936,3 = 271082 кВт.

Полная полезная работа цикла:

L0 = Q1 – Q2 = 471002 – 271082 = 199920 кВт.

Расход охлаждающей воды через конденсатор:

MB = Q2/(CpB*∆t) = 271082/(4,19*20)  = 3235 кг/с.

Термический КПД цикла  Ренкина:

ηop = l0/q1 = 1428/3364,3 = 0,425.

Термический КПД цикла  Карно:

ηok = 1 – T2/T1 = 1 - 303/813 = 0,627.

Рассмотрим зависимость  термического КПД цикла Ренкина от начального давления .

При повышение начального давления в паровом котле от р1"′ до р1′ при постоянной температуре перегрева t1 и при постоянном давлении р2 в конденсаторе возрастает разность энтальпий Dh = h1 – h2, то есть возрастает термический к.п.д.

Произведём расчёт термического КПД цикла Ренкина при различных начальных давлениях. Результаты расчёта сведём в таблицу и отразим на графике.

1.Р1 = 5 МПа; t1 = 5400C; Рк = 0,005 МПа

h1 = 3520 кДж/кг; h2 = 2160 кДж/кг; h3 = 125,7 кДж/кг

q1 = h1 – h3 = 3520 – 125,7 = 3394,3 кДж/кг.

l0 = h1 – h2 = 3520 – 2160 = 1360 кДж/кг.

ηop = l0/q1 = 1360/3394,3 = 0,400.

2.Р1 = 7 МПа; t1 = 5400C; Рк = 0,005 МПа

h1 = 3500 кДж/кг; h2 = 2110 кДж/кг; h3 = 125,7 кДж/кг

q1 = h1 – h3 = 3500 – 125,7 = 3374,3 кДж/кг.

l0 = h1 – h2 = 3500 – 2110 = 1390 кДж/кг.

ηop = l0/q1 = 1390/3374,3 = 0,412.

3.Р1 = 9 МПа; t1 = 5400C; Рк = 0,005 МПа

h1 = 3490 кДж/кг; h2 = 2062 кДж/кг; h3 = 125,7 кДж/кг

q1 = h1 – h3 = 3490 – 125,7 = 3364,3 кДж/кг.

l0 =  h1 – h2 = 3490 – 2062 = 1428 кДж/кг.

ηop = l0/q1 = 1428/3364,3 = 0,425.

4.Р1 = 11 МПа; t1 = 5400C;  Рк = 0,005 МПа

h1 = 3470 кДж/кг; h2 = 2040 кДж/кг; h3 = 125,7 кДж/кг

q1 = h1 – h3 = 3470 – 125,7 = 3344,3 кДж/кг.

l0 = h1 – h2 = 3470 – 2040 = 1430 кДж/кг.

ηop = l0/q1 = 1430/3344,3 = 0,432.

5.Р1 = 13 МПа; t1 = 5400C; Рк = 0,005 МПа

h1 = 3450 кДж/кг; h2 = 2000 кДж/кг; h3 = 125,7 кДж/кг

q1 = h1 – h3 = 3450 – 125,7 = 3324,3 кДж/кг.

l0 = h1 – h2 = 3450 – 2000 = 1450 кДж/кг.

ηop = l0/q1 = 1450/3324,3 = 0,436.

Р1, МПа

5

7

9

11

13

ηop

0,400

0,412

0,425

0,432

0,436


 

Зависимость термического КПД  цикла Ренкина от начального давления




Информация о работе Контрольная работа по "Теплотехнике"