Определение энергетических параметров для всех процессов

Схема теплоэнергоустановки, описание принципа её работы.

Рис.1.1. Схема принципиальная теплоэнергоустановки и идеальный цикл в T-s, P- и i-s диаграммах: 1- насос, 2 – барабан котла, 3 - пароперегреватель, 4 – турбина паровая, 5 - конденсатор, 6 – электрогенератор.

С помощью питательного насоса (1) вода под давлением P₂=P_П поступает в барабан котла (2), где к ней подводится тепло q₁^/ при постоянном давлении. Происходит процесс нагрева воды до температуры кипения и парообразование. Полученный сухой насыщенный пар перегревается в пароперегревателе (3), где к нему подводится количество тепла q₁^//. Перегретый пар поступает в турбину (4), где расширяясь совершает работу. Отработавший влажный пар при давлении P_к=P₁=P₆ поступает в конденсатор (5), где происходит его конденсация. Конденсация осуществляется путём передачи количества тепла q₂ охлаждающей воде с температурой t_{в охл}. На одном валу с турбиной находится электрогенератор (6), который вырабатывает электроэнергию. С помощью питательного насоса вода из конденсатора (конденсат) снова подаётся в котёл. Паровой котёл и пароперегреватель можно объединить понятием парогенератор. Проведём анализ данного цикла.

1.2. Определение параметров рабочего тела (P, ,T, s, u, i, ex) во всех узловых точках рассчитываемого цикла.

Параметры воды при давлении и температуре окружающей среды: i₀, T₀, S₀. T₀=288 К. Значения i₀ и S₀ находим, пользуясь таблицами [2].

при t=15 ^oC i₀^/ =278,34 кДж/кг; s₀^/ =6,6695 кДж/(кгК);

при t=0 ^oC i₀^// =273,23 кДж/кг; s₀^//=6,6080 кДж/(кгК).

Следовательно, параметры окружающей среды определяются как:

i₀=i₀^/-i₀^//=288,56-273,23=15,33 кДж/кг;

s₀=s₀^/-s₀^//=6,6695-6,6080=0,0615 кДж/(кгК).

Точка 1.

Точка находится на линии насыщения и соответствует параметрам рабочего тела на выходе из конденсатора. Атмосферное давление 755 мм рт. ст.

(вакуум в конденсаторе В_к=96 %). Тогда давление в конденсаторе определим как P₁= =0,04 бар. При давлении P₁=0,04 бар по таблице для состояния насыщения находим остальные параметры:

0,0010041 м³/кг; s₁=0,4224 кДж/(кгК); i₁=121,4 кДж/кг; t₁=28,96 ^oC;

u₁=i₁- =121,396 кДж/кг;

ex₁=(i₁-i₀)-T₀(s₁-s₀)=(121,4-15,13)-288(0,4224-0,0615)=2,331 кДж/кг;

Точка 2.

Точка характеризует параметры воды, поступающей в барабан котла после сжатия в насосе. Сжатие считаем адиабатным (s₂=s₁=0,4224 кДж/(кгК)).

Давление в котле P₂=P_п1=85 бар. По этим параметрам, интерполируя, находим остальные:

t₂= 29,15C;

= м³/кг;

i₂=кДж/кг;

u₂=i₂- кДж/кг;

ex₂=(i₂-i₀)–T₀(s₂-s₀)=(130-15,11)-288(0,4224-0,0615)=10,95 кДж/кг.

Точка 3.

Точка соответствует состоянию насыщения воды (x=0) при давлении

P₃=P₂=85 бар. По этим параметрам находим остальные:

t₃=299,27 ^oC; =0,0014013 м³/кг; s₃=3,2478 кДж/(кгК); i₃=1340,7 кДж/кг;

u₃=i₃- кДж/кг;

ex₃=(i₃-i₀)–T₀(s₃-s₀)=(1340,7-15,13)-288(3,2478-0,0615)=407,916 кДж/кг.

Точка 4.

Точка соответствует состоянию насыщения пара (x=1) при давлении

P₄=P₃=85 бар. По этим параметрам находим остальные:

t₄=t₃=299,27 ^oC; s₄=5,7115 кДж/(кгК); =0,02193 м³/кг; i₄=2751 кДж/кг;

u₄=i₄- кДж/кг;

ex₄=(i₄-i₀)-T₀(s₄-s₀)=(2751-15,13)-288(5,7115-0,0615)=1108,67 кДж/кг.

Точка 5.

Точка характеризует параметры пара перед турбиной. Давление в паровом котле P₅=P₄=85 бар. Температура перегрева пара t₅=700 ^oC. Тогда по

диаграмме находим остальные параметры:

=0,05 м³/кг; i₅=3890 кДж/кг; s₅=7,25 кДж/(кгК);

u₅=i₅- кДж/кг;

ex₅=(i₅-i₀)-T₀(s₅-s₀)=(3890-15,13)-288(7,25-0,0615)=1804,582 кДж/кг.

Точка 6.

Точка характеризует параметры влажного пара, поступающего в конденсатор. По известным параметрам P₆=P₁=0,04 бар и s₆=s₅=7,25 кДж/(кгК) по

диаграмме находим остальные параметры:

t₆=t₁=28,96 ^oC; =35 м³/кг; i₆=2180 кДж/кг;

u₆=i₆- кДж/кг;

ex₆=(i₆-i₀)-T₀(s₆-s₀)=(2180-15,13)-288(7,25-0,0615)=94,582 кДж/кг.

Степень сухости x=0,845.

Полученные параметры точек сводим в таблицу 6.1:

Таблица 6.1

№ точки	P, бар	, м3/кг	T, K	s, кДж/(кгК)	i, кДж/кг	u, кДж/кг	ex, кДж/кг
	0,04	0,0010041	301,96	0,4224	121,4	121,396	2,331
		0,0010005	302,15	0,4224		121,5	10,95
		0,0014013	572,27	3,2478	1340,7	1328,79	407,916
		0,02193	572,27	5,7115		2564,595	1108,67
		0,05		7,25			1804,582
	0,04		301,96	7,25			94,582

Определение энергетических параметров для всех процессов,

составляющих цикл (Du, Di, l, l^/, q^e, Dex).

Процесс 1-2 – адиабатное, изоэнтропное (обратимое) повышение

давления в насосе.

Du=u₂-u₁=121,5-121,396=0,104 кДж/кг;

Di=i₂-i₁=130-121,4=8,6 кДж/кг;

q^e=0; l=-Du=-0,104 кДж/кг; l^/=-Di=-8,6 кДж/кг;

Dex=ex₂-ex₁=10,95-2,331=8,619 кДж/кг.

Процесс 2-3 - изобарный подогрев воды в котле.

Du=u₃-u₂=1328,79-121,5=1207,29 кДж/кг;

Di=i₃-i₂=1340,7-130=1210,7 кДж/кг;

q^e=Di=1210,7 кДж/кг; l=q^e-Du=Di-Du=1210,7-1207,29=3,41 кДж/кг; l^/=0;

Dex=ex₃-ex₂=407,916-10,95=396,966 кДж/кг.

Процесс 3-4 - изобарное испарение воды в котле.

Du=u₄-u₃=2564,595-1328,79=1235,805 кДж/кг;

Di=i₄-i₃=2751-1340,7=1410,3 кДж/кг;

q^e=Di=1410,3 кДж/кг; l=q^e-Du=1410,3-1235,805=174,495 кДж/кг; l^/=0;

Dex=ex₄-ex₃=1108,67-407,916=700,754 кДж/кг.

Процесс 4-5 - изобарный перегрев пара.

Du=u₅-u₄=3465-2564,595=900,405 кДж/кг;

Di=i₅-i₄=3890-2751=1139 кДж/кг;

q^e=Di=1139 кДж/кг; l=q^e-Du=1139-900,405=238,595 кДж/кг; l^/=0;

Dex=ex₅-ex₄=1804,582-1108,67=695,912 кДж/кг.

Процесс 5-6 - адиабатное (обратимое) расширение в турбине.

Du=u₆-u₅=2040-3465=-1425 кДж/кг;

Di=i₆-i₅=2180-3890=-1710 кДж/кг;

q^e=0; l=-Du=1425 кДж/кг; l^/=-Di=1710 кДж/кг;

Dex=ex₆-ex₅=94,582-1804,582=-1710 кДж/кг.

Процесс 6-1 - изобарное охлаждение влажного пара в конденсаторе

до состояния насыщения воды при T=301,96 K.

Du=u₁-u₆=121,396-2040=-1918,604 кДж/кг;

Di=i₁-i₆=121,4-2180=-2058,6 кДж/кг;

q^e=Di=-2058,6 кДж/кг; l=q^e-Du=-2058,6-(-1918,604)=-139,996 кДж/кг; l^/=0;

Dex=ex₁-ex₆=2,331-94,582=-92,251 кДж/кг.