Энтропийный метод определения потерь работоспособности
Потеря работоспособности термодинамической системы, , определяется как разность между максимальной возможной работы системы, если процессы в ней будут проходит обратимо, , и работой, которую произведет та же система при необратимости протекающих в ней процессов . Здесь величины полезной работы и потери работоспособности взяты в расчете на единицу массы рабочего тела, т.е. удельные. Потеря работоспособности системы определяется уравнением Гюи-Стодолы: , Если в такой системе горячий источник отдает тепло , то максимальная работа, которая может быть получена из этого тепла, представляет собой работу обратимого цикла Карно, осуществляемого в интервале температур и , т.к. по сравнению с любым другим циклом, осуществляемым в том же интервале температур, обратимый цикл Карно имеет наиболее высокий термический КПД. Следовательно, максимальная полезная работа, которая может быть получена от тепла в такой системе , , Если в этой системе осуществляется реальный необратимый цикл, то полезная работа цикла . Потеря работоспособности всей паросиловой установки как целого . Однако, вычисление потери работоспособности только всей системы недостаточно, т.е. это не позволяет оценить эффективность работы отдельных элементов установки. Суммарное изменение энтропии системы равно сумме изменений энтропии каждой из частей системы. , Умножив обе части этого равенства на температуру окружающей среды, получим . Т. о. величина потери работоспособности всей системы равна сумме потерь работоспособности отдельных ее элементов. Найденные значения покажут, в каких ее элементах необратимые процессы вносят основной вклад в величину потери работоспособности системы. Процессы в этих элементах установки требуют усовершенствования в первую очередь. Подсчет потери работоспособности пара выполняется в расчете на 1 кг рабочего тела. Температура окружающей среды принимается равной 10 °С, температура горячего источника (топки) °С. Котлоагрегат Потери в котлоагрегате происходят из-за потерь тепла через стенки котла и при подаче тепла из топки. 1. Потеря работоспособности вследствие потери тепла в котлоагрегате: кДж/кг. Увеличение энтропии пара в результате перехода тепла из топки с температурой °С в окружающую среду с температурой °С: кДж/(кг·К). Потеря работоспособности пара в результате потерь тепла: кДж/кг. 2. Потеря работоспособности в результате необратимости подвода тепла из топки с температурой °С к рабочему телу, температура которого меняется от до . Количество тепла, полученное рабочим телом в котле: кДж/кг. При передаче этого количества тепла рабочему телу энтальпия горячего источника уменьшается на величину кДж/(кг·К). Энтропия рабочего тела при подводе к нему тепла увеличивается на величину кДж/(кг·К). Изменение энтропии в целом в результате подвода тепла к рабочему телу: кДж/(кг·К). Потеря работоспособности пара в этом процессе: кДж/кг. Потеря работоспособности из-за необратимости процессов в котлоагрегате в целом: кДж/кг. Паропровод Потери тепла в паропроводе: кДж/кг. При этом температура пара в паропроводе снижается от , на входе в паропровод, до , на выходе из него. Эти температуры отличаются незначительно, поэтому для расчета можно принять среднюю температуру пара: °С. Изменение энтропии пара в результате передачи тепла из паропровода с температурой в окружающую среду с температурой : кДж/(кг·К). Потеря работоспособности пара в паропроводе: кДж/кг. Турбогенераторная установка 1. Энтропия пара в процессе адиабатного расширения пара в турбине при наличии трения возрастает на величину кДж/(кг·К), кДж/(кг·К). Потеря работоспособности пара при течении в турбине кДж/кг. 2. Механические потери в турбине кДж/кг. Потеря работоспособности в результате механических потерь в турбине кДж/кг. 3. Механические и электрические потери в электрогенераторе кДж/кг. Потеря работоспособности в результате механических и электрических потерь в турбине кДж/кг. Потеря работоспособности в турбогенераторной установке в целом кДж/кг. Конденсатор Тепло, отдаваемое в изобрано-изотермическом процессе в конденсаторе, кДж/кг. Увеличение энтропии пара в конденсаторе, с учетом постоянства температуры охлаждающей воды в нем кДж/(кг·К). Потеря работоспособности пара в конденсаторе кДж/кг. Насос Дополнительное увеличение энтальпии воды за счет трения кДж/(кг·К). °С. Разность энтропии воды кДж/(кг·К). Потеря работоспособности воды в насосе кДж/кг. Суммарная потеря работоспособности пара в цикле Ренкина кДж/(кг·К). Максимальная работа, которая могла бы быть получена из тепла в системе «горячий источник – рабочее тело – холодный источник», представляет собой работу обратимого цикла Карно, осуществляемого в интервале температур между и : кДж/кг. Электрическая энергия, отданная в сеть кДж/кг, Коэффициент потери работоспособности установки . Относительный коэффициент работоспособности . Абсолютный эффективный КПД ПСУ
Эксергетический метод Эксергия (максимальная полезная работа) любой изолированной термодинамической системы, состоящей из источника работы и окружающей среды: , Понятие эксергии удобно применять для анализа работы паросиловых установок, поскольку в них имеется непрерывный поток рабочего тела (воды и пара). Эксергия потока (удельная работоспособность) однозначно определяется, если известны параметры потока и параметры среды . . Т. о., эксергетический метод позволяет судить о степени необратимости процессов внутри аппарата по его внешней характеристике – разности эксергий на входе в аппарат и на выходе из него. Котлоагрегат Эксергия воды на входе в котлоагрегат кДж/кг. Эксергия воды на выходе из котлоагрегата кДж/кг. Эксергия сжигаемого топлива в топке котла кДж/кг. Потеря работоспособности в котлоагрегате кДж/кг. Паропровод Пар из котла поступает в паропровод, поэтому его эксергия на входе в паропровод равна эксергии на выходе из котла кДж/кг. Эксергия пара на выходе из паропровода кДж/кг. Потеря работоспособности пара в паропроводе кДж/кг. Турбогенераторная установка Эксергия пара на входе в турбину равна его эксергии на выходе из паропровода кДж/кг. Эксергия на выходе из турбогенераторной установки кДж/кг. Потеря работоспособности в турбогенераторной установке кДж/кг. Конденсатор Эксергия пара на входе в конденсатор равна его эксергии на выходе из турбогенераторной установки кДж/кг. Эксергия на выходе из конденсатора кДж/кг. Потеря работоспособности в конденсаторе кДж/кг. Насос Эксергия пара на входе в насос равна его эксергии на выходе из конденсатора кДж/кг. Эксергия на выходе из насоса равна эксергии на входе в котлоагрегат кДж/кг. Для привода насоса извне поступает электрическая энергия, величина которой, приведенная к единице топлива, кДж/кг. Потеря работоспособности в насосе кДж/кг. Потери работоспособности (эксергии) вычисляются по отношению к работе цикла Карно . Расчеты относительных потерь эксергии в каждом элементе ПСУ, приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2
Суммарные потери паросиловой установки согласно эксергетическому методу: кДж/кг . Относительная работоспособность паросиловой установки: . Эффективный абсолютный КПД паросиловой установки: Потери работоспособности и абсолютный КПД паросиловой установки, рассчитанные методами коэффициента полезного действия, энтропийным и эксергетическим должны совпадать. Результаты расчета потерь работоспособности энтропийным и эксергетическим методами приводятся в табл. 1.3.
Таблица 1.3
По результатам расчета строится диаграмма потерь работоспособности. В выводах выявляются элементы, вносящие наибольший вклад в величину потери работоспособности системы; приводятся мероприятия по снижению потерь работоспособности и повышению эффективности паросиловой установки.
Рис. 1.3. Диаграмма теплового баланса. Рис. 1.4. Диаграмма потерь эксергии (работоспособности).
Выполненный анализ показал. 1. Абсолютный эффективный КПД паросиловой установки . 53,1% теплоты теряется в конденсаторе. 2. Для повышения коэффициента использования топлива в городах с большой тепловой нагрузкой необходимо комбинированное выработка электрической и тепловой энергии. 3. Элементом конструкции паросиловой установки с наибольшими потерями работоспособности является котлоагрегат. 4. Для снижения необратимых потерь необходим переход на суперкритические параметры пара.
Контрольные задания
Задача 1 Составить пароконденсатный баланс производственного участка и определить тепловые потери, связанные с невозвратом конденсата источнику пароснабжения. Варианты исходных данных приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Варианты исходных данных к задаче 1.
Пример решения Исходные данные. На производственный участок поступает пар давлением МПа в количестве кг/с. Конденсатосборник открытого типа. Процент возврата конденсата составляет 70%. Определить потери теплоты, связанные с невозвратом конденсата источнику теплоснабжения. Решение. 1. Суммарное количество конденсата, невозвращенного в источник теплоснабжения: , кг/с; кг/с; кг/с. Суммарное количество конденсата, не возвращенного в источник теплоснабжения: кг/с. 2. Суммарные потери тепла с невозвращенным источнику конденсатом: , Суммарные потери тепла: кВт. 3. Тепловые потери с невозвращенным конденсатом по отношению к количеству тепла, подведенного на производственный участок с греющим паром: .
Задача 2 Определить количество пара вторичного вскипания, которое можно получить при расширении насыщенного конденсата высокого давления. Варианты исходных данных приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Варианты исходных данных к задаче 2.
Пример решения Исходные данные. В сборный бачок-сепаратор поступает конденсат давлением МПа в количестве 5,2 кг/с. Определить выход пара вторичного вскипания при расширении конденсата до давления МПа. Решение. 1. Энтальпия конденсата высокого давления МПа (см. таблицу приложения П.3): кДж/кг. 2. Энтальпия конденсата при давлении МПа: кДж/кг. 3. Скрытая теплота парообразования при давлении МПа: кДж/кг. 4. Доля пара вторичного вскипания, образуемого при снижении давления от МПа до МПа: . 5. Выход пара вторичного вскипания из бака-сепаратора: кг/с. 6. Количество тепловых потерь, которое может быть сэкономлено с паром вторичного вскипания: кВт.
Задача 3 Известен график присоединенной тепловой нагрузки в относительных единицах описан кусочно-заданной функцией f(x), где f(x) = Qотб(x) / Qmax; x = τт / τгод: участок 0 < x < 0,631 , участок 0,631 < x < 1 Вид функции f(x) показан на рис. 2.1. Рис. 2.1. Вид графика присоединенной нагрузки ТЭЦ.
Определить оптимальный коэффициент теплофикации а) по энергетическим показателям: – удельный расход топлива на отпуск электроэнергии на альтернативной КЭС, г/(кВт∙ч); – коэффициент приведения, учитывающий разный отпуск электрической энергии от ТЭЦ и КЭС, изменение потерь электроэнергии в транспортирующих сетях, расхода электроэнергии на собственные нужды станции и другие факторы; – удельный расход топлива на выработку электроэнергии для ТЭЦ, работающей в конденсационном режиме, г/(кВт∙ч); – удельный расход топлива на выработку электроэнергии для ТЭЦ, работающей в теплофикационном режиме, г/(кВт∙ч); – удельный отпуск теплоты внешним потребителям; – удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении; – продолжительность отопительного периода, ч/год. б) по экономическим показателям: – цена единицы мощности ТЭЦ, руб/кВт; – доля налогов и амортизационных отчислений; – цена единицы топлива, руб/т; – заработная плата рабочих на единицу мощности ТЭЦ, руб/кВт. Максимальную присоединенную тепловую нагрузку ТЭЦ при расчете температуры максимального зимнего режима принять МВт. Варианты исходных данных приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Варианты исходных данных к задаче 3.
Пример решения Исходные данные. а) в расчете оптимального коэффициента теплофикации по энергетическим показателям используются следующие исходные данные: ; ; ; ; ; ; ч/год. б) для расчета по экономическим показателям помимо указанных величин необходимы руб/кВт, , руб/т, руб/кВт. Решение. Расчет по энергетическим показателям 1. Число часов работы турбины в теплофикационном режиме по энергическим показателям определяется из уравнения: . 2. Подставив заданные величины, определим число часов работы ТЭЦ в теплофикационном режиме: ч/год, и в конденсационном режиме: ч/год. 3. Изобразим годовой график присоединенной нагрузки ТЭЦ в именованных единицах. По годовому графику присоединенной нагрузки ТЭЦ, заданном в кусочной форме, находим долю отборов ТЭЦ в относительных единицах: , МВт. 4. Оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ: . 5. Нагрузка пиковых источников теплоснабжения на ТЭЦ: МВт. 6. Комбинированная выработка электроэнергии на ТЭЦ: ГВт∙ч. Расчет по экономическим показателям 1. Число часов работы турбины в теплофикационном режиме с использованием экономических показателей находится из уравнения: 2. Подставив заданные величины, определим число часов работы ТЭЦ в теплофикационном режиме: ч/год; ч/год. 3. Изобразим годовой график присоединенной нагрузки ТЭЦ в именованных единицах. По годовому графику присоединенной нагрузки ТЭЦ, заданном в кусочной форме, находим долю отборов ТЭЦ в относительных единицах: , МВт. Это значение практически совпадает со значением, найденным без учета экономических показателей. 4. Оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ: . 5. Нагрузка пиковых источников теплоснабжения на ТЭЦ: МВт. 6. Комбинированная выработка электроэнергии на ТЭЦ: ГВт∙ч. Результаты расчета показывают, что оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ зависит главным образ
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1358)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |