В этом случае для анализа потерь тепловой энергии особенно полезно обращаться ко второму закону термодинамики.

8. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ КПД ТЕПЛОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Как показал Карно в 1824 году, термический КПД теплового двигателя при обратимых термодинамических процессах, осуществляемых рабочим телом между источником работы и окружающей средой, равен:

. (37)

Здесь Т1 – температура горячего источника тепловой энергии; Т0 – температура окружающей среда. Максимальная работа рабочего тела

(38)

или эксергия рабочего тела

. (39)

В общем случае, для любых параметров рабочего тела

. (40)

Эксергия источника работы вытекает из выражения (37) и равна

. (41)

Действительные круговые процессы, осуществляемые в современных тепловых двигателях, не являются круговыми процессами Карно, т. к., сопровождаются внешней и внутренней необратимостями.

Процессы расширения и сжатия рабочего тела в современных тепловых двигателях происходят с трением; процессы подвода и отвода тепла между источниками и рабочим телом происходят при разности температур. Таким образом, все процессы являются необратимыми и сопровождаются эксергетическими потерями. В таком случае эффективный КПД теплового двигателя равен:

, (42)

где – подведенное тепло к рабочему телу от источника работы; –полезная, действительная работа теплового двигателя.

Эффективный КПД теплового двигателя можно записать в виде:

. (43)

Величина действительной полезной работы может быть определена из выражения:

, (44)

где – сумма эксергетических потерь в тепловом двигателе.

Величина отношения действительной работы теплового двигателя или теплосиловой установки к максимальной работе равна:

(45)

и выражает степень совершенства протекания действительных процессов в теплосиловой установке.

Коэффициент может изменяться от 0 до 1.

Отсюда следует, что для определения действительной работы необходимо определить сумму эксергетических потерь в теплосиловой установке. Из выражения (43) эффективный КПД равен:

. (46)

Потеря рабочим телом и источником работы работоспособности в каждом элементе паросиловой установки равна:

. (47)

В случае если это теплообменный аппарат, в котором работа не производится, потеря работоспособности равна:

. (48)

Эксергетический КПД теплообменника

, (49)

где , – эксергия выхода и входа нагреваемого вещества; , – эксергия входа и выхода греющего вещества.

9. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОТЕРЬ В ЭЛЕМЕНТАХ
ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

1) Эксергетические потери в котлоагрегате и эксергетический КПД котлоагрегата.

Эксергия пара после котла по уравнению (40) равна:

(50)

Необходимо использовать параметры пара непосредственно за котлом и параметры окружающей среды = 1 бар; = 10°С; = 42,3 кдж/кг; = 0,15 кдж/кг*гр.

Для определения эксергии питательной воды, поступающей в котел, по уравнению (41)

, (51)

необходимо использовать параметры питательной воды, поступающей в котел .

Тепло, выделяемое при сгорании топлива в котле, равно:

. (52)

При температуре продуктов сгорания = 2000°С термический КПД обратимого цикла Карно равен:

(53)

Эксергия источника работы, согласно уравнению (28)

. (54)

Эксергетические потери в котле

(55)

Эксергетический КПД котла

(56)

Здесь – паропроизводительность парового котла, кг/ч;

- расход топлива, кг/ч;

- эксергия топлива, кДж/ч;

- эксергия питательной воды, поступающей в котел, кДж/кг;

- эксергия пара после котла, кДж/кг.

2) Эксергетические потери в паропроводе и КПД паропровода.

Эксергия пара на входе в паропровод равна эксергии на выходе из котла:

. (57)

Эксергия пара на выходе из паропровода определяется по параметрам пара перед турбиной

. (58)

Эксергетическая потеря в паропроводе равна:

. (59)

Эксергетический КПД паропровода равен:

. (60)

3) Эксергетическая потеря в турбине и КПД турбины:

а) эксергия пера перед турбиной равна эксергии на выходе из паропровода:

. (61)

В связи с тем, что количество пара, протекающего через проточную часть турбины, меняется, потерю эксергетическую определим по участкам с одинаковым расходом пара.

Эксергия пара 1-го отбора

. (62)

Полезная работа пара в турбине на участке ступеней турбины до 1-го отбора

. (63)

Потеря работоспособности пара на участке до 1-го отбора

(64)

б) эксергия пара II-го отбора

. (65)

Полезная работа пара в турбине на участке между I-м и II-м отборами

. (66)

Потеря работоспособности пара на этой участке равна:

(67)

в) эксергия пара в III-м отборе

. (68)

Полезная работа в турбине на участке между II-м и III-м отборами

. (69)

Потеря работоспобности пара на этой участке равна:

(70)

г) эксергия пара на выхлопе турбины

. (71)

Полезная работа в турбине между III-м отбором и выходом пара из турбины

. (72)

Потеря работоспособности пара на этом участке

. (73)

д) Суммарная потеря работоспособности пара в турбине

. (74)

Потери работоспособности пара в турбине обуславливается необратимым характером течения пара из-за трения пара в проточной части турбины, трения в механизмах турбины, из-за механических и электрических потерь в генераторе.

е) КПД турбины

; (75)

4) Эксергетическая потеря в конденсаторе.

Эксергия пара, поступающего в конденсатор, равна эксергии пара на выходе из турбины:

. (76)

Эксергия конденсата пара, поступающего из 1-го подогревателя в конденсатор:

. (77)

Эксергия конденсата на выходе из конденсатора:

. (78)

Указанные эксергии определяются по соответствующим параметрам для воды, найденные выше для 1-го подогревателя и для конденсатора.

Потеря работоспособности в конденсаторе

. (79)

5) Эксергетическая потеря в подогревателях.

Потеря эксергии в подогревателях определяется разностью эксергии между греющей и нагреваемой средами.

ПОДОГРЕВАТЕЛЬ № 3

Эксергия первого отбора пара определяется по (27)

. (80)

Эксергия конденсата греющего пара первого отбора

. (81)

Эксергия питательной воды на выходе из подогревателя № 3 по (40)

. (82)

Эксергия питательной воды на входе в подогреватель № 3

. (83)

Потеря эксергии пара в 3-м подогревателе

. (84)

ПОДОГРЕВАТЕЛЬ № 2

Эксергия сред, поступающих в подогреватель № 2

, (85)

где – энергия конденсата пара 1-го отбора; – энергия греющего пара 2-го отбора; – энергия питательной воды, поступающей из 1-го подогревателя в подогреватель № 2.

Эксергия питательной воды 1-го подогревателя.

. (86)

Эксергия питательной воды, выходящей из подогревателя № 2

. (87)

Потеря эксергии во 2-й подогревателе

. (88)

ПОДОГРЕВАТЕЛЬ № 1

Эксергию третьего отбора пара определяем по :

. (89)

Эксергия конденсата греющего пара третьего отбора

. (90)

Эксергия питательной воды на выходе из 1-го подогревателя

. (91)

Эксергия питательной воды на входе в 1-й подогреватель

. (92)

Потеря эксергии в 1-м подогревателе

. (93)

Сумма потерь эксергии во всех трех подогревателях составляет величину

. (94)

Эффективный КПД паросиловой установки:

а) Полная потеря работоспособности рабочего тела в паросиловой

установке равна:

; (95)

б) КПД действительных процессов, протекающих в паросиловой установке

; (96)

в) Эффективный КПД паросиловой установки

. (97)

10. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1) Все расчеты и пояснения, а также графики должны быть представлены в виде сброшюрованных листов.

2) На титульном листе, помимо надписей, таких как на титуле методического указания, необходимо указать группу, курс, фамилию, инициалы, а также номер варианта.

3) Все итоговые результаты должны иметь обозначения размерности.

4) На все контрольные вопросы необходимо дать письменные ответы в конце работы.

11. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Показать в Т-S диаграмме, какие процессы происходят в каждом элементе паросиловой установки.

2. Объяснить, в чем заключаются преимущества эксергетического метода анализа необратимых потерь.

3. Что такое эксергия?

4. Что такое внешняя необратимость?

5. Что такое внутренняя необратимость?

6. В каком элементе в рассматриваемой установке имеют место наибольшие эксергетические потери?

7. Что такое термический КПД цикла?

8. Чему равен термический КПД цикла Ренкина?

9. Чему равен термический КПД цикла Карно?

10. Чем отличаются и ?

11. Чему равен КПД регенеративного цикла?

12. Чему равен КПД предельно-регенеративного цикла?

13. Почему невозможно в поверхностных подогревателях нагреть воду до температуры насыщения пара?

14. Для какой цели в паросиловой установке устанавливают деаэратор?

15. Какая температура пара определяет нагрев воды в подогревателях?

16. Чему равен эксергетический КПД котла?

17. Чему равен эксергетический КПД подогревателя?

18. Что такое регенерация тепла в паросиловых установках?

19. Как определить эксергетический КПД градирни?

20. Объяснить связь термодинамической эффективности цикла и энерго-экологических показателей теплосиловой установки.

12. ЛИТЕРАТУРА

1. , Новиков . – М.: «Машиностроение», 1972. – 672 с.

2. Термодинаміка фізико-енергетичних процесів: Навч. Посібник / , Г. І. Павловський. – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – 332 с.

3. , , Шейдлин термодинамика. – М.: «Наука», 1979. – 445 с.

4. Збірник задач з технічної термодинаміки. – К.: Вища шк., 2001. – 236 с.

Приложение. ЗАДАНИЕ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ ПО КУРСУ «Термодинамика энергетических систем»

В паросиловой установке с начальными и конечными параметрами Р1, t1 и Р2 осуществлены 3 отбора пара на peгeнерацию тепла с давлениями Р1 и РIII в поверхностные подогреватели и РП в смешивающий подогреватель (деаэратор).

Найти ht цикла, а так же ht предельно регенеративного цикла. Температуру подогрева конденсаты турбины в поверхностных подогревателях принять на 6° ниже температуры насыщения греющего пара. Определить удельный расход пара и топлива, а так же удельный расход тепла.

Найти hoi турбины в целом при заданных одинаковых hoi по отсекам турбины. Вычислить потери в данном цикле методом КПД. Рассчитать потери работоспособности в данном цикле по отдельном элементам установки, пользуясь эксергетическим методом. В расчетах принять, что:

1. Температура греющих газов в котлоагрегате t = 2000°С.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4