Сборник задач по технической термодинамике (стр. 32 )

4) ΔWпту=12,9 МВт, 5) ηiпик=0,341.

17.7. Для парогазовой установки (рис.17.9) задано:

рабочее тело ГТУ имеет параметры на входе в компрессор: р1=1 бар, t1=27 оС, степень повышения давления воздуха в компрессоре n=р2/р1=6, температура газов перед турбиной t3=750 оС, в газоводяном подогревателе газы охлаждаются до t5=120 оС;

параметры пара ПТУ перед турбиной: ро=90 бар, tо=500 оС, давление в конденсаторе рк=0,035 бар, мощность турбины Wпту=25 МВт, вода в газоводяном подогревателе нагревается до температуры насыщения при давлении ро.

Определить: термический КПД ПГУ и расход рабочего тела в ГТУ

Нарисовать цикл ПГУ в T,s - диаграмме.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: ηtПГУ=0,592, G=102 кг/с.

17.8. Для парогазовой установки с НПГ (рис.17.3) задано:

рабочее тело ГТУ имеет параметры на входе в компрессор: р1=1 бар, t1=15 оС, степень повышения давления воздуха в компрессоре n=р2/р1=6, температура газов на выходе из турбины t5i=400 оС, адиабатный коэффициент компрессора ηк=0,8, мощность компрессора Wкi=2 МВт;

температура горения топлива в НПГ t5=1800 оС, температура уходящих газов t6=120 оС;

параметры пара ПТУ перед турбиной: ро=30 бар, tо=400 оС, давление в конденсаторе рк=0,04 бар, давление отбора пара на смешивающий регенеративный подогреватель р1=6 бар, внутренний относительный КПД турбины ηпт=0,84.

Определить мощность паровой турбины.

Нарисовать цикл ПГУ в T,s - диаграмме.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ и НПГ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: WiПТУ=4,3 МВт.

17.9. Для парогазовой установки с ВПГ (рис.17.5) задано:

рабочее тело ГТУ имеет параметры: на входе в турбину Т4=960 К, степень повышения давления воздуха в компрессоре n=р2/р1=6, внутренний относительный КПД турбины ηгт=0,84, мощность газовой турбины Wгтi=2 МВт;

температура горения топлива в ВПГ Т3=2200 К, температура уходящих из ГВП газов Т6=400 К;

параметры пара ПТУ перед турбиной: ро=24 бар, tо=400 оС, давление в конденсаторе рк=0,04 бар, давление отбора пара на смешивающий регенеративный подогреватель р1=6 бар, внутренний относительный КПД турбины ηпт=0,85.

Определить мощность паровой турбины.

Нарисовать цикл ПГУ в T,s- диаграмме. Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ и ВПГ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: WiПТУ=2,79 МВт.

17.10. Оценить термодинамическую экономичность обратимых циклов ПТУ, ГТУ и ПГУ с котлом-утилизатором по балансовому, энтропийному и эксергетическому методам (рис. 17.10) при следующих исходных данных:

для ПТУ температура горения топлива в топке парового котла 1500 oC, температура уходящих из котла газов 140 oC. В котле учитывать только потери с уходящими газами.

ПТУ имеет параметры водяного пара: ро=6 МПа, tо=500ºС, рк=4 кПа.

Температура окружающей среды tос=20 oC. Температуру циркуляционной воды в конденсаторе принять постоянной и равной tос;

для ГТУ параметры воздуха и газов: р1=1 бар, t1=20 oC, n=р2/р1=10, t3=1500 oC;

для ПГУ с КУ параметры такие же, как и у автономно работающих ПТУ и ГТУ,

температура газов на выходе из котла утилизатора t5=140 oC.

Определить :

а) по балансовому методу:

КПД и основные потери ПТУ, ГТУ и ПГУ;

б) по энтропийному методу:

увеличение энтропии за счет необратимостей отдельных процессов и целиком всего цикла для ПТУ, ГТУ и ПГУ;

в) по эксергетическому методу:

потери эксергии за счет необратимостей отдельных процессов и целиком всего цикла для ПТУ, ГТУ и ПГУ.

Сопоставить экономичность и потери ПТУ, ГТУ и ПГУ, определенные по балансовому, энтропийному и эксергетическому методам.

Для ПТУ и ПГУ расчеты выполнить на 1 кг пара. При расчетах ПТУ работой насосов пренебречь. Свойства газовых рабочих тел принять соответствующими идеальному двухатомному воздуху с постоянной изобарной теплоемкостью ср=1 кДж/(кг∙К).

Ответ: а) hПТУ=0,376, qух=8,11 %, q2=54,26 % ;

hГТУ=0,482, qух=51,8 % ;

hПГУ=0,653; qух=9,94 %, q2=24,73 % ;

б) для ПТУ: Dsгор=4,373 кДж/(кгпара×К) (57,1%),

DsУХ. Г=0,161 кДж/(кгпара×К) (2,1%),

Dsт-оПК=2,92 кДж/(кгпара×К) (38,1%),

DsК-р=0,201 кДж/(кгпара×К) (2,63 %),

SDsсi=7,655 кДж/(кгпара×К) (100 %);

для ГТУ: Dsгор=1,38 кДж/(кг×К) (52,2 %),

DsУХ. Г=0,99 кДж/(кг×К) (41,8 %);

SDsсi=2,37 кДж/(кг×К) (100 %);

для ПГУ: Dsгор=7,469 кДж/(кгпара×К) (79,9 %),

DsУХ. Г=0,433 кДж/(кгпара×К) (4,64 %),

Dsт-оПК=1,236 кДж/(кгпара×К) (13,2 %),

DsК-р=0,201 кДж/(кгпара×К) (2,15 %);

SDsсi=9,339 кДж/(кгпара×К) (100 %);

в) для ПТУ: Ñегор=1281 кДж/кгпара (35,64 %),

ÑеУХ. Г=47,2 кДж/кгпара (1,36 %),

Ñет-оПК=855,6 кДж/кгпара (23,76 %),

ÑеК-р=58,9 кДж/кгпара (1,64 %);

етопл=3596 кДж/(кгпара) (100 %);

для ГТУ: Ñегор=334 кДж/кг , (27,7 %),

ÑеУХ. Г=290 кДж/кг , (24,1 %);

етопл=1207 кДж/(кгпара) (100 %);

для ПГУ: Ñегор=2188 кДж/кгпара (27,7 %),

ÑеУХ. Г=126,9 кДж/кгпара (1,61 %),

Ñет-оПК=362,2 кДж/кгпара (4,59 %),

ÑеК-р=58,9 кДж/кгпара (0,75 %);

етопл=7894 кДж/(кгпара) (100 %).

Энтропийный и эксергетический методы дают более объективную оценку тепловой экономичности циклов по сравнению с балансовым методом.

17.4. Контрольные вопросы

1. Поясните целесообразность объединения циклов ГТУ и ПТУ в единый парогазовый цикл.

2. Какой элемент схемы ПГУ с КУ определяет величину соотношения расходов рабочих тел dг и как эта величина рассчитывается?

3. Покажите в Т,s- диаграмме для ПГУ с КУ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q1 и q2.

4. Приведет ли введение регенерации в паровом контуре к увеличению КПД ПГУ с КУ?

5. Какой основной недостаток у схемы ПГУ с КУ?

6. Какой элемент схемы ПГУ с НПГ определяет величину соотношения расходов рабочих тел dг и как эта величина рассчитывается?

7. Покажите в Т,s- диаграмме для ПГУ с НПГ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q1 и q2.

8. Какие преимущества и недостатки у ПГУ с НПГ по сравнению с ПГУ с котлом-утилизатором ?

9. Какие элементы схемы ПГУ с ВПГ определяют величину соотношения расходов рабочих тел dг и как эта величина рассчитывается?

10. Покажите в Т,s- диаграмме для ПГУ с ВПГ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q1 и q2.

11. Какие преимущества и недостатки у ПГУ с ВПГ по сравнению с ПГУ с НПГ?

12. Покажите в Т,s- диаграмме для полузависимой ПГУ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q1 и q2.

13. Может ли быть КПД полузависимой ПГУ меньше, чем КПД паротурбинной установки, входящей в ее состав?

14. В каких режимах работы наиболее целесообразно использовать полузависимую схему ПГУ?

18. ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

В холодильных установках и тепловых насосах полезным продуктом является теплота низкого или высокого температурного уровня. В таких установках теплота передается от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой. В соответствии со вторым законом термодинамики это возможно только при дополнительном компенсационном процессе, например за счет совершения работы [1].