Искомая мощность привода компрессора
.
Пример 8. Парогазовая установка работает по следующей схеме (рис. 37): воздух из атмосферы (состояние 1) сжимается компрессором (состояние 2) и подается в топочное устройство высоконапорного парогенератора ВПГ, где сгорает топливо. Продукты сгорания сначала отдают часть своей теплоты нагретой до температуры кипения воде и водяному пару, циркулирующем в особом контуре, а затем направляются в газовую турбину ГТ (состояние 3), в которой изоэнтропно расширяясь, совершают полезную работу. Отработавшие газы (состояние 4) идут в газовый подогреватель ГП и нагревают в нем конденсат водяного пара до температуры кипения (состояние 9), после чего выбрасываются в атмосферу (состояние 1). Кипящая вода из подогревателя ГП направляется в парогенератор ВПГ, где испаряется и перегревается (состояние 5). Перегретый пар, отработав в турбине высокого давления ТВД (состояние 6), снова перегревается за счет теплоты топочных газов ВПГ (состояние 7),
а б
Рис. 4.5
Затем работает в турбине низкого давления ТНД (состояние 8) и конденсируется в конденсаторе Кр. Водяной цикл, таким образом, замыкается.
Рассчитайте термический КПД идеального бинарного парогазового цикла, если известны следующие параметры.
Газ: р1 = 0,1 МПа; t1 = 20 °С; t3 = 800 °С; t1’ = 120 °С; .
Вода и водяной пар: р5 = 1,3 МПа; t5 = 565 °С; р6 = р7 = 3,0 МПа; t7 = 565 °С; р8 = 30 гПа;
Найдите отношения этого КПД и КПД цикла Карно для максимальной и минимальной температур бинарного цикла.
Газ считать обладающими свойствами воздуха, теплоемкость газа ср считать постоянной. Работой водяных насосов пренебречь.
Решение. Прежде всего определяем «недостающие» температуры в точках 2 и 4 газового цикла:
К;
К.
Из баланса теплоты в Гп определяем кратность газа по отношению к воде, т.е. количество газа, приходящегося на 1 кг воды. Тепловой баланс записывается в виде:
,
откуда
.
Здесь энтальпии h9 и h8’ кДж/кг, определены по таблицам [9] соответственно при р5 = 13 МПа и р8’ = 30 гПа.
Термический КПД бинарного цикла
Энтальпии воды из водяного пара h5, h7, h9 определены по таблицам при заданных параметрах, а h6, h8 получены в результате расчета изоэнтропных процессов. Теплоемкость газа
кДж/(кг·К).
Коэффициент полезного действия цикла Карно
.
Отношение
Пример 9.В котельной установке при температуре окружающей среды tо=25 оС вырабатывается пар с температурой t2=550 оС. Температура продуктов сгорания в топке t1=1727 оС (теплотворная способность топлива
кДж/кг).
Найти эксергию теплоты топочных газов, получаемого пара и эксергетический КПД.
Решение.
Удельная эксергия теплоты топочных газов е1 будет
кДж/кг.
Удельная эксергия полученного пара е2:
кДж/кг.
Потеря эксергии на 1 кг израсходованного топлива составит
кДж/кг.
Потеря эксергии по уравнению Гюи-Стодолы
кДж/кг.
Эксергетический КПД котельной установки без учета тепловых потерь будет
.
С учетом эффективного КПД котельной установки ηк=0,9, для эксергии теплоты, полученной паром, будет иметь
кДж/кг.
В результате эксергетический КПД с учетом тепловых потерь составит
.
Пример 10. Определить эксергию теплоты, которая выделяется при сгорании на воздухе 1 кг топлива с теплотой сгорания кДж/кг. Температура горения 1300 оС. Параметры среды: рос=0,1 МПа и tос=20 оС. Теплоемкость продуктов сгорания принять постоянной.
Решение.
Получившийся источник теплоты является источником теплоты с переменной температурой, так как в процессе отвода теплоты от источника и превращения теплоты в работу он (источник) охлаждается. Его работоспособность будет исчерпана, когда его температура станет равной температуре окружающей среды. Процесс охлаждения источника теплоты показан на рисунке линией 1-0 до температуры Тос. Для бесконечно малого количества теплоты dQ при температуре Т дифференциал эксергии определяется через термический КПД цикла Карно, т.е.
,
Рис. 4.6
тогда эксергия вычисляется по формуле
;
.
Эксергия (см. рис. к задаче 10) численно равна затемненной площади согласно приведенной выше формуле.
Величина , равна тому количеству теплоты, которое надо передать нижнему источнику (окружающей среде) в процессе превращения теплоты в работу.
Изменение энтропии может быть вычислено следующим образом:
,
где С – теплоемкость данного источника теплоты, которую в данном случае можно определить следующим образом:
.
С учетом написанных выше соотношений эксергия теплоты может быть рассчитана по формуле
или
.
Вычислим значение эксергии по этой формуле:
кДж/кг.
Таким образом, эксергия теплоты в данных условиях составляет теплоты сгорания топлива.
Дата добавления: 2021-07-22; просмотров: 347;