Lucrare de an Termodinamica

8/17/2019 Lucrare de an Termodinamica

1/27


2/27

CuprinsIntroducere.....................................................................................................................................3

1. DESCRIEREA SUCCINTĂ A SCHEMEI I DESTINA IEI CENTRALELORȘ Ț

TERMOELECTRICE...................................................................................................................42. SARCINA LUCRĂRII DE AN..............................................................................................

!. SCHEMA INSTALA IEIȚ ......................................................................................................"

4. CALCULUL CICLULUI RAN#INE..................................................................................$

4.1. Determinarea parametrilor vaporilor în punctele de bază ale ciclului Rankine................7

4.2. Calculul proceselor termodinamice ale ciclului Rankine:................................................

4.3. Calculul caracteristicilor de bază ale ciclului:................................................................1!

. %RE&ENTAREA CICLULUI RAN#INE 'N DIA(RAMELE p)*+ T)s i ,)sș ...............12". SCHEMA INSTALA IEI CICLULUI CU SU%RA'NCĂL&IRE INTERMEDIARĂ AȚ-A%ORILOR DE A%Ă................................................................................................................1

$. CALCULUL CICLULUI CU SU%RA'NCĂL&IRE INTERMEDIARĂ A -A%ORILOR DE A%Ă.........................................................................................................................................1"

7.1. Determinarea parametrilor vaporilor în punctele de bază ale ciclului cu supraîncălzireintermediară a vaporilor de apă..................................................................................................1"

7.2. Calculul proceselor termodinamice ale ciclului cu supraîncălzire intermediară avaporilor de apă..........................................................................................................................1"

7.3. Calculul caracteristicilor de bază ale ciclului cu supraîncălzire:....................................1

. %RE&ENTAREA CICLULUI CU SU%RA'NCĂL&IRE INTERMEDIARĂ A-A%ORILOR DE A%Ă 'N DIA(RAMELE p)*+ T)s i ,)sș ....................................................2/

0. CONCLU&II (ENERALE %RI-IND ANALI&A RE&ULTATELOR INALE ALEAMELOR CICLURI................................................................................................................2!

2


3/27

Introducere

#ermodinamica te$nică are un rol decisiv în pre%ătirea i coordonarea in%inerilor cu scopulș

căutării noilor metode pentru e&ploatarea e'icientă a utila(ului pentru stabilirea )i pentruutilizarea resurselor re%enerabile de ener%ie )i valori'icarea lor. #ermodinamica este a&ată pe

e&tinderea consecin*elor pentru cele 3 principii 'undamentale care se ocupa cu macroobiecte

materiale 'ără a pătrunde în structura lor. +n ma(oritatea cazurilor nu se ia în considera*ie 'actorul

timp,prin aceasta )i se e&plica )i universalitatea le%ita*ilor )i a rela*iilor e&istente dintre mărimele

'izice ce se ob*in în urma investi%ărilor. Dezvoltarea priponderentă a ramurilor comple&ului

ener%etic trebuie sa 'ie ve%$eat de un sistem politic care asi%ură cre)terea eonomiei na*ionale

prin optimizarea cadrului de re%lementarea a activită*ii de întreprinzător )i să asi%ure securitatea

'urnizării ener%iei )i a resurselor ener%etice )i monotorizarea acoperirei balan*ei cererii )i a

o'ertei pe pia*a ener%iei electrice )i a %azelor naturale, în condi*iile le%ii,în urma caruia vom crea

)i vom bene'icia de o nouă s'eră economică a ener%iei.

-n%inerul trebuie să cunoască că cele două sisteme de re'erire a datelor: sistemul interna*ional ce

are la bază (oule )i sistemul te$nic ce are la bază caloria. Rolul termodinamicii în educarea

in%inerului termote$nicii este 'oarte importantă,'iindcă el c studiază natura )i 'enomenele

naturale pentru a stabili principii, a&iome )i teoreme pentru a crea un pordus invitabil )i e'icient.a 'el termodinamica trans'ormă studientul într/un termote$nician, pe masura proiectării,

or%anizării, conducerii )i între*inerea proceselor te$nolo%ice din industriei. -n%inerii au misiunea

de a diri(a procesele de vapori întru a)a mod ca toate să se men*ină sub control )i cu un

randament cît se poate de ridicat.

3


4/27

1. DESCRIEREA SUCCINTĂ A SCHEMEI I DESTINA IEIȘ ȚCENTRALELOR TERMOELECTRICE

0 centrală termoelectrică este un ansamblul de instala*ii, construc*ii )i ec$ipamente care are

drept scop conversia unei 'orme de ener%ie în ener%ie electrica. roducerea simultană a ener%iei

elctrice )i a căldurii, sau termo'icare, pleacă de la ideea utilizării căldurii în procesele industriale

sau la încălzit. +n acest caz randamentul poate a(un%e, teoretic, pînă la 1!!. &istă centrale

terrmoelectrice cu terrmo'icare în care vaporii se destind în turbină, pînă la o entalpie oarecare

situată în zona vaporilor suprîncălzi*i iar la ie)irea din turbină sunt trimi)i la consumatorul de

căldură, unde se produce condensarea.

• Centrale termoelectrice C#5, care produc în special curent electric, căldura 'iind un

produs secundar. 6ceste centrale se caracterizează prin 'aptul că sunt ec$ipate în special

cu turbine cu abur cu condensa*ie. ai nou, aceste centrale se construiesc avînd la bază

un ciclu combinat abur/%az.• Centrale electrice de termo'icare C#5, care produc în con%enerare atît curent electric,

cît )i căldură care iarna predomină. 6ceste centrale se caracterizează prin 'aptul că sunt

ec$ipate în special cu turbine cu abur cu contrapresiune.

#urbina cu contrapresiune se recomnadă penrtru conumuri cu durate mai mari de "!!!/"8!!

$9an. entru utilizarea industrială vaporii au 8/18 bar. i pesteC !2!!

, iar pentru termo'icare

urbană !,8 /2,8 bar. )i temperaturi în (ur deC

!1!!

. entru 'unc*ionarea centralei electrice cu

termo'icare,esen*iale sunt curbele de sarcină termice )i electrcie ale consumatorului, care arată

evolu*ia consumului de căldură )i ener%ie elctrică pe parcursul unei zile. +n %eneral, ele nu

coincid, dar cînd se aproprie în mod su'icient, este 'avorabilă introducerea termo'icaării. entru

aprecierea acestor elemente se 'olose)te coe'icientul de termo'icare, care reprerzintă raportuldintre consumul de căldură ăn termo'icare )i consumul de căldură total în centrală.

+n %eneral termocentralele 'unctionează pe baza unui ciclu Clausius/Rankine. ;ursa termică

cazanul, încălze)te )i vaporizează apa. 6burul produs se destinde într/o turbină cu abur

producînd lucru mecanic. 6poi, aburul este condensat într/un condenator, apa condensată este

pompată din nou în cazan )i ciclul se reia. Dar acest ciclu are un randament considerabil de mic

în (ur de 4!, dar pentru sporirea parametrului aburului sunt 'olosite )i alte construc*ii cum ar

'i: supraîncăzirii vaporilor de apă,sau încălzirea re%enerativă a apei, ob*ine încă o valori'icare a

4


5/27

ener%iei produse la arderea combustibilului. 6ceasta valoare constituie circa 1!, dar orice

pierdere recuperată este un avanta(.

8


6/27

2. SARCINA LUCRĂRII DE AN-nstala ia de turbine cu vapori 'unc ionează după ciclul Rankine, avînd următorii parametri:ț ț

înaintea turbinei presiunea vaporilor este p1

;ă se 'acă concluzii pe baza acestor calcule. ;ă se prezinte ambele cicluri în dia%ramele p/v, #/s

i $/s, procesele în turbină i în pompă se consideră izoentropice. ;ă se prezinte sc$emeleș ș

instala iilor.ț

"


7/27

1

2 3

8

!. SCHEMA INSTALA IEIȚ

i3ur 1.1. ;c$ema instala*iei de turbină cu abur:

1 / cazan? 2 / turbina? ! / %enerator electric? 4 / condensator? / pompa de alimentare.

7


8/27

4. CALCULUL CICLULUI RAN#INE

4.1. Deter5inre pr5etri6or *pori6or 7n puncte6e de 89: 6e cic6u6ui Rn;ineDin dia%rama $/s %ăsim parametrii punctului 1:

( ) K kg kJ s

kg kJ h

kg mv

C t

MPa p

⋅=

=

=

=

=

°

812,"

"4,32!3

!438,!

41!

"

1

1

3

1

1

1

6'lăm parametrii punctului 2:

( )

774,!

8!","

47,2!!8

73127,121

7,32

!!8,!

2

2

3

2

2

2

=

⋅=

=

=

=

=

°

x

K kg kJ s

kg kJ h

kg mv

C t

MPa p



9/27

( ) K kJ kJ s s

kg kJ hh

kg mvv

C t t

MPa p p

⋅=′=

=′=

=′=

==

==

°

47"2,!

77,137

!!1!!82,!

@!,32

!!8,!

3

3

3

3

23

23


( ) ( )

( )( )

( ) K kg kJ s s

kg kJ p pvhhhh

kg mvv

C p pv

t c

ht t

MPa p p

p

⋅==

=⋅⋅−⋅+=

=⋅−+=∆+=

==

=⋅⋅−⋅

+=−

+=∆

+=

==

−

−

°

−

47"2,!

7@,1431!1!!!8,!1!"!!1!!82,!77,1371!

!!1!!82,!

33,341@,4

1!1!!!8,!1!"!!1!!82,!@!,32

1@,4

"

34

3""

3

34333434

3

34

3""

343

3

34

34

14

6'lăm parametrii punctului AaB:

( ) K kg kJ s

kg kJ h

kg mv

C t t sa

⋅=′

=′

=′

°==

8"33,3

1833

!!18"7,!

,33!

3

6'lăm parametrii punctului AbB:

( ) K kg kJ s

kg kJ h

kg mv

C t t ab

⋅=′′

=′′

=′′

== °

!277,3

@,1213

!!1317,!

8",278

3

4.2. C6cu6u6 procese6or ter5odin5ice 6e cic6u6ui Rn;ine<rocesul 1/2:

aria ia entalpiei:ț

kg kJ hhh 78,11@7"!,32!34,2!!81212 −=−=−=∆

@


10/27

aria ia ener%iei interne:ț

( )

( ) kg kJ v pv phu

!4,1!31!!4,!1!"73,271!!!",!78,11@7

1!

3""

3

11221212

−=⋅⋅⋅−⋅⋅−−=

=⋅−−∆=∆

−

−

ucrul te$nic e'ectuat de vapori în turbină:

kg kJ hl turb 78,11@712. =∆−=

aria ia entropiei:ț

( ) K kg kJ s ⋅=∆ !12

ucrul de destindere al vaporilor:

kg kJ ul !4,1!31212

=∆−=

Cantitatea de căldură:

!12 =q

rocesul 2/3:


kg kJ hhh !77,1"47,2!!877,1372323 −=−=−=∆


( )

( ) kg kJ v pv phu

427,178@1!7312,211!!!8,!!!1!!82,!1!!!8,!!77,1"

1!

3""

3

22332323

−=⋅⋅⋅−⋅⋅−−=

=⋅−−∆=∆

−

−


( ) K kg kJ s s s ⋅−=−=−=∆ 1!44,"8!","47"2,!2323

ucru de destindere:

1!


11/27

( ) ( ) kg kJ vv pl !77,1!1!7312,21!!1!!82,!1!!!8,!1! 3"323223 −=⋅−⋅=⋅−= −−

Căldura evacuată:

kg kJ hq !77,1"2323

−=∆=

rocesul 3/4:


kg kJ hhh !2,"77,13737,133434 =−=−=∆


( )

( ) kg kJ v pv phu

!!",!1!!!1!!82,!1!!!8,!!!1!!82,!1!"!2,"

1!

3""

3

33443434

−=⋅⋅⋅−⋅⋅−=

=⋅−−∆=∆

−

−

ucru de destindere:

!!",!3434 =∆−= ul


!34 =∆ s

Cantitatea de căldură:

!34 =q

ucrul te$nic consumat de pompă:

kg kJ hl pompă !2,"34 −=∆−=

rocesul 4/1:


11


12/27

kg kJ hhh 1,3!8@7@,143",32!34141

=−=−=∆


( )

( ) kg kJ v pv phu

78,27781!!!1!!82,!1!"!438,!1!"1,3!8@

1!

3""

3

44114141

=⋅⋅⋅−⋅⋅−=

=⋅−−∆=∆

−

−

Căldura introdusă:

kg kJ hq 1,3!8@4141 =∆=


( ) K kg kJ s s s ⋅=−=−=∆ 1!8,"47"2,!812,"4141

ucru de destindere:

( ) ( ) kg kJ vv pl !",241!!!1!!82,!!438,!1!"1! 3"341441 =⋅−⋅⋅=⋅−⋅= −−

4.!. C6cu6u6 crcteristici6or de 89: 6e cic6u6ui<

#emperatura termodinamică medie în procesul de introducere a căldurii:

K s

qT m 1@,8!1

1!8,"

1,3!8@

41

41

1 ==∆

=

#emperatura termodinamică medie în procesul de evacuare a căldurii:

K s

q

T m !2,3!"1!44,"

!7,1"

23

23

2 =−

−=

∆=

Debitul masic al vaporilor în turbină:

skg l N mturb

"1,"278,11@7

1!783

.

=

⋅

==

12


13/27

uterea lucrului te$nic consumat în pompă:

( ) kW l m N pompă pomp @1,37"!2,""1,"2. =−⋅=⋅=

uterea instala iei de 'or ă cu aburi:ț ț

MW kW N N N pompăturb "23,74!@,74"23@1,37"1!78 3

. ==−⋅=−=

Randamentul termic al instala iei:ț

3@3@,!7@,143",32!3

77,1374,2!!8

11

3@3@,!1@,8!1

!2,3!"11

41

32

1

2

sauhh

hh

sauT

T

t

m

m

t

=−

−

−=−

−

−=

=−=−=

η

η

13


14/27

. %RE&ENTAREA CICLULUI RAN#INE 'N DIA(RAMELE p)*+ T)s i ,)șs

14


15/27

18


16/27

1"


17/27

". SCHEMA INSTALA IEI CICLULUI CU SU%RA'NCĂL&IREȚINTERMEDIARĂ A -A%ORILOR DE A%Ă

17


18/27

;6

;6;

CC+

1


19/27

i3ur 1.2. ;c$ema ciclului cu supraîncălzire intermediară a aburului:SA% )i SAS E supraîncălzitor )i respectiv secundar de abur?

C'% )i C=%/ cilindru de înaltă )i respectiv (oasă presiune ale turbinei.

1@


20/27

$. CALCULUL CICLULUI CU SU%RA'NCĂL&IRE INTERMEDIARĂ A-A%ORILOR DE A%Ă

$.1. Deter5inre pr5etri6or *pori6or 7n puncte6e de 89: 6e cic6u6ui cu supr7nc:69ireinter5edir: *pori6or de p:

Determinăm parametrii punctului 8:

( ) K kg kJ s s

kg kJ h

kg mv

C t

MPa p

⋅==

=

=

=

=

°

8,"

137,2778

1@41",!

,17@

1

18

8

3

8

8

8

Determinăm parametrii punctului ":

( ) K kg kJ s

kg kJ h

kg mv

C t t

MPa p p

⋅=

=

=

==

==

°

4@1,7

",328

3113,!

,17@

1

"

"

3

"

8"

8"

Determinăm parametrii punctului 2:

( )

7,!

4@1,7

"47,22"

@@7",24

!!8,!

"2

2

3

2

2

=

⋅==

=

=

=

x

K kg kJ s s

kg kJ h

kg mv

MPa p

$.2. C6cu6u6 procese6or ter5odin5ice 6e cic6u6ui cu supr7nc:69ire inter5edir: *pori6or de p:

rocesul 1/8:


kg kJ hhh 4"3,42",32!3137,27781818 −=−=−=∆


( )

( ) kg kJ v pv phu

828,3321!!438,!1!"1@,!1!14"3,42

1!

3""

3

11881818

−=⋅⋅⋅−⋅⋅−−=

=⋅−−∆=∆

−

−

2!


21/27


( ) K kg kJ s ⋅=∆ !18


kg kJ ul 828,3321818 =∆−=

ucrul te$nic produs în C+ al turbinei:

kg kJ hl turb 4"3,4218. =∆−=

rocesul 8/":


kg kJ hhh 848,81!137,2778"2,3288"8" =−=−=∆


( )

( ) kg kJ v pv phu

328,3@31!1@4,!1!13113,!1!1848,81!

1!

3""

3

88""8"8"

=⋅⋅⋅−⋅⋅−=

=⋅−−∆=∆

−

−


( ) ( ) kg kJ vv pl 22,1171!1@4,!3113,!1!11! 3"38"88" =⋅−⋅⋅=⋅−⋅= −−

Calculul varia iei entropiei:ț

( ) K kg kJ s s s ⋅=−=−=∆ @178,!8!","4@1,78"8"

Cantitatea de căldură introdusă în ciclu:

kg kJ hq 848,81!8"8" =∆=

rocesul "/2:


kg kJ hhh !38,@@@",328"4,22""2"2 −=−=−=∆

aria ia ener%iei interne:ț21


22/27

( )

( ) kg kJ v pv phu

"333,121!3113,!1!1@@7",241!!!8,!!38,@@@

1!

3""

3

""22"2"2

−=⋅⋅⋅−⋅⋅−−=

=⋅−−∆=∆

−

−

ucrul te$nic produs în C al turbinei:

kg kJ hl turb !38,@@@"22 =∆−=


kg kJ ul "333,12"2"2 =∆−=


( ) K kg kJ s ⋅=∆ !"2

rocesul 2/3:


kg kJ hhh 77,214"4,22"77,1372323 −=−=−=∆


( )

( ) kg kJ v pv phu

@37,2!231!@@7",241!!!8,!!!1!!82,!1!!!8,!77,214

1!

3""

3

22332323

−=⋅⋅⋅−⋅⋅−−=

=⋅−−∆=∆

−

−


( ) ( ) kg kJ vv pl @32,1241!@@7"",24!!1!!82,!1!!!8,!1! 3"323223 −=⋅−⋅=⋅−⋅=

−−


( ) K kg kJ s s s ⋅−=−=−=∆ !21@,74@1,747"2,!2323

Căldura evacuată:

kg kJ hq 77,2142323 −=∆=

$.!. C6cu6u6 crcteristici6or de 89: 6e cic6u6ui cu supr7nc:69ire<22


23/27

#emperatura termodinamică medie în procesul de introducere a căldurii:

( ) ( )

( ) ( ) K

s s

hhhh

s s

qT m

48,8!

47"2,!4@,7

137,2778"1,3287@,1431,32!3

4"

8"41

4"

1

1

=

−

−+−=

=−

−+−=

−=

#emperatura termodinamică medie în procesul de evacuare a căldurii:

K s s

hhT m !2,3!"

47"2,!4@1,7

77,137"47,22"

32

32

2 =−

−=

−

−=

Calculul lucrului te$nic produs în turbină:

( ) ( )

( ) ( ) kg kJ

hhhhl l l turbturbturb

4@,1427"47,22""2,328137,2778",32!3

2"8121.

=−+−=

=−+−=−=

Debitul masic al vaporilor în turbină:

skg

l

N m

turb

83,82

4@,1427

1!78 3

.

=⋅

==

uterea lucrului te$nic consumat în pompă:

( ) kW l m N pompă pompă 27.31"!2,"83,82 −=−⋅=⋅=

uterea instala iei de 'or ă cu aburi:ț ț

MW N N N pompăturb "3,7427,31"1!78 3

=−⋅=+=

Randamentul termic al insta iei:ț

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )( ) ( )

4!4!,!137,2778"2,3287@,143",32!3

"47,22""2,328137,2778",32!3

4!4!,!48,8!

!21,3!"11

8"41

2"81

1

2

≈=−+−

−+−=

=−+−

−+−=

≈=−=−=

hhhh

hhhh

T

T

t

m

m

t

η

η

23


24/27

. %RE&ENTAREA CICLULUI CU SU%RA'NCĂL&IRE INTERMEDIARĂA -A%ORILOR DE A%Ă 'N DIA(RAMELE p)*+ T)s i ,)sș

24


25/27

28


26/27

0. CONCLU&II (ENERALE %RI-IND ANALI&A RE&ULTATELOR

INALE ALE AMELOR CICLURI

K T

skg m

kW N

m

pomp

1@,8!1

9"1,"2

37"

3@.!

1

.

=

=

−=

=η

21

21

.

21

.

21

mm

p p

T T

mm

N N

<

>

<


27/27

randament cu 1 mai mare în cazul uitilizării acestei instala*ii. Ca rezultat aceasta instala*ie este

un pas bene'ic de a mic)ora costurile pentru unitate de ener%ie produsă, la 'el se vor utiliza )i mai

pu*ine resurse ener%etice primare.

+n practică randamentul interior al turbinei este a'ectat de 'ormarea picăturilor de apă. e măsură

ce aburul se destinde în turbină, el se răce)te )i se condensează, 'ormînd picături care lovesc

paletele turbinei, determinînd atît reducerea 'or*ei asupra lor, prin pierderi termodinamice5 prin

umiditate, cît )i prin 'enomene de eroziune )i ciupire, deteriorînd paletele. Cea mai simplă cale

de evitare a problemei este supraîncălzirea aburului, ast'el că în urma destinderii aburul care iese

din turbină va 'i mult mai uscat.

;upraîncălzirea intermediară a aburului are )i unele dezanvata(e cum ar 'i:

• Cre)te comple&itatea instala*iei, necesitînd un supraîncălzitor în plus, conductă de

le%ătură etc.• Cre)te comple&itatea turbinei, deci material )i manoperă în plus.• Cre)te costul instala*iei.

Cu toate că costurile ini*iale ale unui intala*ii cu spraîncălzire intermediară sunt mai mari, însă pe

parcusul activită*ii acestea se recuperează, ast'el din puct de vedere economic acest tip de

instala*ie este avanta(os. Din puct de vede ecolo%ic la 'el avem un e'ect pozitiv prin reducerea

poluării atmos'erei )i reducerii căldurii cedate care 'avoizează e'ectul de seră.

Lucrare de an Termodinamica

Documents

Transcript of Lucrare de an Termodinamica