3.3 Эксергетический расчет

Определить эксергию потока теплоты и эксергию потока рабочего тела в узловых точках. Рассчитать потерю работоспособности потока рабочего тела и тепла в элементах установки. Составить эксергетический баланс и построить диаграмму потоков эксергии. Определить эксергетический КПД для элементов установки.

Определить удельный расход пара для теоретического и действительного цикла, рассчитать необходимое количество теплоты и топлива (удельный расход) для работы установки.

Таблица 1 – исходные данные для расчет цикла теплового двигателя

, МПа	, С	, МПа	, %	, %	, %	D, т/ч	, %	, %	, %
6	450	0,004	93	87	89	7	99	97	98

4. Описание установки

За основной цикл в ПТУ принимают идеальный цикл Ренкина. В этом цикле производится полная конденсация отработанного пара, что позволяет заменить малоэффективный компрессорный насос для подачи воды в котел питательным водяным насосом, который имеет малые габариты и высокий КПД. При сравнительно небольшой мощности потребляемой насосом, потери в нем малы по сравнению с общей мощностью паротурбинной установки.

В ПТУ получение работы происходит следующим образом: химическая энергия топлива, при его сжигании, превращается во внутреннюю энергию продуктов сгорания, которая затем в виде теплоты передается воде в котле рис.1 и рис.2. Точка 4 в этом цикле характеризует состояние кипящей воды в котле. Линия 4-5 отражает процесс парообразования в котле, полученный пар в котле, подается в пароперегреватель, где при постоянном давлении его температура растет до температуры Т₁₀. Далее перегретый пар расширяется по адиабате 1-2_д, на турбине совершая работу, отработанный пар поступает в конденсатор, где полностью по изотерме 2_д-2^’ конденсируется, затем по изобаре 2^’-3_д конденсат подается насосом в котел. Процесс расширения в турбине несколько отклоняется от адиабаты и идет до точки 2^”.

5. Расчет цикла теплового двигателя

5.1 Расчет параметров состояния рабочего тела в характерных точках

Давление в точках 10, 1, 3, 3д, 4, 5, одинаково и равно 6 МПа.

В точках 2, 2д, 2’,2’’ равно 0,004 МПа.

Все данные точки 10 берутся из таблицы термодинамических свойств воды и перегретого пара, так как она находится в области перегретого пара.

i₁₀ =3303 (кДж/кг)

V₁₀ =0,05212(м³/кг)

S₁₀ =6,721(кДж/кг∙К)

Данные точек 4 и 5 берутся из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при давлении 6 МПа.

Точка 4:

T₄=548,6 ºК

i₄=1214 (кДж/кг)

V₄ =0,001319 (м³/кг)

S₄ =3,028 (кДж/кг∙К)

Точка 5:

Т₅=548,6 ºК

i₅=2783 (кДж/кг)

V₅ =0,03241 (м³/кг)

S₅ =5,888(кДж/кг∙К)

Данные точек 4 и 5 берутся из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения при давлении 0,004 МПа:

Точка 2’:

Т_2’=301,98 ºК

i_2’ =121,4 (кДж/кг)

V_2’ =0,001004 (м³/кг)

S_2’ =0,4224 (кДж/кг∙К)

Точка 2’’:

Т_2’’=301,98 ºК

i_2’’ =2554 (кДж/кг)

V_2” =34,80 (м³/кг)

S_2’’ =8,475 (кДж/кг∙К)

Т.к. энтропия точек 2’ и 3 равна, то для точки 3 берем данные из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения, зная давление равное 6 МПа, и энтропию равную 0,4224 кДж/кг∙К:

T₃= 293 + * (0.4224-0,2951) = 302,3 ºК

i₃= 89,5 + * (0.4224-0,2951) = 128 (кДж/кг)

V₃ = 0,0009990 + * (0.4224-0,2951) = 0,001001 (м³/кг)

Чтобы найти параметры точки 3д, сначала найдем ее энтальпию по формуле:

Зная давление и энтальпию точки, находим остальные ее параметры тем же методом, как и для точки 3:

T_3д =293 + * (128,8 - 89,5) = 302,44 ºК

V_3д =0,0009990 + * (128,8 - 89,5) = 0,001002 (м³/кг)

S_3д = 0,2951 + * (128,8 - 89,5) = 0,4248 (кДж/кг∙К)

Для нахождения параметров в точке 1, находим ее энтальпию по формуле:

Так же, как и предыдущие точки, точка 1 рассчитывается тем же методом:

T₁ = 673 + * (3239.5 - 3179) = 697.4 ºК

V₁ = 0,04738 + * (3239.5 - 3179) = 0.04969 (м³/кг)

S₁ = 6,544 + * (3239.5 - 3179) = 6.6305 (кДж/кг∙К)

Чтобы найти параметры точки 2, сначала найдем степень сухости в точке, зная что энтропии точек 2 и 1 равны, следовательно энтропия точки 2 равна 6,6305 кДж/кг∙К:

Степень сухости в точке 2 определяется по формуле:

Зная данные параметров состояния в точках 2’, и 2’’, находим параметры точки 2 по формулам:

Для нахождения параметров в точке 2д, сначала необходимо найти энтальпию точки 2д по формуле:

Степень сухости в точке 2д рассчитывается тем же способом, как для точки 2:

Энтропию и объем находим по формулам: