chu trình thiết bị động lực hơi nước trinh_nhiet dong luc hoc...chu trình rankine lý...

Chương 9:Chu trình thiết bị động lực hơi nước

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.1p.1

9.2 Chu trình cơ bản của thiết bị động lực hơi nước

9.1 Khái niệm chung

(Chu trình RANKINE)

9.3 Chu trình quá nhiệt trung gian


1/2009

p.2p.2

9.1 Khái niệm chungHơi nước được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện ĐIỆN NĂNG


1/2009

p.3p.3

9.2 Chu trình cơ bản của thiết bị động lực hơi nước (Chu trình RANKINE)

1-2 : quá trình giãn nở ĐOẠN NHIỆT trong Tuabin: s1 = s2 sinh công wT

p.4p.4


1/2009

Sơ đồ nguyên lý của chu trình Rankine

3’Lò hơi

Bơm nước

Tuabin

Bình ngưng

1

2

3

q1

q2

wT

wP

T

s

1

23

3’

p1 > p2

p2

Tại 3: lỏng sôi x3 = 02-3 : quá trình ngưng hơi lỏng sôiĐẲNG ÁP trong Bình ngưng:

thải nhiệt q2

p2 = p3 = psT2 = T3 = Ts

3-3’ : quá trình nén nước từ áp suất p2 p1 dùng bơmnhận công

wp

3’-1 : quá trình gia nhiệt ĐẲNG ÁP trong lò hơi p3’ = p1 nhận nhiệt q1

p3 = p2p3’ = p1s3 = s3’


1/2009

p.5p.5

Nguyên tắc tính toánBước 1: Quan trọng nhất là phải vẽ đúng đồ thị T-s từ các dữ liệu của đề bài

Bước 2: Từ đồ thị T-s hiểu được các các điểm 1, 2, 3 và 3’ nằm trong vùngnào của hơi nước:

- Hơi bão hòa ẩm ??- Lỏng sôi (x = 0) ??

- Hơi bão hòa khô (x =1) ??

T

s

x = 1

x =

0

x = const

- Hơi quá nhiệt ??

- Lỏng chưa sôi ??

Bước 3: tra bảng hơi nước tương ứng để tính các thông số trạng thái tại 1, 2, 3, 3’

Nước chưa sôi và hơi quá nhiệt Nước và hơi nước bão hòa

Bước 4: Từ các thông số i1 , i2 , i3 , i3’ đã xác định tính q1 , q2 , wT , wp


1/2009

p.6p.6

Khảo sát chu trình thiết bị động lực hơi nước như hình vẽ. Biết: nhiệt độ và áp suất của hơi trước khi vào tuabin là t = 500oC và p = 120 bar, áp suất của hơi sau khi ra khỏi tuabin là p = 0.045 bar….

p1 = 120 bar Bảng nước và hơi nước bão hòa T1s = 324.63oC

1 là trạng thái hơi quá nhiệtBảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt i1 , s1

s

T1

23

4

p1 > p2

p2

Từ đề bài suy ra:t1 = 500oCp1 = 120 barp2 = 0.045 bar

Bảng nước và hơi nước bão hòa dokgkJs

dokgkJs./431.8./4507.0

2

2

=′′=′p2 = 0.045 bar

(s2 = s1 )

Độ khô 22

222 ss

ssx

′−′′′−

= 22222 )1( ixixi ′′+′−=

Điểm 4:Điểm 3: i3 = i’2s3 = s’2

s4 = s3p4 = p1

* Ví dụ 1: “ Bài 4 trong đề thi KT cuối HK I ngày 15/1/2006” (Đề số 3)


1/2009

p.7p.7

Chu trình Rankine lý tưởng làm việc với hơi bão hòa, áp suất hơi vào tuabin p1 = 8 MPa, hơi ra khỏi tuabin vào bình ngưng có áp suất p2 = 0.008 MPa …..

T

s

1

23

3’

p1 > p2

p2

Vì chu trình làm việc với hơi bão hòa

1 nằm trên đường hơi bão hòa khô

p1 = 8 MPa = 80 bar kgkJii /275811 =′′=dokgkJss ./745.511 =′′=

Điểm 2:barp 08.02 =

12 ss =Độ khô x2i2

Điểm 3: lỏng sôi ở cùng áp suất với điểm 2:

Điểm 3’: lỏng chưa sôi ở cùng áp suất với điểm 1:

23 pp =23 ii ′=

23 ss ′=

Tra bảng i3’1'3 pp =

3'3 ss =Hoặc tính i3’ theo pt: ( )3'333'3 ppvii −+=

* Ví dụ 2: ví dụ 9.2 trong sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật”


1/2009

p.8p.8

Tính công, nhiệt lượng và hiệu suất nhiệt của chu trình

3’Lò hơi

Bơm nước

Tuabin

Bình ngưng

1

2

3

q1

q2

wT

wP

Công do 1 kg hơisinh ra tại Tuabin:

)/(21 kgkJiiwT −=

Công tiêu hao cho 1 kg nước đi qua Bơm:

( )( ) )/(213

3'333'3

kgkJppvppviiwP

−=

−=−=

Nhiệt lượng do 1 kg hơi cấp vào tại Lò hơi :)/(31

'311

kgkJiiiiq

−≈−=

(Chú ý: vì i3’ ~ i3 wP rất nhỏ so với wT, nên thuờng có thể bỏ qua công tiêu hao cho bơm )

Nhiệt lượng do 1 kg hơi nước thải ra ngoài tại Bình ngưng :

)/(322 kgkJiiq −=


1/2009

p.9p.9

Hiệu suất nhiệt của chu trình: ηta) Nếu tính cả công tiêu hao của bơm nước:

3’Lò hơi

Bơm nước

Tuabin

Bình ngưng

1

2

3

q1

q2

wT

wP

( ) ( )'31

3'321

1

1

iiiiii

qww P

t

−−−−

=

−=η

b) Nếu bỏ qua công tiêu hao của bơm nước:

31

21

'31

21

1

1

iiii

iiii

qw

t −−

≈−−

==η

Nếu gọi G (kg/h) là lượng hơi di chuyển trong chu trình trong mỗi giờ

Công suất Tuabin là: ( ) ( )kWiiGwG

NT 36003600211 −

==

Suất tiêu hao hơi (lượng hơi cần thiết để sản xuất 1 kWh điện năng là: kWhkg

iid /3600

21 −=


1/2009

p.10p.10

* Ví dụ 3: “ Bài 4 trong đề thi KT cuối HK I ngày 15/1/2006” (Đề số 3)

Khảo sát chu trình thiết bị động lực hơi nước như hình vẽ. Biết: nhiệt độ và áp suất của hơi trước khi vào tuabin là t = 500oC và p = 120 bar, áp suất của hơi sau khi ra khỏi tuabin là p = 0.045 bar. Lưu lượng hơi tuần hoàn G = 100 tấn/h- Tính hiệu suất nhiệt của chu trình ? (Bỏ qua công bơm)- Tính lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng nếu biết độ chênh nhiệt độ nước

vào và ra bình ngưng là 6oC

T1

23

4

p1 > p2

p2

Từ ví dụ 1 xác định được các thông số trạng thái của các điểm 1, 2, 3, 4

Hiệu suất nhiệt của chu trình (Bỏ qua công bơm) là:

31

21

iiii

t −−

=η

Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng là:

( )hkg

TiiG

TcQ

Qnnpn

n /*186.4

322

Δ−

=Δ

=


1/2009

p.11p.11

Chu trình Rankine lý tưởng làm việc với hơi bão hòa, áp suất hơi vào tuabin p1 = 8 MPa, hơi ra khỏi tuabin vào bình ngưng có áp suất p2 = 0.008 Mpa, công suất sinh ra của thiết bị N = 100 MW. Xác định:

* Ví dụ 4: ví dụ 9.2 trong sách “. Nhiệt động lực học kỹ thuật”

a) Hiệu suất nhiệt của chu trìnhb) Hệ số tỷ lệ năng lượng tự dùngc) Lưu lượng hơi vào tuabin (kg/h)d) Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ và lưu lượng nước tuần hoàn làm mát bình ngưng nếu nhiệt độ nước vào tv=15oC và nước ra khỏi bình ngưng tr=35oC. Lò hơi sử dụng là lò đốt dầu nặng có hiệu suất ηL=90% và nhiệt trị của nhiên liệu là Qp

H=10000 kcal/kg

T

s

1

23

3’

p1 > p2

p2

Từ ví dụ 2 xác định được các thông số tại 1, 2, 3, 3’

a) Hiệu suất nhiệt của chu trình nếu tính cả công bơm:

( ) ( )'31

3'321

iiiiii

t −−−−

=η

b) Tỉ lệ năng lượng tự dùng:21

3'3

iiii

w

w

T

p

−−

=c) Công suất thiết bị:

( )G

wwGN pT

⇒−

=3600

d) Lượng tiêu hao nhiên liệu 1h

hkgQ

iiGQ

QGL

HpL

Hp

NL /)( '311

ηη−

==


1/2009

p.12p.12

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của chu trình

Hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine sẽ tăng nếu:

( Đọc thêm trong sách)

s

a) Tăng áp suất hơi vào tuabin : p1

b) Tăng nhiệt độ hơi vào tuabin: T1

c) Giảm áp suất hơi ra khỏi tuabin: p2


1/2009

p.13p.13

9.3 Chu trình quá nhiệt trung gian - Biện pháp giúp tăng hiệu suất nhiệt của chu trình

q23’

Lò hơi

Bơm nướcBình ngưng

1

2

3

q1 wT

wP

6

7

T

s

1

23

3’

p1 > p6

p2

p6 = p7

6

7

1-6: hơi giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin cao áp áp suất giảm từ p1 xuống p6

* Có thêm 2 quá trình:

Điểm 6 có tính chất s6 = s1

6-7: hơi được gia nhiệt đẳng áp tại bộ quá nhiệt trung gianĐiểm 7 có tính chất p7 = p6


1/2009

p.14p.14

Tính công, nhiệt lượng và hiệu suất nhiệt của chu trình có quá nhiệt trung gian:

q23’

Lò hơi


1

2

3

q1 wT

wP

6

7

Công do 1 kg hơi sinh ra tại Tuabin:

)/()()( 276121 kgkJiiiiwww TTT −+−=+=

Công tiêu hao cho 1 kg nước đi qua Bơm:

( )( ) )/(213

3'333'3

kgkJppvppviiwP

−=

−=−=

(Chú ý: vì i3’ ~ i3 wP rất nhỏ so với wT, nên thuờng có thể bỏ qua công tiêu hao cho bơm )

Nhiệt lượng cung cấp cho 1 kg hơi : ( ) ( ) )/(67'311 kgkJiiiiq −+−=

Nhiệt lượng thải cho 1 kg hơi tại bình ngưng: )/(322 kgkJiiq −=


1/2009

p.15p.15

Hiệu suất nhiệt của chu trình có quá nhiệt trung gian: ηt

q23’

Lò hơi


1

2

3

q1 wT

wP

6

7

a) Nếu tính cả công tiêu hao của bơm nước:

( ) ( ) ( )( ) ( )67'31

3'32761

1

21

iiiiiiiiii

qwww PTT

t

−+−−−−+−

=

−+=η

b) Nếu bỏ qua công tiêu hao của bơm nước:( ) ( )( ) ( )6731

2761

1

21

iiiiiiii

qww TT

t −+−−+−

≈+

=η

Nếu gọi G (kg/h) là lượng hơi di chuyển trong chu trình trong mỗi giờ

Công suất Tuabin là: ( ) ( ) ( )kWiiiiGwwG

N TTT 36003600

276121 −+−=

+=

Suất tiêu hao hơi (lượng hơi cần thiết để sản xuất 1 kWh điện năng là: kWhkg

iiiid /3600

2761 −+−=

* Ví dụ 5: “ Bài 1 trong đề thi KT cuối HK ngày 12/6/2005” (Đề số 1)

Yêu cầu: 1/ Tự lập trình tự xác định các thông số các điểm

2/ Viết ra các công thức tính công tuabin, nhiệt cung cấp, nhiệt thải, lượng nước qua bình ngưng

3/ Đối chiếu kỹ với đáp án


1/2009

p.16p.16

chu trình thiết bị động lực hơi nước trinh_nhiet dong luc hoc...chu trình rankine lý...

Documents