Xem mẫu
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
Chương 9:
Chu trình thiết bị động lực hơi nước
¾ 9.1 Khái niệm chung
¾ 9.2 Chu trình cơ bản của thiết bị động lực hơi nước
(Chu trình RANKINE)
¾ 9.3 Chu trình quá nhiệt trung gian
p.1
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
9.1 Khái niệm chung
¾ Hơi nước được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện Æ ĐIỆN NĂNG
p.2
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
9.2 Chu trình cơ bản của thiết bị động lực hơi nước
(Chu trình RANKINE)
p.3
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Sơ đồ nguyên lý của chu trình Rankine
p1 > p2
q1 wT
1 T 1
Lò hơi Tuabin
3’ 2 q2 p2
3’
Bình
Bơm nước ngưng 3 2
wP 3 s
¾ 1-2 : quá trình giãn nở ĐOẠN NHIỆT trong Tuabin: s1 = s2 sinh công wT
¾ 2-3 : quá trình ngưng hơi Æ lỏng sôi p2 = p3 = ps
Tại 3: lỏng sôi x3 = 0
ĐẲNG ÁP trong Bình ngưng: T2 = T3 = Ts
thải nhiệt q2 p3 = p2 nhận công
¾ 3-3’ : quá trình nén nước từ áp suất p2 Æ p1 dùng bơm p3’ = p1 wp
s3 = s3’
¾ 3’-1 : quá trình gia nhiệt ĐẲNG ÁP trong lò hơi p3’ = p1 nhận nhiệt q1
p.4
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Nguyên tắc tính toán
Bước 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 vùng
nào của hơi nước: T
- Lỏng chưa sôi ??
- Lỏng sôi (x = 0) ??
x=
- Hơi bão hòa ẩm ??
x=0
c on
- Hơi bão hòa khô (x =1) ??
x=
st
1
- Hơi quá nhiệt ??
s
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 Æ tính q1 , q2 , wT , wp
p.5
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
* Ví dụ 1: “ 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….
t1 = 500oC
Từ đề bài suy ra: p1 = 120 bar
p2 = 0.045 bar
Bảng nước và hơi
p1 = 120 bar T1s = 324.63oC
nước bão hòa
1 là trạng thái hơi quá nhiệt
Bảng nước chưa sôi và
i1 , s1
p1 > p2 hơi quá nhiệt
T
Bảng nước và hơi s ′2 = 0.4507 kJ / kg.do
1 p2 = 0.045 bar
(s = s ) nước bão hòa s ′2′ = 8.431 kJ / kg.do
2 1
4 p2 s 2 − s 2′
Độ khô x 2 = i2 = (1 − x 2 ) i2′ + x 2 i2′′
s ′2′ − s 2′
3 2 Điểm 3: i3 = i’2 s4 = s3
s Điểm 4:
p.6 s3 = s’2 p4 = p1
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
* Ví dụ 2: ví dụ 9.2 trong sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật”
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 …..
p1 > p2
Vì chu trình làm việc với hơi bão hòa
T 1 1 nằm trên đường hơi bão hòa khô
i1 = i1′′ = 2758 kJ / kg
p1 = 8 MPa = 80 bar
p2 s1 = s1′′ = 5.745 kJ / kg.do
3’
p 2 = 0.08 bar Độ khô x2
3 2 Điểm 2:
s 2 = s1 i2
s p3 = p 2
Điểm 3: lỏng sôi ở cùng áp suất với điểm 2: i3 = i2′
s3 = s 2′
Điểm 3’: lỏng chưa sôi ở cùng áp suất với điểm 1: p3' = p1 Tra bảng
s 3' = s 3 i3’
Hoặc tính i3’ theo pt: i3' = i3 + v3 ( p3' − p3 )
p.7
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Tính công, nhiệt lượng và hiệu suất nhiệt của chu trình
q1 wT ¾ Công do 1 kg hơi wT = i1 − i2 (kJ / kg )
1 sinh ra tại Tuabin:
Lò hơi Tuabin
3’ 2 ¾ Công tiêu hao cho 1 kg nước đi qua Bơm:
q2
Bình w P = i3 ' − i3 = v 3 ( p 3 ' − p 3 )
Bơm nước ngưng = v3 ( p1 − p 2 ) (kJ / kg )
wP 3 (Chú ý: vì i3’ ~ i3 Æ wP rất nhỏ so với wT, nên
thuờng có thể bỏ qua công tiêu hao cho bơm )
¾ Nhiệt lượng do 1 kg hơi cấp vào tại Lò hơi : q1 = i1 − i3'
≈ i1 − i3 (kJ / kg )
¾ Nhiệt lượng do 1 kg hơi nước thải ra ngoài tại Bình ngưng :
q 2 = i 2 − i3 (kJ / kg )
p.8
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Hiệu suất nhiệt của chu trình: ηt
q1 wT a) Nếu tính cả công tiêu hao của
bơm nước:
1
Lò hơi Tuabin w1 − wP
ηt =
3’ 2 q1
q2
(i − i ) − (i3' − i3 )
Bình = 1 2
Bơm nước ngưng
i1 − i3'
b) Nếu bỏ qua công tiêu hao của bơm nước:
wP 3
w1 i1 − i2 i1 − i2
ηt = = ≈
q1 i1 − i3' i1 − i3
¾ Nếu gọi G (kg/h) là lượng hơi di chuyển trong chu trình trong mỗi giờ
G w1 G (i1 − i2 )
Công suất Tuabin là: N T = = (kW )
3600 3600
¾ Suất tiêu hao hơi (lượng hơi cần thiết để sản xuất 3600
d= kg / kWh
1 kWh điện năng là: p.9 i1 − i2
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
* 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
T p1 > p2
Từ ví dụ 1 Æ xác định được các thông số trạng
1 thái của các điểm 1, 2, 3, 4
4 p2 Hiệu suất nhiệt của chu trình (Bỏ qua
công bơm) là:
3 2 i −i
ηt = 1 2
i1 − i3
Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng là:
Q2 G (i2 − i3 )
Qn = = kg / h
c pn ΔTn 4.186 * ΔTn
p.10
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
* Ví dụ 4: ví dụ 9.2 trong sách “. Nhiệt động lực học kỹ thuật”
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:
a) Hiệu suất nhiệt của chu trình
b) Hệ số tỷ lệ năng lượng tự dùng
c) 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 QpH=10000 kcal/kg
p1 > p2 Từ ví dụ 2 Æ xác định được các thông số tại 1, 2, 3, 3’
T 1 a) Hiệu suất nhiệt của chu (i1 − i2 ) − (i3' − i3 )
trình nếu tính cả công bơm:
ηt =
i1 − i3'
wp i3 ' − i3
p2 b) Tỉ lệ năng lượng tự dùng: =
3’ wT i1 − i2
c) Công suất thiết bị:
3 2
N=
(
G wT − w p )⇒ G d) Lượng tiêu hao nhiên liệu 1h
Q G (i1 − i3' )
s 3600 G NL = H 1 = kg / h
Qp ηL Qp ηL
H
p.11
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của chu trình
( Đọc thêm trong sách)
Hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine sẽ tăng nếu:
a) Tăng áp suất hơi b) Tăng nhiệt độ c) Giảm áp suất hơi
vào tuabin : p1 hơi vào tuabin: T1 ra khỏi tuabin: p2
s
p.12
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
9.3 Chu trình quá nhiệt trung gian
- Biện pháp giúp tăng hiệu suất nhiệt của chu trình
p1 > p6
q1 wT T 1
1 p6 = p7
7
Lò hơi
6
3’ 2 q2 p2
7 3’ 6
Bình
Bơm nước ngưng 3 2
wP 3 s
* Có thêm 2 quá trình:
1-6: hơi giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin cao áp Æ áp suất giảm từ p1 xuống p6
Điểm 6 có tính chất s6 = s1
6-7: hơi được gia nhiệt đẳng áp tại bộ quá nhiệt trung gian
Điểm 7 có tính chất p7 = p6
p.13
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Tính công, nhiệt lượng và hiệu suất nhiệt của chu trình có
quá nhiệt trung gian:
¾ Công do 1 kg hơi sinh ra tại Tuabin:
q1 wT
wT = wT 1 + wT 2 = (i1 − i6 ) + (i7 − i2 ) (kJ / kg )
1
Lò hơi
6
3’ 2 ¾ Công tiêu hao cho 1 kg nước đi qua Bơm:
q2
7
Bình w P = i3 ' − i3 = v 3 ( p 3 ' − p 3 )
Bơm nước ngưng = v3 ( p1 − p 2 ) (kJ / kg )
wP 3 (Chú ý: vì i3’ ~ i3 Æ wP rất nhỏ so với wT, nên
thuờng có thể bỏ qua công tiêu hao cho bơm )
¾ Nhiệt lượng cung cấp cho 1 kg hơi : q1 = (i1 − i3' ) + (i7 − i6 ) (kJ / kg )
¾ Nhiệt lượng thải cho 1 kg hơi tại bình ngưng: q 2 = i 2 − i3 (kJ / kg )
p.14
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Hiệu suất nhiệt của chu trình có quá nhiệt trung gian: ηt
a) Nếu tính cả công tiêu hao của
q1 wT
bơm nước:
1
Lò hơi wT 1 + wT 2 − wP
6 ηt =
3’ 2 q2 q1
7 (i1 − i6 ) + (i7 − i2 ) − (i3' − i3 )
Bình =
Bơm nước ngưng (i1 − i3' ) + (i7 − i6 )
b) Nếu bỏ qua công tiêu hao của bơm nước:
wP 3
wT 1 + wT 2 (i1 −i 6 ) + (i7 − i2 )
ηt = ≈
q1 (i1 − i3 ) + (i 7 −i6 )
¾ Nếu gọi G (kg/h) là lượng hơi di chuyển trong chu trình trong mỗi giờ
G (wT 1 + wT 2 ) G (i1 − i6 + i7 − i2 )
Công suất Tuabin là: NT = = (kW )
3600 3600
¾ Suất tiêu hao hơi (lượng hơi cần thiết 3600
d= kg / kWh
để sản xuất 1 kWh điện năng là: i − i + i − i
p.15 1 6 7 2
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
* 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
p.16
nguon tai.lieu . vn
