Chu trình thiết bị động lực hơi nước

Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Chương 9: Chu trình thiết bị động lực nước 9.1 Khái ni m chung 9.2 Chu trình thiết bị động lực nước (Chu trình RANKINE) 9.3 Chu trình nhi t trung gian p.1 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 9.1 Khái niệm chung Hơi nước sử dụng nhà máy nhi t n p.2 ĐI N NĔNG Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 9.2 Chu trình thiết bị động lực nước (Chu trình RANKINE) p.3 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Sơ đồ nguyên lý chu trình Rankine p1 > p2 wT q1 Lị Tuabin 3’ q2 p2 3’ Bình ngưng Bơm nước wP T s 1-2 : trình giãn nở ĐO N NHI T Tuabin: s1 = s2 sinh công wT 2-3 : trình ngưng lỏng sơi Đ NG ÁP Bình ngưng: thải nhi t q2 3-3’ : trình nén nước từ áp suất p2 p2 = p3 = ps T i 3: lỏng sôi x3 = T2 = T3 = Ts p3 = p2 p1 dùng bơm p3’ = p1 s3 = s3’ nhận công wp 3’-1 : q trình gia nhi t Đ NG ÁP lị p3’ = p1 nhận nhi t q1 p.4 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Nguyên tắc tính tốn Bước 1: Quan trọng phải vẽ đồ thị T-s từ li u đề Bước 2: Từ đồ thị T-s hiểu các điểm 1, 2, 3’ n m vùng nước: T - Lỏng chưa sôi ?? - Lỏng sôi (x = 0) ?? x=0 st - Hơi nhi t ?? x= c on - Hơi bão hịa khơ (x =1) ?? x= - Hơi bão hòa ẩm ?? s Bước 3: tra bảng nước tương ứng để tính thơng số tr ng thái t i 1, 2, 3, 3’ Nước chưa sôi nhi t Nước nước bão hịa Bước 4: Từ thơng số i1 , i2 , i3 , i3’ xác định p.5 tính q1 , q2 , wT , wp Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 * Ví dụ 1: “ Bài đề thi KT cuối HK I ngày 15/1/2006” (Đề số 3) Khảo sát chu trình thiết bị động lực nước hình vẽ Biết: nhi t độ áp suất trước vào tuabin t = 500oC p = 120 bar, áp suất sau khỏi tuabin p = 0.045 bar… Từ đề suy ra: p1 = 120 bar t1 = 500oC p1 = 120 bar p2 = 0.045 bar Bảng nước T1s = 324.63oC nước bão hòa tr ng thái nhi t p1 > p2 T Bảng nước chưa sôi i1 , s1 nhiệt Bảng nước s 2′ = 0.4507 kJ / kg.do p2 = 0.045 bar nước bão hòa s ′2′ = 8.431 kJ / kg.do (s = s ) s − s 2′ s ′2′ − s 2′ p2 Độ khô x = s Điểm 3: i3 = i’2 s3 = s’2 p.6 i2 = (1 − x ) i2′ + x i2′′ Điểm 4: s4 = s3 p4 = p1 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 ví dụ 9.2 sách “Nhi t động lực học kỹ thuật” * Ví dụ 2: Chu trình Rankine lý tưởng làm vi c với bão hòa, áp suất vào tuabin p1 = MPa, khỏi tuabin vào bình ngưng có áp suất p2 = 0.008 MPa … p1 > p2 T Vì chu trình làm vi c với bão hịa 1 n m đường bão hịa khơ p2 3’ Điểm 2: i1 = i1′′ = 2758 kJ / kg s1 = s1′′ = 5.745 kJ / kg.do p1 = MPa = 80 bar p = 0.08 bar s = s1 s Điểm 3: lỏng sơi áp suất với điểm 2: Hoặc tính i3’ theo pt: i3' = i3 + v3 ( p3' − p3 ) p.7 Điểm 3’: lỏng chưa sôi áp suất với điểm 1: p3 = p i3 = i2′ s3 = s 2′ p3' = p1 s 3' = s Độ khô x2 i2 Tra bảng i3’ Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Tính cơng, nhiệt lượng hiệu suất nhiệt chu trình wT q1 Lị Tuabin 3’ q2 wT = i1 − i2 (kJ / kg ) Công tiêu hao cho kg nước qua Bơm: w P = i3 ' − i3 = v ( p ' − p ) = v3 ( p1 − p ) (kJ / kg ) Bình ngưng Bơm nước wP Cơng kg sinh t i Tuabin: (Chú ý: i3’ ~ i3 wP nhỏ so với wT, nên thuờng bỏ qua cơng tiêu hao cho bơm ) Nhi t lượng kg cấp vào t i Lò : q1 = i1 − i3' ≈ i1 − i3 (kJ / kg ) Nhi t lượng kg nước thải t i Bình ngưng : q = i − i3 p.8 (kJ / kg ) Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Hiệu suất nhiệt chu trình: ηt wT q1 Lị Tuabin 3’ Bình ngưng Bơm nước wP q2 a) Nếu tính cơng tiêu hao bơm nước: w1 − wP ηt = q1 (i − i ) − (i3' − i3 ) = i1 − i3' b) Nếu bỏ qua công tiêu hao bơm nước: w1 i1 − i2 i1 − i2 = ≈ ηt = q1 i1 − i3' i1 − i3 G w1 G (i1 − i2 ) (kW ) = 3600 3600 Suất tiêu hao (lượng cần thiết để sản xuất 3600 d= kg / kWh kWh n nĕng là: i1 − i2 p.9 Nếu gọi G (kg/h) lượng di chuyển chu trình Công suất Tuabin là: N T = Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 * Ví dụ 3: “ Bài đề thi KT cuối HK I ngày 15/1/2006” (Đề số 3) Khảo sát chu trình thiết bị động lực nước hình vẽ Biết: nhi t độ áp suất trước vào tuabin t = 500oC p = 120 bar, áp suất sau khỏi tuabin p = 0.045 bar Lưu lượng tuần hoàn G = 100 tấn/h - Tính hi u suất nhi t chu trình ? (Bỏ qua cơng bơm) - Tính lưu lượng nước giải nhi t cho bình ngưng biết độ chênh nhi t độ nước vào bình ngưng 6oC p1 > p2 T Từ ví dụ xác định thơng số tr ng thái điểm 1, 2, 3, Hi u suất nhi t chu trình (Bỏ qua công bơm) là: i −i ηt = i1 − i3 Lưu lượng nước giải nhi t cho bình ngưng là: p2 Qn = p.10 Q2 c pn ΔTn = G (i2 − i3 ) 4.186 * ΔTn kg / h Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM * Ví dụ 4: ví dụ 9.2 sách “ Nhi t động lực học kỹ thuật” 1/2009 Chu trình Rankine lý tưởng làm vi c với bão hòa, áp suất vào tuabin p1 = MPa, khỏi tuabin vào bình ngưng có áp suất p2 = 0.008 Mpa, cơng suất sinh thiết bị N = 100 MW Xác định: a) Hi u suất nhi t chu trình b) H số tỷ l nĕng lượng tự dùng c) Lưu lượng vào tuabin (kg/h) d) Lượng tiêu hao nhiên li u lưu lượng nước tuần hồn làm mát bình ngưng nhi t độ nước vào tv=15oC nước khỏi bình ngưng tr=35oC Lị sử dụng lị đốt dầu nặng có hi u suất ηL=90% nhi t trị nhiên li u QpH=10000 kcal/kg p1 > p2 T p2 3’ Từ ví dụ a) Hi u suất nhi t chu trình tính cơng bơm: ηt = b) Tỉ l nĕng lượng tự dùng: wp ( )⇒ G c) Công suất thiết bị: s N= G wT − w p 3600 p.11 (i1 − i2 ) − (i3' − i3 ) xác định thông số t i 1, 2, 3, 3’ i1 − i3' i3 ' − i3 = wT i1 − i2 d) Lượng tiêu hao nhiên li u 1h G (i1 − i3' ) Q kg / h G NL = H = H Qp ηL Qp ηL Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt chu trình ( Đọc thêm sách) Hi u suất nhi t chu trình Rankine tĕng nếu: a) Tĕng áp suất vào tuabin : p1 b) Tĕng nhi t độ vào tuabin: T1 c) Giảm áp suất khỏi tuabin: p2 s p.12 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 9.3 Chu trình nhi t trung gian - Bi n pháp giúp tĕng hi u suất nhi t chu trình q1 wT T Lò 3’ 7 q2 p6 = p7 p2 3’ Bình ngưng Bơm nước wP p1 > p6 s * Có thêm q trình: 1-6: giãn nở đoạn nhiệt tuabin cao áp áp suất giảm từ p1 xuống p6 Điểm có tính chất s6 = s1 6-7: gia nhi t đẳng áp t i nhi t trung gian Điểm có tính chất p7 = p6 p.13 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Tính cơng, nhiệt lượng hiệu suất nhiệt chu trình có q nhi t trung gian: Công kg sinh t i Tuabin: q1 wT Lò 3’ Công tiêu hao cho kg nước qua Bơm: w P = i3 ' − i3 = v ( p ' − p ) = v3 ( p1 − p ) (kJ / kg ) Bình ngưng Bơm nước wP q2 wT = wT + wT = (i1 − i6 ) + (i7 − i2 ) (kJ / kg ) (Chú ý: i3’ ~ i3 wP nhỏ so với wT, nên thuờng bỏ qua cơng tiêu hao cho bơm ) Nhi t lượng cung cấp cho kg : q1 = (i1 − i3' ) + (i7 − i6 ) Nhi t lượng thải cho kg t i bình ngưng: p.14 q = i − i3 (kJ / kg ) (kJ / kg ) Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 Hiệu suất nhiệt chu trình có nhi t trung gian: ηt q1 wT Lò 3’ wP ηt = q2 Bình ngưng Bơm nước a) Nếu tính cơng tiêu hao bơm nước: wT + wT − wP (i1 − i6 ) + (i7 − i2 ) − (i3' − i3 ) = (i1 − i3' ) + (i7 − i6 ) q1 (i1 −i ) + (i7 − i2 ) wT + wT ηt = ≈ (i1 − i3 ) + (i −i6 ) q1 b) Nếu bỏ qua công tiêu hao bơm nước: G (wT + wT ) G (i1 − i6 + i7 − i2 ) (kW ) = 3600 3600 3600 Suất tiêu hao (lượng cần thiết d= kg / kWh để sản xuất kWh n nĕng là: i i i i − + − p.15 Nếu gọi G (kg/h) lượng di chuyển chu trình Công suất Tuabin là: NT = Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 * Ví dụ 5: “ Bài đề thi KT cuối HK ngày 12/6/2005” (Đề số 1) Yêu cầu: 1/ Tự lập trình tự xác định thơng số điểm 2/ Viết cơng thức tính cơng tuabin, nhi t cung cấp, nhi t thải, lượng nước qua bình ngưng 3/ Đối chiếu kỹ với đáp án p.16 ... hiệu suất nhiệt chu trình ( Đọc thêm sách) Hi u suất nhi t chu trình Rankine tĕng nếu: a) Tĕng áp suất vào tuabin : p1 b) Tĕng nhi t độ vào tuabin: T1 c) Giảm áp suất khỏi tuabin: p2 s p.12 Người... học kỹ thuật” * Ví dụ 2: Chu trình Rankine lý tưởng làm vi c với bão hòa, áp suất vào tuabin p1 = MPa, khỏi tuabin vào bình ngưng có áp suất p2 = 0.008 MPa … p1 > p2 T Vì chu trình làm vi c với... (kg/h) lượng di chuyển chu trình Công suất Tuabin là: N T = Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 1/2009 * Ví dụ 3: “ Bài đề thi KT cuối HK I ngày 15/1/2006” (Đề số 3) Khảo sát chu trình thiết