Chương 5. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ NHIỆT
Chương CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ NHIỆT I Các dạng tập mẫu có lời giải Bài Chu trình thiết bị động lực nước làm việc với thông so sau: áp suất nước sau khỏi lò 80bar, áp suất độ khô nước sau khỏi tuabin 0,05bar 0,8 Bỏ qua công bơm, xác định: Entanpi trạng thái 1, 2, nhiệt độ trước vào tuabin, hiệu suất nhiệt chu trình Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh lệch nhiệt độ nước vào 6o C Cho biết công suất tuabin 40MW Biểu diễn chu trình đồ thị T – s Lời giải Entanpi trạng thái 1, 2, nhiệt độ trước vào tuabin, hiệu suất nhiệt chu trình Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh lệch nhiệt độ nước vào 6oC Cho biết công suất tuabin 40MW Bài Khảo sát chu trình thiết bị động lực nước hình vẽ Biết: Nhiệt độ áp suất trước vào tuabin t=500oC p=120bar, áp suất sau khỏi tuabin p=0,045bar Lưu lượng tuần hoàn G=100tấn/giờ a Hãy nêu chức thiết bị chu trình nguyên lý hoạt động chu trình ? b Giải thích trạng thái khỏi bình ngưng trạng thái lỏng sơi? c Tính hiệu suất nhiệt chu trình (bỏ qua cơng bơm) d Tính lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng biết độ chênh lệch nhiệt độ nước vào bình ngưng 6oC Lời giải Cách làm tương tự ta có đáp số sau: i1 = 3347 kJ/kg; s1 = 6,487 kJ/kgK; x2 = 0,7564; i2 = 1963,5 kJ/kg; i3 = 130 kJ/kg, η = 43%; Q2 = 50,93 MW; Gn = 2030,7 kg/s Bài Bài Bài Bài Bài 15 Bài 16 II Các tập sinh viên tự làm Bài Một nhà máy điện vận hành theo chu trình Rankine lý tưởng giới hạn áp suất 3Mpa 50kPa Nhiệt độ vào tuabin 300oC, lưu lượng 35(kg/s) Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? Xác định hiệu suất nhiệt chu trình cơng suất đầu nhà máy? Bài Cho nhà máy điện có cơng suất 210MW vận hành theo chu trình Rankine Hơi vào tuabin có áp suất 10Mpa, nhiệt độ 500oC áp suất làm lạnh bình ngưng 10kPa Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? a Xác định độ khơ khỏi tuabin? b Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? c Lưu lượng vào tuabin? Đáp số: a x=0,793; b 40,2%; c 165(kg/s) Bài Cho nhà máy điện có cơng suất 210MW vận hành theo chu trình Rankine Hơi vào tuabin có áp suất 10Mpa, nhiệt độ 500oC áp suất làm lạnh bình ngưng 10kPa Biết hiệu suất đoạn nhiệt bơm tua bin 85% Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? a Xác định độ khơ khỏi tuabin? b Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? c Lưu lượng vào tuabin? Đáp số: a x=0,874; b 34,1%; c 194(kg/s) Bài Một nhà máy điện vận hành theo chu trình Rankine lý tưởng giới hạn áp suất 1250 psia Lưu lượng khối lượng chu trình 75 lbm/s Độ ẩm khỏi tuabin không vượt 10% Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? Xác định nhiệt độ nhỏ vào tuabin? Xác định cơng suất nhiệt cấp lị hiệu suất nhiệt chu trình? Bài Một nhà máy điện vận hành theo chu trình Rankine lý tưởng giới hạn áp suất 1250 psia Lưu lượng khối lượng chu trình 75 lbm/s Độ ẩm khỏi tuabin không vượt 10%, hiệu suất đoạn nhiệt tuabin bơm 85% Biểu diễn chu trình đồ thị Ts? Xác định nhiệt độ nhỏ vào tuabin? Xác định cơng suất nhiệt cấp lị hiệu suất nhiệt chu trình? Bài Cho nhà máy điện ngưng đốt than có cơng suất điện 300MW vận hành theo chu trình Rankine lý tưởng Hơi vào tuabin có áp suất 5Mpa, nhiệt độ 450oC áp suất ngưng tụ bình ngưng 25kPa Than có nhiệt trị 29300 kJ/kg Giả thiết 75% lượng truyền cho lò máy phát điện có hiệu suất 96% a Xác định hiệu suất chung nhà máy? b Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu? Đáp số: a 24,5%; b 150(t/h) Bài Cho nhà máy điện ngưng có cơng suất 45MW vận hành theo chu trình Rankine lý tưởng Hơi vào tuabin có áp suất 7Mpa, nhiệt độ 500oC áp suất ngưng tụ bình ngưng 10kPa Nước làm mát bơm từ hồ qua hệ thống trao đổi nhiệt ống bình ngưng có lưu lượng 2000kg/s Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? a Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? b Xác định lưu lượng khối lượng hơi? c Lượng biến thiên nhiệt độ nước làm mát? Đáp số: a 38,9%; b 36(kg/s); c 8,4oC Bài Cho nhà máy điện ngưng có cơng suất 45MW vận hành theo chu trình Rankine lý tưởng Hơi vào tuabin có áp suất 7Mpa, nhiệt độ 500oC áp suất ngưng tụ bình ngưng 10kPa Nước làm mát bơm từ hồ qua hệ thống trao đổi nhiệt ống bình ngưng có lưu lượng 2000kg/s Biết hiệu suất đoạn nhiệt bơm tuabin 87% Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? a Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? b Xác định lưu lượng khối lượng hơi? c Lượng biến thiên nhiệt độ nước làm mát? Đáp số: a 33,8%; b 41,4(kg/s;c 10,5oC Bài Một nhà máy điện sử dụng nước hoạt động theo chu trình Rankine có q nhiệt trung gian Hơi vào tuabin cao áp có áp suất 12,5Mpa, nhiệt độ 550oC lưu lượng 7,7(kg/s); áp suất 2Mpa Hơi sau qua nhiệt trung gian cấp nhiệt điều kiện đẳng áp đến nhiệt độ 450oC trước giãn nở phần tuabin hạ áp Biết hiệu suất đoạn nhiệt bơm tuabin 90% 85% Hơi khỏi bình ngưng lỏng bão hoà Độ ẩm khỏi tuabin 5%.a Xác định áp suất bình ngưng? b Xác định cơng suất đầu chu trình? c Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? Đáp số: a 9,73kPa; b 10,2MW; c 36,9% Bài 10 Chu trình thiết bị động lực nước làm việc với thông số sau: p1=100bar; p2=0,05bar; x2=0,8 Năng suất lò G=150tấn/h Bỏ qua công bơm, xác định: a Nhiệt độ trước vào tua bin? b Hiệu suất nhiệt chu trình? c Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng Biết độ chênh nhiệt độ nước vào bình ngưng 5oC hiệu suất bình ngưng 85% d Biểu diễn chu trình đồ thị P-v, T-s i-s Bài 11 Cho chu trình Rankine lý tưởng có vào tuabin bão hòa áp suất 8,0MPa lỏng bão hịa khỏi bình ngưng có áp suất 0,008Mpa Cơng suất chu trình 100MW Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? Xác định cơng bơm cấp? Xác định lưu lượng hơi? Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi? Xác định lượng nhiệt ngưng bình ngưng? Xác định lưu lượng nước làm mát? Biết nước làm mát vào bình ngưng có nhiệt độ 15oC có nhiệt độ 35oC Bài 12 Cho chu trình Rankine 11 trình bơm qua bơm cấp giãn nở tuabin hiệu suất đoạn nhiệt 85% Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? Xác định cơng bơm cấp? Xác định lưu lượng hơi? Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi? Xác định lượng nhiệt ngưng bình ngưng? Xác định lưu lượng nước làm mát? Biết nước làm mát vào bình ngưng có nhiệt độ 15oC có nhiệt độ 35oC Bài 13 Cho chu trình Rankine lý tưởng có vào tuabin nhiệt có nhiệt trung gian Áp suất vào phần thứ tuabin 8,0MPa, nhiệt độ 480oC giãn nở đến áp suất 0,7MPa Sau gia nhiệt đến nhiệt độ 440oC trước vào phần thứ hai tuabin sau giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008MPa Cơng suất chu trình 100MW Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? Xác định lưu lượng hơi? Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi? Xác định lượng nhiệt ngưng bình ngưng? Nhận xét ảnh hưởng nhiệt trung gian đến chu trình? Bài 14 Cho chu trình Rankine lý tưởng có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp kiểu hỗn hợp Hơi vào tuabin có áp suất 8,0MPa, nhiệt độ 480oC giãn nở đến áp suất 0,7MPa Tại đây, trích gia nhiệt cho gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp kiểu hỗn hợp áp suất 0,7 MPa Hơi nước lại giãn nở qua phần tuabin thứ hai đến áp suất bình ngưng 0,008 MPa Lỏng bão hòa khỏi gia nhiệt nước cấp áp suất 0,7 MPa Quá trình bơm qua bơm cấp giãn nở tuabin hiệu suất đoạn nhiệt 85% Công suất chu trình 100MW Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? Xác định lưu lượng qua tua bin? Bài 15 Xét chu trình Rankine có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp bao gồm gia nhiệt hồi nhiệt kiểu hỗn hợp gia nhiệt hồi nhiệt kiểu bề mặt Hơi vào tuabin có áp suất 8,0MPa, nhiệt độ 480oC giãn nở đến áp suất 0,7MPa Sau đó, đưa qua nhiệt trung gian gia nhiệt tới nhiệt độ 440oC trước vào phần tuabin thứ hai Tại đây, nước tiếp tục giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008 MPa Hơi nước trích từ phần tuabin thứ có áp suất MPa gia nhiệt cho gia nhiệt kiểu bề mặt Nước cấp khỏi gia nhiệt kiểu bề mặt có nhiệt độ 205oC áp suất 8,0 MPa nước sau gia nhiệt ngưng tụ thành dạng lỏng bão hoà áp suất MPa Nước ngưng đưa hồi trở lại nhiệt kiểu hỗn hợp van chiều Hơi nước trích từ phần tuabin thứ hai áp suất 0,3MPa gia nhiệt cho gia nhiệt hỗn hợp hoạt động áp suất 0,3 MPa Nước khỏi gia nhiệt kiểu hỗn hợp trạng thái lỏng bão hịa áp suất 0,3 MPa Cơng suất Tuabin 100 MW Bỏ qua tổn thất nhiệt ngồi mơi trường Nếu mơi chất làm việc qua tuabin, bơm cấp, lò hơi, nhiệt trung gian, bình ngưng trình thuận nghịch Hãy xác định (a) hiệu suất nhiệt, (b) lưu lượng nước vào phần tuabin đầu tiên, theo kg/h Bài 16 Cho chu trình Rankine lý tưởng có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp Hơi vào tuabin có áp suất 6MPa, nhiệt độ 450oC ngưng tụ bình ngưng áp suất 20kPa Hơi trích từ tuabin áp suất 0,4Mpa để gia nhiệt cho gia nhiệt kiểu hỗn hợp Nước khỏi gia nhiệt trạng thái lỏng bão hoà Biểu diễn chu trình đồ thị T-s? Hãy xác định (a) Cơng chu trình? (b) Hiệu suất nhiệt chu trình? Đáp số: a 1017(kJ/kg); b 37,8% Câu 17 Cho chu trình Rankine có hồi nhiệt nước cấp mơ tả hình vẽ sau: LH: Lị hi TB LH TB: Tuabin BN: Bình ngng HN: Hi nhit nc cp BN B2 HN B1 Các thông số trạng thái: Các thông số trạng thái p(Mpa) t(oC) i (kJ/kg) v (m3/kg) s(kJ/kgK) Trạng thái 15 600 3583,1 - 6,6796 Trạng thái 1,2 218,84 2860,2 0,1955 s2=s1 Trạng thái 0,01 - - s3=s1 - Trạng thái 0,01 - 191,81 0,00101 - Trạng thái 1,2 - - - s5=s4 Trạng thái 1,2 - 798,33 0,001138 - Trạng thái 15 - - - s7=s6 Tại trạng thái 3, entropi entanpi trạng thái lỏng bão hòa bão hịa khơ s’=0,6492 (kJ/kgK); s’’=8,149(kJ/kgK); i’ =191,81(kJ/kg); i’’=2584(kJ/kg) - Xác định tỉ lệ trích gia nhiệt nước cấp? - Xác định hiệu suất nhiệt chu trình? Bài 18 Cho chu trình nhà máy điện kết hợp tuabin khí-hơi Khơng khí qua máy nén có tỷ số tăng áp 16 Khơng khí vào máy nén có nhiệt độ 300K lưu lượng 14(kg/s) gia nhiệt buồng đốt đến nhiệt độ 1500K Khí cháy rời khỏi tuabin khí gia nhiệt cho trao đổi nhiệt đến nhiệt độ 400oC áp suất 10Mpa Khí cháy khỏi thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệt độ 420K Hơi khỏi tuabin ngưng tụ áp suất 15kPa Giả sử tất trình nén giãn nở đoạn nhiệt Xác định: a Lưu lượng khối lượng hơi? b Cơng suất chu trình? c Hiệu suất chu trình kết hợp? Đáp số: a 1,275(kg/s); b.7819 kW ; c 66,4% Bài 19 Một chu trình nhà máy điện kết hợp tua bin khí-hơi có cơng suất 45 MW Khơng khí vào máy nén tua bin khí 100 kPa, 300K, nén đến 1200 kPa Hiệu suất đoạn nhiệt máy nén 84% Các điều kiện đầu vào tuabin 1200 kPa, 1400K Khí giãn nở qua tua bin khí có hiệu suất đoạn nhiệt 88%, áp suất 100 kPa Sản phẩm khí sau qua thiết bị hâm nước chu trình Rankine gia nhiệt cho nước cấp nhiệt độ 400 K Thơng số vào tuabin có áp suất nhiệt độ MPa, 400oC, giãn nở đến áp suất ngưng tụ kPa Nước ngưng vào bơm cấp lỏng bão hịa có áp suất kPa Hiệu suất đoạn nhiệt tuabin bơm cấp 90 80% Xác định lưu lượng khối lượng không khí Gk lưu lượng Gh? Hiệu suất nhiệt chu trình? Bài 20 Cho chu trình nhà máy điện kết hợp tuabin khí Phía chu trình tuabin khí Brayton có tỷ số tăng áp q trình nén Khơng khí vào máy nén có nhiệt độ 15oC lưu lượng 10(kg/s) nhiệt độ vào tuabin khí 950oC Phía chu trình Rankine có q nhiệt trung gian hoạt động giới hạn áp suất 6Mpa 10kPa Hơi gia nhiệt khí tuabin khí trao đổi nhiệt có lưu lượng 1,15(kg/s) Khí khỏi trao đổi nhiệt có nhiệt độ 200oC, khỏi tuabin cao áp có áp suất 1Mpa gia nhiệt trao đổi nhiệt đến 400oC trước giãn nở phần tuabin hạ áp Hiệu suất đoạn nhiệt tuabin bơm cấp 80% Xác định: a Độ ẩm thoát khỏi tuabin hạ áp? b Nhiệt độ vào tuabin cao áp? Công suất đầu hiệu suất nhiệt chu trình kết hợp? Bài 21 Cho chu trình làm lạnh khơ, mơi chất sử dụng cho chu trình R134a vận hành theo chu trình làm lạnh lý tưởng áp suất 0,14Mpa 0,8Mpa Biết lưu lượng khối lượng môi chất lạnh 0,05(kg/s) Xác định: a Năng suất lạnh nhận không gian cần làm lạnh? b Công suất cấp cho máy nén? c Hệ số làm lạnh? Đáp số: a 7,18kW; b 1,81kW; c 3,97 Bài 22 Cho chu trình làm lạnh q lạnh-q nhiệt, mơi chất sử dụng cho chu trình R134a áp suất bay 0,14Mpa, nhiệt độ nhiệt vào máy nén -10o C, áp suất khỏi máy nén 0,8Mpa nhiệt độ 50oC Môi chất lạnh bị làm lạnh lạnh áp suất 0,72Mpa, nhiệt độ 26oC tiết lưu xuống áp suất 0,15Mpa Biết lưu lượng khối lượng môi chất lạnh 0,05(kg/s) Xác định: a b c d Năng suất lạnh nhận không gian cần làm lạnh? Công suất cấp cho máy nén? Hiệu suất đoạn nhiệt máy nén? Hệ số làm lạnh? Đáp số: a 7,93kW; b.2,02kW; c 93,9%; d.3,93 ... thông s? ?? trạng thái: Các thông s? ?? trạng thái p(Mpa) t(oC) i (kJ/kg) v (m3/kg) s( kJ/kgK) Trạng thái 15 600 358 3,1 - 6,6796 Trạng thái 1,2 218,84 2860,2 0,1 955 s2 =s1 Trạng thái 0,01 - - s3 =s1 -... mát? Đáp s? ??: a 33,8%; b 41,4(kg /s; c 10,5oC Bài Một nhà máy điện s? ?? dụng nước hoạt động theo chu trình Rankine có nhiệt trung gian Hơi vào tuabin cao áp có áp suất 12,5Mpa, nhiệt độ 55 0oC lưu... hành theo chu trình Rankine lý tưởng giới hạn áp suất 1 250 psia Lưu lượng khối lượng chu trình 75 lbm /s Độ ẩm khỏi tuabin không vượt 10%, hiệu suất đoạn nhiệt tuabin bơm 85% Biểu diễn chu trình