Chuong 7 - Gia tich nhiet dong hoc chu trinh tua bin khi

BÀI GIẢNG CHƯƠNG GIẢI TÍCH NHIỆT ĐỘNG HỌC CHU TRÌNH TUA BIN KHÍ Người giảng: Nguyễn Đức Quyền NỘI DUNG GING DY 7.1 Hiệu suất nhiệt tuyệt đối tiêu kinh tế kỹ thuật chu trình đơn giản có trình đẳng áp, không dùng bé trao ®ỉi nhiƯt 7.1.1 TÝnh hiƯu st nhiƯt tut đối 7.1.2 Các tiêu đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản 7.2 Tính hiệu suất tuỵêt đối số chu trình có trao ®ỉi nhiƯt, cã ®èt bỉ sung 7.2.1 ThiÕt bÞ tc bin khí có trao đổi nhiệt 7.2.2 Thiết bị tc bin khÝ cã bé trao ®ỉi nhiƯt, cã ®èt bæ sung Trao đổi thảo luận NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 Tính hiệu suất nhiệt tuyệt đối chu trình thiết bị TBK có trình cháy p = const đồ thị T-S NI DUNG GING DY 7.1.1 Tính hiệu suất nhiệt tuyệt đối Để tính nhiệt cho chu trình nhiệt động ta chấp nhận giả thiết sau: 1) Chu trình loại kín, làm việc với khối lượng khí lý tưởng không đổi, với thành phần hoá học không đổi nhiệt dung không đổi 2) Tất trình chu trình thuận nghịch tổn thất nhiệt thuỷ lực 3) Quá trình nén máy nén giÃn nở tuốc bin trình có entrôpi không đổi, đường nén 1-2 nén đẳng entrôpi không khí máy nén, kéo theo tăng nhiệt độ áp suất từ T1, p1 q P − q0 l0 lªn T2, p2 ηt = = qP qP Hiệu suất nhiệt chu trình nhiệt động: đây, l0 công riêng có ích chu trình (kJ/kg), hiệu số công riêng tuốc bin loT máy nén (l0K) l = l 0T − l k NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiệu suất nhiệt tuyệt đối Công nén đẳng entrôpi cho 1kg chất khí máy nén là: l k = i2 ' − i1 = C P (T2 ' T1 ) đó: i1, i2 entanpi chất khí đầu cuối [kJ/kg]; T2 , T1 – NhiƯt ®é tut ®èi cđa chÊt khÝ ë đầu cuối [0K] CP Nhiệt dung riêng đẳng ¸p cđa chÊt khÝ [kJ/kg 0K] C«ng gi·n në entropi cđa 1kg chÊt khÝ tc bin cã thĨ biĨu diễn theo hiệu số entrôpi điểm đầu (i4) vµ cuèi (i6), kJ/kg l 0T = i4 − i6' = C P (T4 − T6' ) Trong đó: T4, T6 - nhiệt độ tuyệt đối chất khí điểm đầu cuối trình giản nở), [0K] Nhiệt lượng đưa vào chu trình (q ) (lý t­ëng): q P = C P (T4 − T6' ) NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiÖu suÊt nhiÖt tuyÖt ®èi T6' T1 T2' 1− − ( )( − 1) T4 T4 T1 C P (T4 − T6 ' ) − C P (T2 ' − T1 ) ηt = = T2 ' C P (T4 − T2 ' ) T4 Thế giá trị l0 qP vào biểu thức tính t: Đối với trình đẳng entrôpi, theo nhiệt động học có quan hệ toán häc sau: P6' kk−1 T6 ' =( ) = T4 P4 Lưu ý: β= β k −1 k k −1 P6' kk−1 T2 ' =( ) =β k T1 P4 p4 p = ' độ tăng áp suất máy nén (hay gọi độ nén) p '' p1 T4 = độ tăng nhiệt độ chu tr×nh Trong k = C P T1 CV NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiÖu suÊt nhiÖt tut ®èi ( k − 1) =m k Ký hiệu sau biến đổi ta công thức cuối cho hiệu suất nhiệt chu trình thiết bị TBK: 1 − β − m − ( )( β m − 1) τ ηt = = 1− m β 1− β m ( ) τ Tõ ®ã, ta thÊy r»ng hiƯu st nhiƯt cđa chu tr×nh thiÕt bị tuốc bin khí với p = const liên tục tăng với độ tăng áp suất Tuy nhiờn, biểu diễn q trình giãn nở thơng qua hiệu số entanphi, giá trị công hiệu suất tính theo cơng thức l k = C P (T2 − T1 ) lT = C P (T4 T6 ) Những tổn thất bên nén không khí thể qua hiệu suất: l k (T2' T1 ) đây, l công nén đẳng entrôpi kg không khí [kJ/kg]; ηk = = lk (T2 − lT1–) c«ng nÐn kg không khí chu trình thực [kJ/kg] 0k k NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiÖu suÊt nhiÖt tuyÖt đối Những tổn thất tuốc bin tính hiệu suất tương (T T ) đối cđa nã theo c«ng thøc: η 0i = lT = l 0T (T4 − T6' ) ®ã: lT - c«ng gi·n në cđa kg khÝ tuốc bin chu trình thực [kJ/kg]; l0T công giÃn nở đẳng entrôpi, [kJ/kg] l = ( Công nÐn thùc tÕ m¸y nÐn: k η )l k k công giÃn nở thực tua bin lT = (1 + µ )l 0T η 0i ë đây, - lượng nhiên liệu tính kg không khí cung cấp cho buồng đốt [kg/kg] Giá trị khoảng 0,01 ữ 0,018 bá qua NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiÖu suÊt nhiệt tuyệt đối Công hữu ích bên thiết bị tua bin 1kg không khí đư ợc hút vào máy nén hiệu số công lT vµ lk: l i = lT − l k = l 0T η 0i − l k ( ) = C P (T4 − T6 ' ).η 0i − ηk T T 1 − C P (T2' − T1 )( ) = C P T1 (1 − 6' )η 0i − C P T1 ( 2' − 1) ηk T4 T1 ηk Sau biÕn ®ỉi ta cã: 1 l i = C P T4 [(1 − m )η 0i − ( )( β m 1)] k T4 độ tăng nhiệt ®é chu tr×nh: τ = T1 P1 P4 ®é nâng áp suất máy nén: = P = P ( k − 1) m= k NI DUNG GING DY 7.1.2 Các tiêu đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản Trong chu trình thực thiết bị tua bin có nhiều loại tổn thất Những tổn thất chia thành tổn thất tổn thất Tổn thất gắn liền với thay đổi trạng thái môi chất công tác Đó là: + Tổn thất máy nén, tính hiệu suất máy nén k + Tổn thất tuốc bin khí, tính hiệu suất tư ơng đối tua bin 0i + Tổn thất nhiệt buồng đốt tÝnh nhê hiƯu st nhiƯt cđa bng ®èt ηTb® + Tổn thất trở kháng thuỷ lực tuyến không khí chuyển động thiết bị NI DUNG GING DY 7.1.2 Các tiêu đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản + Tua bin khí bao gồm tổn thất thuỷ lực ống dẫn không khí, hồi nhiệt làm mát không khí +Tổn thất trở kháng thuỷ lực tuyến khí thiết bị tuốc bin khí, bao gồm tổn thất thuỷ lực đường ống dẫn khí, buồng đốt hồi nhiệt + Tổn thất gắn liền với lưu lượng không khí dùng để làm mát chi tiết tua bin (như cánh đĩa) Những tổn thất bên thiết bị tuốc bin khí không gây ảnh hư ởng trực tiếp đến trạng thái môi chất Những tổn thất tổn thất ma sát ổ trục tuốc bin máy nén, truyền bánh xe (nếu có), tổn thất rò rỉ chất khí qua khe chèn trục, tổn thất lượng cho truyền động cấu phụ (bơm dầu, điều chỉnh) Những tổn thất bên thể qua hiệu suất thiết bÞ NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiƯu st nhiƯt tuyệt đối Những tổn thất bên thiết bị tuốc bin khí đánh giá chung l qua hiệu suất cđa thiÕt bÞ: η i = qbd ë đây, li công có ích thiết bị tuốc bin khí [kJ/kg] ; qbđ - nhiệt lượng thực tế cần thiết buồng đốt để đốt nóng 1kg không khí từ nhiệt độ T2 = T3 đến nhiệt ®é1 T4 (h×nh 2-1), [kJ/kg] q bd = C P (T4 − T2 )( ) η t (bd ) η t (bd ) - hiƯu st nhiƯt cđa  bng  ®èt Sau khi1 chun ®ỉi ta cã: τ 1 − m η 0i − ( β m − 1)( ) ηk β  ηi =  η t ( bd ) τ − − ( β m − 1)( ) ηk ; NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.1.1 TÝnh hiƯu st nhiƯt tut ®èi HiƯu st cđa máy nén dọc trục đạt tới k = 0,83 ữ 0,90 tuốc bin 0i = 0,87 ữ 0,90 Công suất thiết bị TBK cã thĨ tÝnh theo c«ng thøc N i = G.l i đây, G lưu lượng không khí thiết bị (kg/s); li công có ích thiết bị tuốc bin khí Công li thể Hqua hiệu số nhiệt giáng tua bin vµ l i = H 0T η i k máy nén: đây, H0T nhiệt giáng đẳng entrôpi tuốc bin; H0k nhiệt giáng đẳng entrôpi máy nén (kJ/kg) H 0T = i4 − i6 = C P (T4 − T6 ' ) H k = i2 ' − i1 = C P (T2 ' − T1 ) NỘI DUNG GIẢNG DY 7.1.1 Tính hiệu suất nhiệt tuyệt đối Suất tiêu hao không khí tỷ số lưu lượng khối lượng G0 công suất hữu ích chừng mực định đặc trưng cho kích thước thiết bÞ: kg/kJ d i = Hay d i = 3600 G0 = 3600 li Ni li SuÊt tiªu hao nhiệt (kJ/kW.giờ) đặc trưng cho hiệu kinh tế thiết bị tuốc bin khí lượng nhiệt tiêu hao để sinh 1kW 3600 lượng hữu Ých: qi = ηi St tiªu hao nhiªn liƯu Khi biết nhiệt trị thấp nhiên liệu QH dùng thiết bị tuốc bin khí, xác định suất tiêu hao [kg/kW.h].g i = qi = 3600 = 3600 B QH (η i QH ) Ni đây, B lượng nhiên liệu tiêu hao thiÕt bÞ tuèc bin khÝ (kg/s) NỘI DUNG GIẢNG DY 7.1.1 Tính hiệu suất nhiệt tuyệt đối Những tổn thất bên thể qua hiệu suất thiết bị le đó, le công hiƯu dơng riªng ηM = li l = l − l cđa thiÕt bÞ tc bin khÝ (kJ/kg) e i M lM tổng tổn thất lượng bên tính cho 1kg không khí Sau biến đổi ta nhận Suất tiêu hao nhiên liệu hiệu dụng [kg/kW.h] ge = 3600 B 3600 B g i 3600 3600 = = = = Ne N i η M η M η iη M QH η e QH NỘI DUNG GING DY 7.2 Tính hiệu suất tuỵêt đối số chu trình có trao đổi nhiệt, có đốt bổ sung VII.2.1 Thiết bị tuốc bin khí có trao đổi nhiệt Một phương pháp nâng cao hiệu thiết bị TBK tận dụng nhiệt thải TBK để sấy không khí vào buồng đốt Muốn vậy, không khí sau máy nén (hình VI.2,a) dẫn qua trao đổi nhiệt (bình gia nhiệt) Khí thải từ TBK dẫn trao đổi nhiệt, cấp phần nhiệt cho không khí xả trời Không khí nóng đem buồng đốt Ta nghiên cứu chu trình thiết bị TBK giản đồ T-S NI DUNG GING DY 7.2.1 Thiết bị tc bin khÝ cã bé trao ®ỉi nhiƯt 3-4 – trình nén không khí máy nén; 4-5 sấy không khí trao đổi nhiệt với áp st ; 5-1 – cÊp nhiƯt bng ®èt víi ; 1-2 trình bành trướng khí tuốc bin; 2-6 thoát nhiệt từ khí thải gia nhiệt với ; 6-3 thoát nhiệt đẳng áp với khí thải trời ( dien ticha 45b ) qr = =R q max (dien ticha − 4−5' − c ) NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.2.1 ThiÕt bÞ tuốc bin khí có trao đổi nhiệt tức tỷ số lượng nhiệt thực tế truyền cho không khí bình gia nhiệt lượng nhiệt truyền sấy không khí đến nhiệt độ khí thải khỏi tuốc bin R gọi độ hồi nhiệt Biểu thị qr qmax qua thông số chu tr×nh: qr = CP(T5 – T4); qmax = CP(T2 T4); hay độ hồi nhiệt tính theo: ( T5 − T4 ) R= ( T2 − T4 ) NỘI DUNG GIẢNG DẠY 7.2.1 ThiÕt bÞ tuèc bin khÝ cã bé trao ®ỉi nhiƯt hiƯu st cđa thiÕt bị TBK có hồi nhiệt ir = τ= li r qbd   m  l  1 − m η 0i −   ( β − 1) (η kτ )   β   = η t ( bd ) T 1− T1 T3 - độ tăng nhiệt độ chu trình p1 p4 = = - độ tăng áp suất trongmáy nén (độ nén) p2 p3 Biểu thị T5 qua R: T5 = R( T2 − T4 ) + T4 (các nội dungkhác, đọc thêm sgk) ... bị tuốc bin khí có trao đổi nhiệt 3-4 trình nén không khí máy nén; 4-5 sấy không khí trao đổi nhiệt với ¸p st ; 5-1 – cÊp nhiƯt bng ®èt với ; 1-2 trình bành trướng khí tuốc bin; 2-6 thoát... nhiệt độ chu trình: = T1 P1 P4 độ nâng áp suất máy nén: = P = P ( k − 1) m= k NI DUNG GING DY 7. 1.2 Các tiêu đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản Trong chu trình thực thiết bị tua bin có nhiều... cho tuốc bin khí đơn giản 7. 2 Tính hiệu suất tuỵêt đối số chu trình có trao đổi nhiệt, có đốt bổ sung 7. 2.1 Thiết bị tc bin khÝ cã bé trao ®ỉi nhiƯt 7. 2.2 ThiÕt bị tuốc bin khí có trao đổi nhiệt,