Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 9: Chu trình thiết bị động lực hơi nước - Hà Anh Tùng

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 9: Chu trình thiết bị động lực hơi nước - Hà Anh Tùng

1. 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
2. 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
3. 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
4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Sơđồ nguyên lý của chu trình Rankine p1 > p2 q1 wT 1 T 1 Lò hơi Tuabin 3’ 2 q2 p 3’ 2 Bình Bơm nước ngưng 3 2 3 s wP 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 Tại3: lỏng sôi x3 = 0 ĐẲNG ÁP trong Bình ngưng: T2 = T3 = Ts thải nhiệt q 2 p3 = p2 nhận công p = p ¾ 3-3’ : quá trình nén nước từ áp suất p2 Æ p1 dùng bơm 3’ 1 w s3 = s3’ p ¾ 3’-1 : quá trình gia nhiệt ĐẲNG ÁP trong lò hơi p3’ = p1 nhận nhiệt q1 p.4
5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Nguyên tắc tính toán Bước1: Quan trọng nhất là phải vẽ đúng đồ thị T-s từ các dữ liệu của đề bài Bước2: Từđồ 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 = 0 -Hơi bão hòa ẩm ?? = c ons x x = -Hơi bão hòa khô (x =1) ?? t 1 -Hơi quá nhiệt ?? s Bước3: 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 Bước4: Từ các thông số i1 , i2 , i3 , i3’ đãxácđịnh Æ tính q1 , q2 , wT , wp p.5
6. 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 củahơi sau khi ra khỏi tuabin là p = 0.045 bar . o t1 = 500 C Từđề bài suy ra: p1 = 120 bar p2 = 0.045 bar Bảng nước và hơi p = 120 bar T = 324.63oC 1 nước bão hòa 1s 1 là trạng thái hơi quá nhiệt Bảng nước chưa sôi và i , s hơi quá nhiệt 1 1 T p1 > p2 Bảng nước và hơi s′ = 0.4507 kJ / kg.do 1 p = 0.045 bar 2 2 nước bão hòa s′′ = 8.431 kJ / kg.do (s2 = s1 ) 2 s − s′ 4 p2 2 2 Độ khô x2 = i2 = (1− x2 ) i2′ + x2i2′′ s′2′ − s2′ 3 2 Điểm 3: i3 = i’2 Điểm 4: s4 = s3 s p = p p.6 s3 = s’2 4 1
7. 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 i = i′′ = 2758 kJ / kg p = 8 MPa = 80 bar 1 1 p 1 s = s′′ = 5.745 kJ / kg.do 3’ 2 1 1 p = 0.08 bar Độ khô x Điểm 2: 2 2 3 2 s = s 2 1 i2 s p3 = p2 Điểm 3: lỏng sôi ở cùng áp suất với điểm 2: i3 = i2′ s3 = s2′ Điểm 3’: lỏng chưa sôi ở cùng áp suất với điểm 1: p3' = p1 Tra bảng i3’ s3' = s3 Hoặc tính i3’ theo pt: i3' = i3 + v3 (p3' − p3 ) p.7
8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Tính công, nhiệt lượng và hiệu suất nhiệt của chu trình q w 1 T ¾ Công do 1 kg hơi w = i − i (kJ / kg) 1 sinh ra tại Tuabin: T 1 2 Lò hơi Tuabin 3’ 2 ¾ Công tiêu hao cho 1 kg nước đi qua Bơm: q2 Bình wP = i3' − i3 = v3 (p3' − p3 ) Bơm nước ngưng = v3 ()p1 − p2 (kJ / kg) 3 (Chú ý: vì i ~ i Æ w rất nhỏ so với w , nên wP 3’ 3 P T 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 : q2 = i2 − i3 (kJ / kg) p.8
9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Hiệu suất nhiệt của chu trình: ηt a) Nếu tính cả công tiêu hao của q1 wT bơm nước: 1 Lò hơi Tuabin w1 − wP ηt = 3’ 2 q1 q2 ()i − i − (i − i ) = 1 2 3' 3 Bình i − i Bơm nước ngưng 1 3' b) Nếu bỏ qua công tiêu hao của bơm nước: 3 wP 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 w G (i − i ) Công suất Tuabin là: N = 1 = 1 2 ()kW T 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
10. 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 củahơi 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 nếubiết độ chênh nhiệt độ nước vào và ra bình ngưng là 6oC p > p T 1 2 Từ ví dụ 1 Æ xác định được các thông số trạng 1 thái của các điểm 1, 2, 3, 4 Hiệu suất nhiệt của chu trình (Bỏ qua 4 p2 công bơm) là: i − i 3 2 η = 1 2 t i − i Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng là: 1 3 Q2 G(i2 − i3 ) Qn = = kg / h c pn ΔTn 4.186* ΔTn p.10
11. 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 nướctuần hoàn làm mát bình ngưng o o nếu nhiệt độ nước vào tv=15 C và nước ra khỏi bình ngưng tr=35 C. Lò hơi sử dụng là lò đốt H dầu nặng có hiệu suất ηL=90% và nhiệt trị của nhiên liệu là Qp =10000 kcal/kg p1 > p2 Từ ví dụ 2 Æ xác định được các thông số tại 1, 2, 3, 3’ T a) Hiệu suất nhiệt của chu (i − i )− (i − i ) 1 η = 1 2 3' 3 trình nếu tính cả công bơm: t i1 − i3' w p b) Tỉ lệ năng lượng tự dùng: p i3' − i3 3’ 2 = c) Công suất thiết bị: wT i1 − i2 d) Lượng tiêu hao nhiên liệu1h 3 2 G w − w ( T p ) Q G(i − i ) N = ⇒G G = 1 = 1 3' kg / h s 3600 NL Q H η Q H η p.11 p L p L
12. 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
13. 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 p > p q 1 6 1 wT T 1 p = p 1 7 6 7 Lò hơi 6 3’ 2 q2 p2 7 3’ 6 Bình Bơm nước ngưng 3 2 3 s wP * Có thêm 2 quá trình: 1-6: hơigiãn 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
14. 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: q w 1 T w = w + w = (i − i ) + (i − i ) (kJ / kg) 1 T T1 T 2 1 6 7 2 Lò hơi 6 ¾ Công tiêu hao cho 1 kg nước đi qua Bơm: 3’ 2 q 7 2 Bình wP = i3' − i3 = v3 (p3' − p3 ) Bơm nước ngưng = v3 ()p1 − p2 (kJ / kg) 3 (Chú ý: vì i ~ i Æ w rất nhỏ so với w , nên wP 3’ 3 P T 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: q2 = i2 − i3 (kJ / kg) p.14
15. 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 q w 1 T bơm nước: 1 Lò hơi wT1 + wT 2 − wP 6 ηt = 3’ 2 q1 q2 7 ()i − i + (i − i )− (i − i ) Bình = 1 6 7 2 3' 3 Bơm nước ngưng ()i1 − i3' + (i7 − i6 ) b) Nếu bỏ qua công tiêu hao của bơm nước: 3 wP wT1 + 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 (w + w ) G (i − i + i − i ) Công suất Tuabin là: N = T1 T 2 = 1 6 7 2 ()kW T 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
16. 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