2020-10-12
455
Классификация теплосиловых установок. Теплосиловые установки (ТСУ) применяемые в нефтяной и газовой промышленности, особенности работы и основные технико - экономические показатели (ТЭП). Перспективы развития.
Литература: 1, стр. 280..296, 3, стр. 203..219, 4, стр. 315..340.
Методические указания
При изучении данной темы особенно обращается внимание на повышение технико — экономических показателей работы установок. При комбинированной выработке тепла и электроэнергии на ТЭЦ коэффициент. полезного действия ТСУ будет больше, чем при раздельной выработке, а расход топлива, следовательно, меньше.
На современных электростанциях главным образом используют углеводородное топливо, запасы которого практически истощаются, поэтому все большее значение уделяется другим источникам энергии: атомной солнечной, энергии термальных вод. энергии ветра, энергии приливов и отливов мировою океана
В последние годы ведутся интенсивные работы по созданию ТСУ с агнитогидродинамическими (МГД) генераторами. В таких генераторах осуществляется непосредственное преобразование тепла в электрическую энергию.
Вопросы для самоконтроля
1 Как классифицируются тепловые установки?
2. Каковы технологические схемы и особенности рабочего процесса ТСУ применяемых в нефтяной и газовой промышленности?
3. Каковы ТЭП ТСУ нефтяном и газовой промышленности?
4. Как определяется КПД паросиловой установки?
ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Задание 1
Варианты 1-15
В сосуде находится смесь воздуха и углекислоты. Объем сосуда Vм³ количество воздуха М1, kг, углекислоты М2, кг; температура смеси tм°C
Найдите парциальные давления компонентов Рi, газовую постоянную смеси Rсм давление смеси Р.
| Данные | Задачи | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| V1∙м3 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 2,0 | 0,15 | 0,52 | 1,5 | 0,65 | 0,8 |
| M1∙ кг | 5 | 3 | 4 | 3 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 2,5 | 3 | 5 | 4 | 5 |
| M2 ∙ кг | 3 | 5 | 2 | 2 | 6 | 4 | 2 | 5 | 2 | 4 | 1,5 | 2 | 2,5 | 1,5 | 4,5 |
| tсм | 27 | 25 | 27 | 35 | 28 | 30 | 32 | 20 | 22 | 18 | 20 | 22 | 20 | 18 | 20 |
Варианты 16-30
Коксовый генераторный газ имеет заданный объемный состав. Найдите массовый состав, газовую постоянную; удельный объем. плотности газа при температуре t°C и абсолютном давлении Р,ат.
| Данные | Задачи | ||||||||||||||
| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| H2, % | 7 | 57 | 18 | - | 8,4 | 2,0 | 45 | - | 10 | 2,8 | 6,2 | 7,0 | 12 | 25 | 32,3 |
| CH4; % | 2 | 23 | - | 7,5 | 48,7 | 11,0 | 29 | 18 | 5 | 12,2 | 2,5 | 3,0 | 22 | - | 15,2 |
| CO; % | 27,6 | 6 | 24 | 0,37 | 17,0 | 1,0 | 12 | 24 | 21,6 | 5,5 | 30,0 | 25,0 | 17,3 | 28 | 12,0 |
| CO2; % | 4,8 | 2 | 6 | 17,7 | 14,5 | 12,0 | 2 | 20 | 5,4 | 12,5 | 5,3 | 14,2 | 6,2 | 10 | 2,2 |
| N2, % | 58,6 | 12 | 52 | 74,13 | 11,4 | 74,0 | 12 | 48 | 58,0 | 67,0 | 56 | 50,8 | 12,5 | 37 | 38,3 |
| t, 0C | 0 | 15 | 18 | 10 | 13 | 20 | 10 | 22 | 25 | 20 | 15 | 8 | 15 | 16 | 10 |
| P, ат | 0,98 | 1,0 | 0,95 | 1,1 | 0,99 | 1,0 | 1,1 | 0,90 | 0,98 | 1,2 | 0,93 | 0,9 | 1,0 | 1,2 | 0,92 |
Методические указания к решению задания 1
Для определения парциального давления каждого компонента необходимо воспользоваться формулой:
| Pi=P∙ Ri/Rсм·mi |
где Рi - парциальное давление i -того компонента, Па.
Р — давление газовой смеси, Па, определяемое но уравнению газового состояния PV=MRT.
mi — массовая доля i - того компонента, определяемая:
| mi= Mi/M |
где Мi — масса компонента, моль
М — масса смеси, моль
Ri — газовая постоянная компонента, Дж/кг К. (табл. 4, стр. 318 [2]),
Rcм — газовая постоянная смеси, Дж/кг К, определяемая из формулы:
| n |
| Rcм = ∑ mi∙Ri |
| l |
В задачах вариантов 16-30 от объемных долей необходимо перейти к массовым:
| mi = | ri∙μi |
| n | |
| ∑ ri ∙ μi | |
| 1 |
где ri —объемная доля данного компонента,
μi — молекулярная масса компонента, (табл. 4, 318 |2]). После нахождения массовых долей компонентов, необходимо сделать проверку:
| n |
| ∑mi=1 |
| 1 |
Удельный объем смеси находится из уравнения газового состояния:
| Vсм = (R смT)/P, м3/кг |
где Р — давление смеси. Па,
Т - температура смеси, K
Плотность смеси
| ρсм =1/Vсм, кг/м3 |
Литература: 1, стр.23…29; 2, стр. 28…35; 3, стр. 21…25; 4,стр. 31…40
Задание 2
Вариант 1-7
Сосуд, объемом V1 заполнен кислородом при давлении Р1.
Определите конечное давление кислорода и количество сообщенной ему теплоты если начальная температура кислорода t1. а конечная t2. Теплоемкость кислорода считайте постоянной.
| Данные | Задачи | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| V1, л | 60 | 80 | 90 | 100 | 90 | 85 | 75 |
| P1∙ MПа | 12,5 | 13,0 | 10 | 30 | 30 | 35 | 37 |
| t1,0С | 10 | 15 | 10 | 30 | 30 | 35 | 37 |
| t2,0С | 30 | 30 | 40 | 200 | 330 | 145 | 547 |
Варианты 8-15
Начальный объем воздуха V1 с начальной температурой t1 расширяется при постоянном давлении до объема V2 в следствии сообщения ему теплоты Q.
Определите коночную температуру t2 °С, давление газа Р, МПа в процессе и работу расширения L, кДж.
| Данные | Задачи | |||||||
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| V1, м3 | 2 | 1 | 0,124 | 0,05 | 10 | 3 | 5 | 2,5 |
| t1,0С | 15 | 15 | 500 | 570 | 100 | 50 | 10 | 80 |
| V2, м3 | 3 | 1,5 | 0,87 | 0,10 | 25 | 4,5 | 7,0 | 5,0 |
| Q, кДж | 837 | 335 | 4000 | 516 | 600 | 800 | 830 | 400 |
Варианты 16-23
Для осуществления изотермического сжатия m кг воздуха при давлении P1 и t затрачена
работа L кДж.
Найдите давление Р2 сжатого воздуха и количество теплоты Q, которое необходимо при этом отвести от газа.
| Данные | Задачи | |||||||
| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | |
| m, кг | 0,8 | 0,5 | 1,2 | 1,5 | 2,0 | 3,5 | 0,5 | 1,0 |
| P1∙ MПа | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,6 | 0,65 | 0,5 | 0,5 | 0,1 |
| t, 0C | 25 | 15 | 35 | 45 | 40 | 30 | 30 | 30 |
| L, кДж | 100 | 70 | 150 | 200 | 225 | 400 | 80 | 200 |
Варианты 24-30
1 кг воздуха, занимающий объем V1 при давлении Р1 расширяется в n раз.
Определите конечное давление Р2 и работу ℓ, совершенную воздухом в адиабатном процессе.
| Данные | Задачи | ||||||
| 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| V1, м3 /кг | 0,0887 | 0,187 | 0,8 | 0,343 | 0,5 | 0,37 | 0,0157 |
| P1∙ MПа | 1,0 | 0,8 | 0,7 | 0,09 | 0,1 | 0,095 | 0,1 |
| n, | 10 | 8 | 3 | 8 | 14 | 5 | 5 |
Методические указания к решению задания 2
Решение задачи заключается в расчете термодинамических процессов:
изохорного — v — const (варианты 1—7);
изобарного — Р — const (варианты 8—15);
изотермического — t° — const (варианты 16-23);
адиабатного - q = 0 (варианты 24-30).
Зависимость между начальными и конечными параметрами:
P1/P2 = T1/T2 —для изохорного процесса;
V1/V2=T1/T2 — для изобарного процесса
P1/P2= V2/V1 — для изотермического процесса;
| Р1/Р2=(V1/V2 )k; T2/T1=(V1/V2)k-1; T2/T1=(P2/P2)(k-1)/k |
— для адиабатного процесса.
Кроме того, для определения неизвестных параметров или массы газа, необходимо использовать уравнение газового состояния; PV = MRT. Если в процессе участвуют М кг газа, то количество теплоты Q, изменение внутренней энергии ΔU и совершенная газом работа определяется:
| a)Qv=∆U=qv∙M=M∙Cvm(t2-t1) — для v — const, |
где Cym - средняя изохорная теплоемкость (табл. 3, 4, 5, стр. 38, стр. 40...41; табл. 5- 12. стр. 318...323 |2|).
б) Qp=MCpm(t2-t1)
для Р —const,
L=MR(t2-t1)
где Cpm - средняя изобарная теплоемкость.
в) Q=L, так как ∆U=0
| L=P1V1∙ln∙v2/v1=P1V1·lnP1/P2=RT·lnv2/v1=RT·lnP2/P1 |
- для изотермического процесса t- const.
г) ∆U =-L, так как Q=0
| L=1/k-1(P1V1-P2V2)=P1V1/k-1[1-(V1/V2)k-1]=P1V1/k-1[1-(P2/P1)(k-1)/1]=MR/k-1(T1-T2) |
- где k показатель адиабаты воздуха 1,4
Литература: 1, стр. 44…46; 2, стр. 67…94; 3, стр. 25…30 – Махонько-Ерохин; 4, стр. 65…88
Задание 3
Варианты 1-10
Пар из котла при абсолютном давлении Р и степени сухости Х поступает в паронагреватель, в котором ему сообщается дополнительное тепло при неизменном давлении, а температура пара повышается до t2 (Приложение А).
Определите количество тепла, сообщенное 1 кг пара, и изменение внутренней энергии при помощи h — s диаграммы.
| данные | задачи | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| P, МПа | 1,6 | 1,5 | 1,0 | 1,2 | 1,3 | 0,9 | 1,4 | 1,1 | 1,7 | 0,8 |
| X | 0,97 | 0,95 | 0,9 | 1,0 | 0,9 | 0,87 | 0,95 | 0,85 | 0,85 | 0,88 |
| t2, oC | 350 | 300 | 290 | 250 | 400 | 450 | 300 | 250 | 350 | 420 |
Варианты 11-20
Начальное состояние пара характеризуется параметрами P1 и х. Какое количество тепла необходимо подвести к пару при постоянном объеме, чтобы температура пара возросла до t2 (Приложение А).
| данные | Задачи | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| P, МПа | 1,0 | 0,8 | 0,9 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 |
| X | 0,85 | 0,9 | 0,97 | 0,95 | 0,87 | 0,95 | 0,85 | 0,88 | 0,98 | 0,8 |
| t2, oC | 300 | 350 | 250 | 200 | 240 | 290 | 340 | 380 | 400 | 450 |
Вариант 21-30
Перегретый пар давлением Р1 и t1 адиабатно расширяется до Р.
| данные | Задачи | |||||||||
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| P1, МПа | 3,0 | 3,2 | 3,4 | 4,0 | 4,2 | 2,8 | 2,6 | 2,4 | 2,2 | 2,0 |
| P2, МПа | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,3 | 0.5 |
| t1, oC | 350 | 300 | 250 | 200 | 240 | 280 | 320 | 340 | 360 | 260 |
Пользуясь h— s диаграммой (Приложение А) определите начальный и конечный удельные объемы V1 и V2, начальную и конечную энтальпии h1 и h2 степень сухости пара в конце процесса X2 работу ℓ и изменение внутренней энергии.
