Термодинамический анализ процессов в компрессоре p 3 2

Термодинамический анализ процессов в компрессоре p 3 2 p 2 Процессы: 4 -1 – всасывание 1 -2 – сжатие от p 1 до p 2 2 -3 – нагнетание p 3 p 2 2 т 2 п 2 ад изотерма политропа адиабата p 1 4 p 2 p 1 1 v 2 v 1 v 4 1 Работа компрессора ℓк – площадь 4 -1 -2 -3 v

Многоступенчатое сжатие в компрессоре p k m 2 p. III p 1 а f политропа e d c изотерма b 1 v 1 – c – e – m - изотерма, работа минимальна 1 – f – политропа Площадь b – c – d – e – 2 –f – уменьшение затрат работы Процессы: 1 – 2 – трехступенчатое сжатие от p 1 до p 2 a – 1 – всасывание при p 1 1 – b – сжатие в 1 ступени до давления p. II b – c – охлаждение до начальной температуры T 1 в пром. холодильнике 1 c – d – сжатие во 2 ступени до давления p. III d – e – охлаждение до начальной температуры T 1 в пром. холодильнике 2 e – 2 – сжатие в 3 ступени до давления p 2 2 – k – нагнетание

p Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Цикл с подводом теплоты при v = const, цикл Отто (карбюраторный) 3 1 -2 – адиабатное сжатие топлива от p 1 до p 2 2 -3 – изохорный подвод теплоты (мгновенное сгорание топлива) 3 -4 – адиабатное расширение продуктов сгорания 4 -1 – изохорный отвод теплоты δq = 0 q 1 2 Полезная работа ℓц – площадь 1 -2 -3 -4 4 Степень сжатия q 2 1 v 2 v 1 v Термический КПД ε = v 1/ v 2

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Цикл с подводом теплоты при p = const, цикл Дизеля (дизельный) p q 1 δq = 0 1 -2 – адиабатное сжатие воздуха от p 1 до p 2 2 -3 – изобарный подвод теплоты (сгорание топлива) 3 -4 – адиабатное расширение продуктов сгорания 4 -1 – изохорный отвод теплоты 3 2 Полезная работа ℓц – площадь 1 -2 -3 -4 4 Степень сжатия q 2 1 v 2 v 1 v Термический КПД ε = v 1/ v 2

Изменение КПД ηt ДВС с подводом теплоты при v = const в зависимости от степени сжатия при различных показателях адиабаты ηt 0. 8 k=1, 4 0. 6 k=1, 3 k=1, 2 0. 4 0. 2 0 0 4 8 12 16 ε

При v 1 = 1 м 3/кг, v 2= 0, 1, м 3/кг термический КПД ДВС в соответствии с представленным графиком равен … 1. 70% 2. 0 3. 60% 4. 0, 4

Схема газотурбинной установки 1 – топливный бак 2 – насос 3 – камера сгорания 4 – компрессор 5 – газовая турбина 6 – электрический генератор

Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при p = const q 1 p p 2 2 1 -2 – сжатие в воздушном компрессоре от p 1 до p 2 2 -3 – изобарный подвод теплоты (сгорание топлива) 3 -4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в газовой турбине. Температура снижается до Т 4, давление падает до p 1 = p атм 4 -1 – изобарный отвод теплоты (выброс продуктов сгорания в атмосферу) Полезная работа ℓц – площадь 1 -2 -3 -4 3 δq = 0 Степень сжатия p 1 1 Степень повышения давления π = p 2/ p 1 4 q 2 ε = v 1/ v 2 Термический КПД v

Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при v = const p p 3 1 -2 – адиабатное сжатие воздуха в воздушном компрессоре от p 1 до p 2 2 -3 – изохорный подвод теплоты (горение топлива при закрытых клапанах) 3 -4 – адиабатное расширение продуктов сгорания, давление падает до p 1 = p атм 4 -1 – изобарный отвод теплоты (выброс продуктов сгорания в атмосферу) Полезная работа ℓц – площадь 1 -2 -3 -4 π = p 3/ p 2 – степень повышения давления Термический КПД 3 q 1 δq = 0 p 2 2 p 1 1 4 q 2 v

Схема паросиловой установки р1, Т 1 р2 1 – паровой котел 2 – паровая турбина 3 – электрический генератор 4 – конденсатор 5 – питательный насос

Цикл паросиловой установки, цикл Ренкина р К 4 5 р1 q 1 1 T 6 q 1 1 5 4 р2 3 р1 р2 v р1 q 1 h 1 6 К 4 5 2 q 2 3 6 3 2 q 2 К р2 2 q 2 s Процессы: 1 – 2 – расширение в турбине 2 – 3 – конденсация пара в конденсаторе при р2 = const, Т 2 = const 3 – 4 – повышение давления в питательном насосе от р2 до р1 4 – 5 – нагрев питательной воды в паровом котле 5 – 6 – парообразование при р1 = const, Т 1 = const 6 – 1 – перегрев пара в пароперегревателе при р1 = const Теплота q 1 подводится в процессах 4 -5 -6 -1 Теплота q 2 отводится в процессе 2 - 3 s

Цикл паровой холодильной установки Рабочее тело – пары легкокипящих жидкостей: аммиак, фреоны (хладоны)… 2 T q 1 К р2 3 р1 4 1 q 2 1 – компрессор 2 – конденсатор 3– дроссельное устройство 4 – испаритель Холодопроизводительность, к. Вт Q 2 = m·q 2 В холод. технике Q 2 обозначают Q 0 s Процессы: 1 – 2 – сжатие в компрессоре 2 – 3 –конденсация пара в конденсаторе при р2 = const 3 – 4 – процесс дросселирования в дроссельном устройстве при h = const 4 – 1 – кипение в испарителе q 1 отводится в конденсаторе в процессе 2 -3 q 2 подводится в процессе 4 – 1 q 2 – удельная холодопроизводительность, к. Дж/кг

Характеристики твердого топлива Зола А Летучие вещества О N S Кокс C Сухая беззольная масса топлива «daf» Сухая масса топлива «d» Рабочая масса топлива «r» Водяные пары H W

Состав топлива в сухом беззольном состоянии: Состав рабочей массы топлива (входит зола A и влага W): Состав рабочей массы топлива в сухом виде (без влаги W): Горючими элементами являются: углерод, водород и сера. Основной – углерод (С) Горючая сера = органическая сера + колчеданная сера При сгорании серы образуются токсичные ангидриды сернистый SO 2 и серный SO 3

Зольность твердого топлива определяется путем прокаливания пробы топлива при температуре 800 - 825 ºС и равна: где: Δm - убыль массы навески, m - первоначальная масса Влажность твердого топлива равна: где: m 1, m 2 - массы навески до опыта и после

Теплота сгорания топлива Низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива в МДж/кг по формуле Менделеева равна Высшая теплота сгорания = низшая теплота сгорания + теплота конденсации водяных паров Теплота сгорания газообразного топлива к. Дж/м³ (низшая теплота сгорания сухого газа)

Условное топливо Используется для уравнительной характеристики качества топлива. Теплота сгорания у. т. = 29, 35 МЖд/кг (7000 ккал/кг). Для пересчёта натурального топлива в условное применяется калорийный эквивалент Э, величина которого определяется отношением низшей теплоты сгорания конкретного рабочего топлива (Q 1 r) к теплоте сгорания условного:

Основы теории горения топлива Стехиометрические уравнения: На 2 кг водорода нужно затратить 16 кг кислорода, при этом образуется 18 кг водяного пара, соответственно на 1 кг водорода нужно затратить 8 кг кислорода. 14 кг углерода +32 кг кислорода = 44 кг углекислого газа, соответственно на 1 кг углерода при полном сгорании нужно затратить 2, 67 кг кислорода; 32 кг серы + 32 кг кислорода = 64 кг SO 2, соответственно на 1 кг серы нужно затратить 1 кг кислорода Коэффициент избытка воздуха равен отношению действительного количества воздуха к теоретически необходимому αв > 1, в лучших топочных устройствах αв = 1, 05… 1, 1, в плохих до 1, 3… 1, 5 Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг (или 1 м³) топлива равно: МО 2 - количество кислорода, которое нужно подать с воздухом в топку котла, 1, 43 - плотность кислорода в нормальных условиях; 0, 21 – содержание кислорода в сухом воздухе.

Объем сухих трехатомных продуктов сгорания Энтальпия продуктов сгорания где - объем продуктов сгорания, - средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, Дж/(м³·К), - температура, °С Строят Н, t – диаграмму продуктов сгорания при разных αв и определяют теоретическую температуру горения топлива. Эта температура > действительной температуры горения из-за присосов воздуха.

Тепловой баланс котельной установки Тепловой баланс котла характеризует равенство между количествами подведенной и расходуемой теплоты В процентах от располагаемой теплоты: Q 1 (q 1) – полезно используемая теплота (на подогрев, испарение воды и перегрев пара, Потери теплоты: Q 2 (q 2) - с уходящими газами, Q 3 (q 3) - от химической неполноты сгорания топлива, Q 4 (q 4) - от механического недожога, Q 5 (q 5) - через ограждения топки и конвективных газоходов, Q 6 (q 6) –с физической теплотой шлаков.

Расчет КПД, расхода топлива и полезно использованной в котле теплоты Полезно используемая теплота: Расход топлива: Тепловая нагрузка котельной, ГДж: КПД «брутто» котла по данным балансовых испытаний в стационарном режиме работы (прямой баланс): по формуле обратного баланса при проектировании котла: В современных котлах КПД брутто превышает 90% КПД, рассчитанный по высшей теплоте сгорания может быть больше 100%

Устройство парового котла В – воздух ГВ – горячий воздух после воздухоподогревателя НП – насыщенный пар ПВ – питательная вода ПП – перегретый пар Т – топливо УГ – уходящие газы Ш – шлак 1 – экранные трубы 2 - барабан 3 - пароперегреватель 4 – водяной экономайзер 5 - воздухоподогреватель 6 - коллекторы 7 - горелка 8 - топка 9 – опускная конвективная шахта 10 – опускные необогреваемые трубы 11 – топочный факел

Технологическая схема котельной установки I – водяной тракт II – перегретый пар III – топливный тракт IV – воздух V – тракт продуктов сгорания VI – путь золы и шлака 1 – бункер сырого угля 2 -пароперегреватель 3 -водяной экономайзер 4 – горелка 5 – топка котла 6 -воздухоподогреватель 7 -диаэратор 8 – питательный насос 9 – дутьевой вентилятор 10 – золоуловитель 11 – дымосос 12 – дымовая труба 18 - котельная

Предлагаю собрать последовательность: пит. вода пар I - водяной тракт: диаэратор барабан опускные трубы IV - воздух: воздух питательный насос экранные трубы дутьевой вентилятор V – тракт продуктов сгорания: экономайзер Уходящие газы воздухоподогреватель экономайзер барабан пароперегреватель воздухоподогреватель топка котла золоуловитель горелка пароперегреватель дымосос труба