4857

Каждый студент в соответствии с исходными данными производит выбор и обоснование типа когенерационной установки на базе заданной котельной установки.

Курсовая работа выполняется в последовательности:

1.Приводится краткий обзор энергогенерирующего оборудования.

2.Определяется тип когенерационной установки в зависимости от типа котельной. Желательно предложить для котельной 2 типа электрогенерирующего оборудования и обосновать выбор наиболее эффективного.

3.Проводится расчет тепловой схемы котельной,

4.Осуществляется выбор электропотребляющего оборудования и вычисляется общий расход электроэнергии на собственные нужды котельной.

5.Анализируются другие потребители промышленного предприятия или микрорайона города, и выбирается расчетная мощность электрогенераторов.

6.Разрабатывается схема когенерационной установки (мини-ТЭЦ).

7.Производится построение обратимых и действительных термодинамических циклов когенерационной установки в диаграммах p-v, T-s, h-s.

8. Проводится корректировка тепловой схемы котельной с указанием потоков теплоносителей от электрогенерирующей установки

9.Приводятся компоновочные решения по размещению электрогенерирующей установки в помещении котельной или в пристрое котельной (в зависимости от мощности электрогенераторов и наличия свободного места в котельном зале).

10.Проводится расчет экономической и экологической эффективности когенерационной установки.

Графическая часть курсовой работы состоит из 1 листа формата А1. На листе выполняются:

-схема мини-ТЭЦ;

-фрагмент скорректированной тепловой схемы котельной;

-конструкция электрогенерирующей установки;

-термодинамические циклы (обратимый и действительный) в диаграммах p-v, T-s, h-s ;

-технико-экономические показатели когенерационной установки;

-результаты экологической оценки до и после реконструкции котельной в миниТЭЦ.

31

ЛИТЕРАТУРА (к курсовой работе)

1.Энергетическая стратегия России до 2030года.

2.СП 89.13330.2012 Котельные установки. Актуализированная редакция СНИП II-35-76

3.Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод) / ЦКТИ– ВТИ: изд. 3-е, перераб. – СанктПетербург, 1988. – 258 с: ил.

4.http://www. cogeneration.ru/ Когенерационные установки.

5.ЗАО Невэнергопром - плюс: мини-ТЭЦ и энергоэффективность /stopress /ru. /archive / CТО 06 /17 /декабрь 2012.

6.Отчет о НИР. Создание энергосберегающих систем выработки и потребления теплоты.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2013. –152c.

7.Техническая термодинамика: учеб. для вузов/под редакцией В.И.Крутова.-2-е изд. перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1981. – 439 с.

8.Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи: учеб. для машиностр. спец. техникумов / Под ред. Л.Р. Стоцкого – 2- е изд., перераб. и доп. – М.:

Высш. шк., 1983. – 335 с.

9.Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике: учеб пособие /О.М.Рабинович. – 5- е изд., перераб. – М: Машиностроение

10.Дыскин, Л.М. Расчет термодинамических циклов: учебное пособие /Л.М.Дыскин, Н.Т. Пузиков. – Н.Новгород : ННГАСУ, 2010. – 52 с.

11.Дыскин Л.М., Самсонова Н.А. Анализ эффективности паросилового цикла : учеб. пособие. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2016. –38 с.

12.Рудаченко, А.В. Газотурбинные установки для транспортировки природного газа: учеб. пособие /А.В. Рудаченко, Н.В. Чухарева. – Томск: Томский полит. ун-т. –2011.- 217с.

13.Трухний, А.Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: учеб. пос. для вузов. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 540 с.

14.Зысин, Л.В. Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учеб. пособие.- Спб.: Изд-во политех. ун-та, 2010. – 368 с.

15.Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. – 4- е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2008. – 496 с., ил.

16.Делягин, Г.Н. Теплогенерирующие установки/ Г.Н.Делягин, В.И.Лебедев, Б.А.Пермяков, П.А.Хаванов // Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. и доп. - М.:ООО «ИД

«Бастет» 2010 - 624с.

17.Лебедев, В. И. Расчёт и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения: Учеб. пособие для вузов / В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков, П. А. Хаванов. –

М.: Стройиздат, 1992. – 360 с.

18.Роддатис, К. Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.

Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий; под редакцией К.Ф. Роддатиса – М.: Энергоато-

миздат, 1989. – 488 с.

19.Методические рекомендации по составлению технико-экономических обоснований для энергосберегающих мероприятий. - Минск, 2003

20.Лебедева, Е.А. Когенерационные установки / учебно-методическое пособие.- Н.Новгород: ННГАСУ, 2016.- 42с.

21.СТО 024947335.4-02-2006 Расчет тепловых схем котельных / утвержден приказом ФГУП «СантехНИИпроект» от 15 декабря 2006, №19.

32

Приложение Б.

Справочные данные по определению типа парового турбоагрегата

Продолжение таблицы

34

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕОБРАТИМЫХ ЦИКЛОВ ПАРОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК [11]

1.1. Метод коэффициентов полезного действия

Для оценки эффективности паросиловой установки следует ответить на два основных вопроса:

1.Каков коэффициент полезного действия обратимого цикла теплосиловой установки, от каких факторов он зависит и что следует предпринять для его увеличения?

2.Каковы необратимые потери в реальном цикле установки, как распределяются эти потери по отдельным элементам цикла и на усовершенствование какой части цикла теплосиловой установки надо обратить внимание для уменьшения степени необратимости и, следовательно, увеличения КПД цикла?

Поэтому анализ циклов теплосиловых и других установок проводится, как правило,

вдва этапа: сначала анализ обратимого цикла, затем - реального цикла, с учётом основных

источников необратимости.

Термин «термический КПД» ηтупотребляют для обозначения КПД обратимого

цикла, а КПД реального необратимого цикла называют внутренним абсолютным КПД цикла ηц

Внутренний абсолютный КПД характеризует степень совершенства процессов, выполняемых рабочим телом, но не отражает степени конструктивного совершенства тех или иных узлов установки, характеризуемого эффективными КПД, которые рассмотрены ниже.

В соответствии с определениями

телу, отводимая от рабочего тела в обратимом цикле и отводимая от рабочего тела в действительном цикле соответственно.

Степень совершенства обратимых циклов полностью характеризуется величиной термического КПД в сравнении с термическим КПД цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур. Эффективность реальных циклов можно оценивать по величине внутреннего абсолютного КПД, определяемого соотношением (1.2). Однако сама по себе величина ηцне говорит о том, какова степень необратимости цикла. Поэтому при анализе реальных необратимых циклов используют понятие относительного КПД цикла, опреде-

35

ляемого следующим образом. Уравнение (1.2) для внутреннего абсолютного КПД запи-

Величина ц – внутренний относительный КПД цикла. Она показывает, насколько

действительный цикл менее совершенен, чем обратимый цикл, т.е. какую долю термического КПД обратимого цикла составляет внутренний абсолютный КПД реального необратимого цикла.

Кроме необратимых потерь, возникающих в процессах, осуществляемых собственно рабочим телом в цикле и учитываемых внутренним относительным КПД цикла, в реальной теплосиловой установке имеются потери, обусловленные необратимостью тепловых, механических, электрических процессов в отдельных элементах установки (потери на трение в подшипниках, в паропроводах, электрические потери в электрогенераторе и т.д.).

С учётом этого эффективность теплосиловой установки в целом характеризуется величиной эффективного абсолютного КПД, представляющего собой отношение величины работы, отданной теплосиловой установкой внешнему потребителю, к количеству теплоты, подведённой к установке.

Рассмотрим подробнее внутренний относительный КПД реального цикла. Обязательным элементом теплосиловой установки являются: устройство, в кото-

ром производится работа при расширении рабочего тела (турбина, цилиндр с поршнем, реактивное сопло и т.д.), и устройство, в котором за счёт подвода работы извне осуществляется сжатие (повышение давления) рабочего тела (компрессор, диффузор, насос, цилиндр с поршнем в такте сжатия и т.д.).

Реальные процессы сжатия (повышения давления) и расширения рабочего тела всегда сопровождаются необратимыми потерями. Так, при расширении рабочего тела в процессе адиабатного течения с трением в кинетическую энергию потока (а затем в механическую работу) преобразуется только часть располагаемой разности энтальпий: если располагаемая разность энтальпий равна ! ! ,,то в работу превращается только! ! д , причём! д " ! . Здесь ! , ! и ! д– энтальпия рабочего тела в начале процесса рас-

ширения, в конце обратимого процесса расширения и в конце необратимого (действительного) процесса расширения соответственно.

Поэтому внутренний относительный КПД реального процесса расширения, например, в турбине равен:

расшдейст расштеор ,

где расшдейсти расштеор – действительная и теоретическая работы расширения.

36

Величины внутренних относительных КПД машин определяют экспериментальным путём.

Поскольку работа цикла равна разности работы, полученной в процессе расширения, и работы, затраченной в процессе сжатия (повышения давления), ее можно выразить

ния в конденсатном насосе по сравнению с работой расширения пара в турбине, поэтому можно записать:

Однако, как уже отмечалось, внутренний абсолютный КПД реального цикла не полностью характеризует эффективность теплосиловой установки, т.к. не учитывает необратимые механические, тепловые и электрические потери ее агрегатов. Величина перечисленныхпотерь в каждом агрегате характеризуется эффективным КПД η/агрегата. Перемножив между собой эффективные КПД всех элементов установки и внутренний абсо-

37

3

где 1 / 2 произведение величин эффективных КПД всех nэлементов

24

установки.

Эффективный абсолютный КПД реальной теплосиловой установки показывает, какая доля теплоты 6, введённой в установку (например, выделяющейся при сгорании топ-

лива), превращена в работу, отданную внешнему потребителю:

ηуст/ полезн6 .

1.2.Энтропийный метод

Энтропийный метод основан на расчете потерь работоспособности, под которой понимается максимальная полезная работа изолированной системы при обратимом переходе последней из неравновесного в равновесное состояние.

Любая необратимость процессов, протекающих в системе, приводит к уменьшению величины полезной работы, которая может быть произведена системой.

Потерей работоспособности L системы вследствие необратимости протекающих в ней процессов называется разность между максимально возможной полезной работой (работоспособностью) полезнмакс , которую может произвести данная изолированная система, если

процессы, ведущие к установлению равновесия в этой системе, будут протекать обратимо, и полезной работой полезн, которую производит та же система в случае необратимости протекающих в ней процессов:

В последнем уравнении величины полезной работы и потери работоспособности отнесены к единице массы рабочего тела, но, чтобы отличить работоспособность от работы, работоспособность обозначена буквой L.

Потерю работоспособности системы можно определить по уравнению Гюи–

где I – температура окружающей среды, ∆J – увеличение энтропии системы в резуль-

сист ∆J

тате необратимости протекающих в ней процессов. Определение величины сист являет-

38

ся достаточно сложной задачей, которая должна решаться отдельно для каждого реального процесса.

Важное практическое значение имеет также понятие максимальной полезной работы теплоты (работоспособности теплоты).

Работоспособностью теплоты, выделяемой горячим источником с температурой Т, называется та максимальная полезная работа, которая может быть получена за счёт этой

теплоты в системе при условии, что холодным источником теплоты является окружающая среда с температурой I .

Очевидно, что доля теплоты ′ , выделяемой горячим источником, превращённая в полезную работу в цикле, тем больше, чем выше КПД цикла.

В заданном интервале температур наибольший КПД имеет, как известно, обрати-

мый цикл Карно. Следовательно, максимальная полезная работа теплоты ′ , выделяемой горячим источником с температуройТ, будет получена в том случае, если в рассматривае-

Таким образом, величина потери работоспособности всей системы равна сумме величин потерь работоспособности в отдельных элементах этой системы. Найденные значения дают возможность определить, в каких элементах установки необратимые процессы вносят основной вклад в величину ∆Fсист; следовательно, какие элементы установки требуют усовершенствования в первую очередь.

39

Потеря работоспособности в отдельном элементе установки вычисляется с помощью уравнения (1.19) по известным значениям Т0 и ∆J2.

Величина прироста энтропии ∆J2 в результате необратимости процессов, протека-

ющих в отдельных элементах установки, вычисляется для каждого отдельного случая.

В реальных циклах теплосиловых установок (без учета механических и электрических потерь в отдельных элементах установки) существует необратимость двух типов: 1) внутренняя необратимость, вызванная трением при течении рабочего тела в элементах установки, и 2) внешняя необратимость, обусловленная наличием конечной разности температур в процессах передачи теплоты между рабочим телом и источниками теплоты.

Цикл является внутренне обратимым, если в нем отсутствуют потери на трение при течении рабочего тела, и внешне обратимым, если температура рабочего тела равна температуре источников теплоты. Соответственно цикл полностью обратим, если в нем отсутствуют потери на трение и равны температуры рабочего тела и источников теплоты. Цикл, в котором отсутствуют потери на трение при течении рабочего тела, но который осуществляется в интервале температур более узком, чем интервал температур между горячим и холодным источниками, обратим внутренне, но необратим внешне.

Максимальная работа может быть произведена системой горячий источник – рабочее тело – холодный источник в том случае, если температура рабочего тела в процессах подвода и отвода теплоты равна температурам источников теплоты. Наличие конечной разности этих температур приводит к потерям работоспособности системы. Поэтому при анализе энергетических потерь установки необходимо учитывать и эти потери.

Рассмотренный в предыдущем параграфе метод коэффициентов полезного действия учитывает потери, обусловленные лишь внутренней необратимостью цикла, и совершенно не учитывает потерь, связанных с внешней необратимостью. Однако оба метода дают одинаковые количественные результаты, т. к. внешняя необратимость, в отличие от внутренней, не приводит к потерям теплоты, сообщенной рабочему телу. Внешняя необратимость приводит к потере работоспособности теплоты, т. е. недоиспользованию температурного потенциала теплоты, который в случае термодинамически более совершенной организации процесса подвода теплоты позволил бы получить большую работу.

Таким образом, в отличие от метода КПД, энтропийный метод дает возможность найти источники необратимости в элементах теплосиловой установки.

Сравнивая уравнения (1.17) для определения потерь теплоты в цикле теплосиловой установки, обусловленных только внутренней необратимостью, и (1.22) для определения потерь работоспособности полностью (внутренне и внешне) необратимого цикла, полу-

Подставляя в последнее выражение значение полезн из (1.26) и учитывая (1.20), по-

лучим

40