Схема теплоутилизационного контура

Содержание

 

Введение………………………………………………………….…………..3

1. Задание …………………………………………………………….…...….4

2. Схема теплоутилизационного контура………………………….…… …5

3. Исходные данные……………………………………………………..……6

4. Решение………………………………………………………………..…... 7

5. Список использованной литературы………………………………….….13

 

Введение

 

В условиях дефицита топливно-энергетических ресурсов и постоянного повышения  их стоимости проблема рационального  использования энергии является одной из важнейших для Украины, определяющих ее благосостояния, политическую и экономическую независимость. Один из путей решения этой проблемы состоит в повышении экономичности судовых энергетических установок, которые производят все виды энергии, необходимые для нормальной работы судна.

Повышение эффективности топливо сжигания на судах достигается повышением коэффициента полезного действия (КПД) отдельных элементов (тепловых двигателей, вспомогательного оборудования, электрогенераторов, электродвигателей, систем и т.п.), путем улучшения их констукции и применения более совершенных тепловых схем, рационального выбора режимов эксплуатации.

На морском флоте осуществляются широкая программа работ по решению  проблемы энергосбережения. Особое внимание уделяется совершенствованию технической  эксплуатации судов в аспекте  повышения экономичности их энергетической установки, оснащению глубокой утилизации теплоты вторичных энергоресурсов (ВЭР).

Теория дисциплины "Энергосбережение на флоте рыбной промышленности" базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин:термодинамика, электротехника, двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация, судовые паровые котлы и их эксплуатация, судовые турбомашины и их эксплуатация, судовые энергетические машины.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

• государственные законы об энергосбережении;
• виды потерь энергии на судах и в промышленности;
• способы повышения эксплуатационной эффективности судовых установок, систем и оборудования;
• энергосберегающие способы регулирования мощности и производительности судового оборудования;
• способы преобразования энергетических потерь в полезную энергию.

Студенты должны уметь:

• определять располагаемые объемы вторичных энергоресурсов;
• проектировать и эксплуатировать системы, преобразующие вторичные  энергоресурсы в полезную энергию;
• выбирать энергосберегающие режимы эксплуатации.

 

 

1. Задание

 

Разработать принципиальную схему  теплоутилизационного контура газотурбинного двигателя мощностью N_е, работающего на дизельном топливе с коэффициентом избытка воздуха a и температурой уходящих газов t_r^yx и имеющего эффективный КПД h_е.

Теплоутилизационный контур вырабатывает насыщенный пар в количестве 10 % от суммарной производительности котла и перегретый пар с параметрами p_пе и t_пе  для утилизационной конденсационной турбины, приводящей в действие электрогенератор. Давление в конденсаторе p_к.

Определить располагаемый объем  тепловой энергии газов, коэффициент  утилизации теплоты, расходы насыщенного  и перегретого пара, абсолютную и  относительную мощность турбины, если ее эффективность КПД h^Т_е=0,78. Вычислить абсолютную и относительную экономию топлива.

 

 

2. Схема теплоутилизационного контура

 

1 – главный газотурбинный  двигатель;

2 – утилизационный котел;

3 – экономайзер;

4 – испаритель;

5 – пароперегреватель;

6 – сепаратор пара;

7 – паровая турбина;

8 – конденсатор;

9 – конденсационный насос;

10 – теплый ящик;

11 – питательный насос;

12 – циркуляционный насос.

 

 

3. Исходные данные

 

  Мощность ГТД - Ne=4000 кВт;

Температура уходящих газов - =380 ⁰С;

Коэффициент избытка воздуха – α=5,6;

Давление перегретого  пара =1 МПа;

Температура перегретого  пара - =270  ⁰С;

Давление в конденсаторе - =0,006  МПа;

Эффективный КПД - =36  %

 

4. Решение

 

1. Расход газа на выходе из ГТД:

 кг/с;

где кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива;

 

количество воздуха, необходимое  для сгорания 1 кг топлива (С^Г = 86,3%, Н^Г = 13,3%, S^Г = 0,3%, (N^Г + О^Г) = 0,1%).

 

2. Энтальпия циркулирующей  воды:

  кДж/кг;

где К = 3 – кратность циркуляции;

  кДж/кг – энтальпия кипящей в котле воды (выбираем по таблице 2);

 кДж/кг - энтальпия питательной воды.

Для определения  энтальпии питательной воды рассмотрим тепловой баланс теплого ящика:

1 – поток конденсата  из конденсатора;

2 – утечки;

3 – количество пара, которое  было использовано на общесудовые  нужды и вернулось в виде  конденсата.

4 – поток выходящий из теплого ящика.

  кДж/кг;

где кДж/кг – энтальпия конденсата;

 кДж/кг - энтальпия воды (выбирается  из таблицы 2 по значению давления в конденсаторе);

 кДж/кг - энтальпия утечек;

 кДж/кг – энтальпия воды  общесудовых потребителей;

- энтальпия воды (выбирается из таблицы 2 по значению давления 0,1 МПа);

3. Температура циркуляционной  воды:

⁰С;

 

4. Температура  газа на выходе из утилизационного  котла:

⁰С;

Температура точки росы:

 ⁰С;

⁰C – определяем по i – d диаграмме.

Температура газа на выходе из утилизационного  котла удовлетворяет  условиям: t_Г > t_Ц и t_Г > t_Р.

 

 

 

5. Теплоемкость  газа на входе в утилизационный  котел:

кДж/кг× ⁰С;

где кДж/кг× ⁰С – теплоемкость воздуха;

 кДж/кг× ⁰С – теплоемкость газа.

 

 6. Теплоемкость газа на выходе из утилизационного котла:

кДж/кг× ⁰С;

где кДж/кг× ⁰С – теплоемкость воздуха;

  кДж/кг× ⁰С – теплоемкость газа.

 

7. Количество  теплоты, отбираемое у газов  утилизационного котла:

  кДж/с;

 

8. Количество теплоты,  полезно используемое в утилизационном  котле:

  кДж/с;

где - КПД утилизационного котла. Принимаем .

 

9. Располагаемое количество  теплоты уходящих газов:

  кДж/с;

где   кДж/кг× ⁰С;

кДж/кг× ⁰С – теплоемкость воздуха;

  кДж/кг× ⁰С – теплоемкость газа.

t₀ = 15 ⁰С – температура окружающей среды;

 

10. Коэффициент утилизации  теплоты:

 

11. Энтальпия пара в  утилизационном котле:

  кДж/кг - выбирается из таблицы по значению давления в котле.

 

12. Энтальпия перегретого пара:

кДж/кг - выбирается по i – s диаграмме для Р_ПЕ и t_ПЕ.

 

13. Производительность утилизационного  котла:

Для определения производительности составляем уравнение теплового  баланса утилизационного котла  совместно с сепаратором:

  кг/с

 

14. Построение процесса  расширения пара в утилизационной  турбине:

15. Располагаемая работа  утилизационной турбины:

  кДж/кг

 

16. Мощность утилизационной  турбины:

16.1. Абсолютная:

  кВт.

 

16.2. Относительная:

 

17. Экономия топлива:

17.1. Абсолютная:

  кг/с

 

17.2. Относительная:

 

где   кг/с – расход топлива на ГТД.

 

 

Таблица 2
Сухой насыщенный пар и  вода на кривой насыщения (по давлениям)
P, МПа	ts,°С	v', м3/кг	v", м3/кг	i', кДж/кг	i", кДж/кг	r,кДж/кг	S', кДж/(кг.К)	S¢¢, кДж/(кг.К)
0,0010	6,936	0,0010001	130,04	29,18	2513,4	2484,2	0,1053	8,9749
0,0015	13,001	0,0010007	88,38	54,61	2524,7	2471,9	0,1952	8,8268
0,0020	17,486	0,0010014	67,24	73,40	2533,1	2459,7	0,2603	8,7227
0,0025	21,071	0,0010021	54,42	88,36	2539,5	2451,1	0,3119	8,6424
0,0030	24,078	0,0010028	45,77	100,93	2545,3	2444,4	0,3547	8,5784
0,0035	26,674	0,0010035	39,56	111,81	2549,9	2438,4	0,3912	8,5222
0,0040	28,95	0,0010042	34,93	121,33	2553,7	2432,3	0,4225	8,4737
0,005	32,89	0,0010054	28,24	137,79	2560,9	2423,1	0,4764	8,3943
0,010	45,82	0,0010102	14,70	191,84	2583,9	2392,1	0,6496	8,1494
0,020	60,08	0,0010171	7,652	251,48	2609,2	2357,7	0,8324	7,9075
0,025	64,99	0.0010198	6,201	272,03	2617,6	2345,5	0,8934	7,8300
0,030	69,12	0,0010223	5,232	289,30	2624,6	2335,3	0,9441	7,7673
0,040	75,87	0,0010264	3,999	317,62	2636,3	2318,7	1,0261	7,6710
0,050	81,33	0,0010299	3,243	340,53	2645,2	2304,7	1,0912	7,5923
0,10	99,62	0,0010432	1,696	417,47	2674,9	2257,5	1,3026	7,3579
0,20	120,23	0,0010606	0,8860	504,74	2706,8	2202,0	1,5306	7,1279
0,30	133,54	0,0010733	0,6055	561,7	2725,5	2163,8	1,6716	6,9922
0,50	151,84	0,0010927	0,3749	640,1	2748,8	2108,7	1,8605	6,8221
0,60	158,84	0,0011009	0,3156	670,6	2756,9	2086,3	1,9311	6,7609
0,70	164,96	0,0011081	0,2728	697,2	2763,7	2067,2	1,9923	6,7090
0,80	170,41	0,0011149	0,2403	720,9	2769,0	2048,1	2,0461	6,6630
0,90	175,36	0,0011213	0,2149	742,7	2773,7	2031,7	2,0945	6,6223
1,0	179,88	0,0011273	0,1945	762,4	2777,8	2015,3	2,1383	6,5867
1,5	198,28	0,0011538	0,1317	844,5	2791,8	1947,5	2,3148	6,4458
2,0	212,37	0,0011768	0,09961	908,6	2799,2	1890,7	2,4471	6,3411
3,0	233,83	0,0012164	0,06663	1008,4	2803,1	1794,7	2,6455	6,1859
4,0	250,33	0,0012520	0,04977	1087,5	2800,6	1713,2	2,7965	6,0689
5,0	263,91	0,0012858	0,03943	1154,2	2793,9	1639,6	2,9210	5,9739
6,0	275,56	0,0013185	0,3243	1213,9	2784,4	1570,5	3,0276	5,8894
7,0	285,80	0,0013510	0,02738	1267,6	2772,3	1504,7	3,1221	5,8143
8,0	294,98	0,0013838	0,02352	1317,3	2758,6	1441,2	3,2079	5,7448
9,0	303,31	0,0014174	0,02049	1363,9	2742,6	1378,8	3,2866	5,6783
10,0	310,96	0,0014522	0,01803	1407,9	2724,8	1316,9	3,3601	5,6147
12,0	324,64	0,001527	0,01426	1491,1	2684,6	1193,5	3,4966	5,4930
14,0	336,63	0,001611	0,01149	1570,8	2637,9	1067,0	3,6233	5,3731
16,0	347,32	0,001710	0,009319	1649,6	2581,7	932,1	3,7456	5,2478
18,0	356,96	0,001839	0,007505	1732,2	2510,6	778,4	3,8708	5,1054
20,0	365,72	0,00203	0,00586	1826,8	2410,3	583,4	4,0147	4,9280
22,0	373,71	0,00269	0,00378	2009,7	2195,6	152,0	4,2943	4,5815

 

 

5. Список использованной литературы

Основная

1. Комплексная программа энергосбережения в Автономной республике Крым до 2010г.- Симферополь: Таврия, 1998г.
2. Промышленность Украины: путь к энергетической эффективности. К.: Центр ЕС, 1995г.
3. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топливо-энергетических ресурсов.К.: Техника, 1985г.
4. Беляев И.Г. Эксплуатация судовых утилизационных установок. - 2-е издание перераб. и  доп.- М.: Транспорт 1987г.
5. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки. Справочник. - Л.: Судостроение, 1986г.
6. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.:Энергоатомсудат, 1983.
7. Бабаев А.М., Ягодкин В.Я. Автоматизированные электроприводы.- М.: Транспорт, 1986г.
8. Мезенцев А.П. Эффективность применения утилизаторов теплоты в огнетехнических агрегатах.- Л.: Недра, 1987г. (Серия " Экономия топлива и электроэнергии").
9. Интегрирование технологиии и энергосбережение. Поквартальный научно-практический журнал.- Харьков.: ХДПУ.-2000г. №2 104с.
10. Баранов А.П. "Судовые автоматизированные электро-энергетические системы". М; Транспорт; 1988г.

11. Промышленность Украины: путь к энергетической эффективности; энергетический центр Украины; Киев, 1995г.