Розрахунок теплової частини ТЕЦ

Додаток

Задача № 1. (№ 1, стор. 45).

Газ – повітря з початковою температурою t1 = 27(С стискається в одноступеневому поршневому компресорі від тиску р1 = 0,1 МПа до тиску р2.
Стиск може відбуватися по ізотермі, адіабаті та політропі з покажчиком політропи n. Визначити для кожного з трьох процесів стиску кінцеву температуру газу t2, відведену від газу теплоту Q, кВт, та теоретичну потужність компресора, якщо його паропродуктивність G. Подати зведену таблицю. Дані, необхідні для розв^язку задачі, вибрати з таблиці 13.
Розрахунок вести без врахування залежності теплоємності від температури.

|№ варіанту|t1, (С |N |G, кг/год |р1, МПа |Р2, МПа |
|48 |27 |1,33 |700 |0,1 |0,95 |

T2, Q, N – ?

Розв^язок:

1). Ізотермічний процес. t1 = t2 = 27(C; (U = 0;

[pic]
[pic]
[pic]Вт;
[pic]

Потужність приводу:

[pic]Вт.

2). Адіабатичний процес.

[pic]; kповітря = 1,4; q = 0.
[pic]
[pic] K;
[pic]
[pic][pic]
[pic] кВт.

3). Політропний процес. [pic];

[pic] K;
[pic][pic]
[pic][pic]
[pic][pic]
[pic]
[pic]Вт;
[pic] Вт.
[pic]

Зведена таблиця:

|Процес |Т2, К |q |(U |l |(S |Nпр, кВт |
| | |кДж/кг | |
|Ізотерм. |300 |193,836 |0 |–193,836 |–0,65 |–37,69 |
|Адіабат. |570,78 |0 |194,29 |–272 |0 |–52,9 |
|Політроп. |524,46 |–96,6 |161,05 |–259,63 |–0,24 |–50,5 |

Задача №2, (№4, стор. 47).

Визначити поверхню нагріву рекуперативного газоповітряного теплообмінника при прямоточній та протиточній схемах руху теплоносіїв, якщо об^ємна витрата повітря, що нагрівається при нормальних умовах Vн, середній коефіцієнт теплопередачі від продуктів згоряння до повітря К, початкові і кінцеві температури продуктів згоряння та повітря відповідно t"1, t""1, t"2, t""2. дані необхідні для вирішення задачі, вибрати з табл. 16.

|№ варіанту |VH, м3/год|K, Вт/(м2(К)|t"1(C |t""1(C |t"2(C |t""2(C |
|48 |9000 |26 |700 |500 |10 |400 |

Розв^язок:

Поверхня нагріву, м2:

[pic]

Масова витрата повітря:

[pic]

Теплоємність повітря: Срп = 1,03 кДж/кг;

Потік тепла від газу до повітря:

Q = Cpп(mп((tп = 1,03(1,93((400 – 10) = 775,281 кВт;

Середня логарифмічна різниця температур:

[pic]

а). Прямоток: [pic]

[pic]
[pic]
[pic]

а). Протиток: [pic]

[pic]
[pic]
[pic]
Задача № 3. (№1, стор. 48).

Задано паливо та паропродуктивність котельного агрегату D.
Визначити склад робочої маси палива та його найменшу теплоту згоряння, спосіб спалення палива, тип топки, значення коефіцієнта надлишку повітря в топці (т та на виході з котлоагрегату (ух по величині присоса повітря по газовому тракту (((); знайти необхідну кількість повітря для згоряння 1 кг
(1 м3) палива і об^єми продуктів згоряння при (ух, а також ентальпію газів при заданній температурі tух. Вихідні дані, необхідні для розв^язку задачі, прийняти з табл. 17.

Вказівка. Елементарний склад і нижча теплота згоряння палива, а також рекомендації щодо вибору топки і коефіцієнта надлишку повітря в топці приведені в додатках 5–8 методичних вказівок.

|№ варіанту |Вид палива |D, т/год|(( |tух, (C |
|48 |Челябінське вугілля Б3 |160 |0,15 |130 |
| |(буре) | | | |

Розв^язок:
WP = 18; AP = 29,5; SP = 1; CP = 37,3; HP = 2,8;
NP = 0,9; OP = 10,5; [pic]=13,9 МДж/кг.

Тип топки – шахтно–млинова.

Коефіцієнт надлишку повітря в топці: (Т = 1,25.

Коефіцієнт надлишку повітря за котлом:

( = (Т + (( = 1,25 + 0,15 = 1,4.

Теоретична кількість повітря:

V0 = 0,089(CP + 0,265(HP + 0,033((SP – OP) =
= 0,089(37,3 + 0,265(2,8 + 0,033((1 – 10,5) = 3,75 м3/кг;

Об^єм надлишкового повітря:

(V = (( – 1)(V0 = (1,4 – 1)(3,75 = 1,5 м3/кг;

Теоретичний об^єм трьохатомних газів:

VRO2 = 0,0186((CP + 0,375(SP) = 0,0186((37,3 + 0,375(1) = 0,701 м3/кг;

Теоретичний об^єм двохатомних газів:

VR2 = 0,79(V0 + 0,008(NP = 0,79(3,75 + 0,008(0,9 = 2,97 м3/кг;

Дійсний об^єм сухих газів:

Vсг = VRO2 + VR2 + (V = 0,701 + 2,97 + 1,5 = 5,171 м3/кг;

Теоретичний об^єм водяної пари:

VH2O = 0,0124((9(HP + WP) + 0,0161( V0 =
= 0,0124((9(2,8 + 18) + 0,0161(3,75 = 0,596 м3/кг;

Загальний об^єм газів:

(V = Vсг + VH2O = 5,171 + 0,596 = 5,767 м3/кг;

Ентальпія газів:

Iух = [((ViCi)](tух = (VRO2(CRO2 + VR2(CR2 + VH2O(CH2O + (V(CB)(tух.

Об^ємна теплоємність сухих газів, водяної пари та повітря при

tух = 130(C, кДж/(м3(гр): CRO2 = 1,8; CR2 = 1,3; CH2O = 1,52;
CB=1,3.
Iух = (0,701(1,8 + 2,97(1,3 + 0,596(1,52 + 1,5(1,3)(130 = 1037,2 кДж/кг.
Задача №4. (№2, стор. 46).

Водяний пар з початковим тиском р1 = 3 МПа та ступенем сухості х1 =
0,95 надходить в пароперегрівач, де його температура підвищується на (t; після перегрівача пар ізотропно розширюється в турбіні до тиску р2.
Визначити (по hs – діаграмі) кількість теплоти (на 1 кг пара), підведеної до нього в пароперегрівачі, роботу циклу Ренкіна та ступінь сухості пара х2 в кінці розширення. Визначити також термічний ККД циклу. Визначити роботу циклу і кінцеву ступінь сухості, якщо після пароперегрівача пар дроселюється до тиску р1^. Дані, необхідні для вирішення задачі, вибрати з таблиці 14.

|(t, (C |p2, кПа |p1^, МПа |
|235 |3,0 |0,50 |

Розв^язок:

і0 = 2635 кДж/кг; t1^ = 140(C; tпп = t1^ + (t = 140 + 235 = 375(C; iпп = 3240 кДж/кг;
(qпп = iпп – i0 = 3240 – 2635 = 605 кДж/кг; x2 = 0,912; iK = 2340 кДж/кг; l = iпп – iK = 3240 – 2340 = 900 кДж/кг; tK^ = 24(C; iK^ = CPB(tK^ = 4,2(24 = 100,8 кДж/кг; q = iпп – iK^ = 3240 – 100,8 = 3139,2 кДж/кг;
(у = l /q = 900 /3139,2 = 0,29.
Pдр = 0,5 МПа; iKдр = 2300 кДж/кг; х2др = 0,9. lдр = iпп – iКдр = 3240 – 2300 = 940 кДж/кг.
Задача № 5. (№4, стор. 50).

Визначити діаметр циліндру і ход поршня чотирьохтактного .ДВЗ по відомим значенням ефективної потужності, середнього індикаторного тиску, механічного ККД, кількості обертів двигуна і відношення. Розрахувати годинну і ефективну питому витрату палива, якщо індикаторний ККД двигуна , а нижча теплота згоряння МДж/кг. Вихідні дані, необхідні для розв^язку задачі, наведені в таблиці.

|№ варіанту |Ne, кВт |N, об/хв|pi, кПа|z |(i |(м |S/D |
|48 |100 |2100 |600 |4 |0,38 |0,81 |0,95 |

Розв^язок:

Робочий об^єм циліндра:

[pic]
[pic]
[pic]
[pic]

Витрата палива:

[pic]

де [pic]– індикаторна потужність: [pic]

[pic]

Ефективна питома витрата палива:

[pic]
Задача № 6. (№3, стор. 47).

По горизонтально розташованій металевій трубі [( = 20 Вт/(м(К)] зі швидкістю ( тече вода, яка має температуру tв. зовні труба охолоджується оточуючим повітрям, температура якого tпов, тиск 0,1 МПа. Визначити коефіцієнти тепловіддачі (1 і (2 відповідно від води до стінки труби та від стінки труби до повітря; коефіцієнт теплопередачі та тепловий потік q1, віднесений до 1 м труби довжини труби, якщо внутрішній діаметр труби дорівнює d1, а зовнішній – d2. Дані, необхідні для розв^язку задачі, вибрати з таблиці 15.

|№ варіанту |tв, (С |(, м/с |tвоз, (С |d1, мм |d2, мм |
|48 |200 |0,42 |18 |190 |210 |

Розв^язок:

Лінійний тепловий потік: [pic]

[pic]– коефіцієнт теплопередачі, для циліндричної стінки:

[pic]
[pic]

Критерій Рейнольдса для води:

[pic]; [pic] [pic].

Так як [pic] то [pic].

Критерій Прандтля [pic]= 1,05.

[pic]
[pic]
[pic]

Для знаходження (1 знайдемо добуток Gr(Pr.

Для повітря з t = 18(С: Pr = 0,7; V = 13,6(10–6 м2/с;

( = 2,46(10–2 Вт/(м(град).
[pic];
( = 1/T; (t ( tВ – tПОВ = 120 – 18 = 102(C;
[pic]
Gr(Pr = 0,7(127,5(106 = 89,25(106; (Gr(Pr) ( 109;
Nu = 0,5((Gr(Pr)0,25((Pr /Prст)0,25 = 0,5((89,25(106)0,25((0,7 /1,05)0,25 =
52,5.
[pic]
[pic]
[pic]102 = 416,364 Вт/м.
Задача № 7.

Із ємності при температурі Т = 470 К і тиску р1 = 30 бар витікає 1 кг кисню через сопло, яке звужується, в середовище із тиском р2 = 20 бар.
Визначити швидкість витікання і масову витрату кисню (кг/с), якщо площа вихідного сопла f = 30 мм.

Розв^язок:

Співвідношення тисків:

[pic]

Початковий об^єм:

[pic]

Швидкість витікання:

[pic]

Масова витрата кисню:

[pic]
Задача №8. (№3, стор. 44).

Визначити для парової конденсаційної турбіни витрату пари D, кількість циркуляційної води в конденсаторі G([pic]), а також кратність охолодження, якщо відомі початкові параметри пари Р1 та t1, тиск у конденсаторі Р2=4кПа. Відносний внутрішній ККд турбіни (оі=0,76, потужність турбіни Nт, початкова температура циркуляційної води tв. температуру вихідної води прийняти на 3°С нижче температури насиченої пари в конденсаторі.

|№ варіанту |t1, (С |(оі |tв, (С |Р1, Мпа |Рк=Р2, кПа |Nт, МВт |
|48 |380 |0,76 |14 |7 |4 |6 |

Розв^язок:

[pic]

Знайдемо з IS діаграми:

і1=3110[pic] tк=f(Pк=4 кПа;x=1)=30°С
Рдр=0,7(Р1=0,7(7=4,МПа
[pic]

Наявний теплоперепад:

[pic]

Наявний теплоперепад:

Н=Н0((оі=1135(0,76=862,6[pic] івихл=2247,4[pic]

З IS діаграми: х2=0,872

Потужність турбіни:

[pic]

Витрату охолоджуючої води знайдемо з рівняння теплового балансу конденсатора:

[pic]

Кратність охолодження:

[pic]
Задача №9.

Між двома поверхнями встановлено екран, коефіцієнти випромінювання поверхонь С1=С2, а температури поверхонь t1 та t2. Визначити променевий теплообмін до і після встановлення екрану, якщо Секр= С1=С2[pic].

|№ варіанту |С1 |Т1,°К |Т1,°К |
|48 |4,8 |600 |300 |

Розв^язок:

Теплообмін між поверхнями до встановлення екрана:

[pic]

Де СS=5,67 [pic] — коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.

Теплообмін між поверхнями після встановлення екрана:

[pic]

Температура екрана:

[pic]