ZADAChA_9 НИЭ
.docxМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
________________________________________________________________________________
Наименование института ЭНИН
Наименование специальности Теплоэнергетика и теплотехника
Наименование выпускающей АТЭС
кафедры
Индивидуальное домашнее задание №9
Расчет тепловой схемы геотермальной
электростанции бинарного типа
Вариант 10
Исполнители, студент группы 5Б1В ________ ________ Опарин А.О.
Руководитель ________ ________ Матвеева А.А.
подпись дата
Томск – 2014
Тема: Расчет тепловой схемы геотермальной
электростанции бинарного типа
Геотермальная электростанция состоит из двух турбин:
-
первая – работает насыщенном водяном паре, полученном в расширителе. Электрическая мощность – .
-
вторая – работает на насыщенном паре хладона – R11, который испаряется за счёт тепла воды, отводимой из расширителя. Электрическая мощность – .
Вода из геотермальных скважин с давлением температурой и расходом поступает в расширитель. В расширителе образуется сухой насыщенный пар. Этот пар направляется в паровую турбину. Оставшаяся вода из расширителя идёт в испаритель, где охлаждается на и закачивается обратно в скважину. Температурный напор в испарительной установке ºС. Рабочие тела расширяются в турбинах и поступают в конденсаторы, где охлаждаются водой из реки с температурой . Нагрев воды в конденсаторе ºС, а недогрев до температуры насыщения ºС.
Относительные внутренние КПД турбин . Электромеханический КПД турбогенераторов .
Определить:
-
оптимальное давление геотермальной воды в расширителе из условия получения максимальной мощности пароводяной турбины;
-
электрические мощности турбин и суммарную мощность ГеоТЭС с учетом затрат энергии на насос, закачивающий геотермальную воду в скважину;
-
расходы рабочих тел на обе турбины;
-
КПД ГеоТЭС.
Таблица 1 - Исходные данные для задачи
Вариант |
|||||
10 |
195 |
16 |
150 |
55 |
5 |
1 – скважина 5 – питательный насос
2 – расширитель 6 – испаритель
3 – турбина 7 – насос
4 – конденсатор 8 – генератор
Рисунок 1 – Принципиальная схема геотермальной электростанции бинарного типа
-
Оптимальное давление геотермальной воды в расширителе .
-
Построим процесс расширения и определим энтальпии для паровой турбины:
Рис. 2. Процесс расширения пара в h-s диаграмме.
Температура определится, как:
По температуре определим конечное давление:
Зададимся некоторым давлением воды в расширителе :
Определим параметры:
Энтальпия воды из скважины:
-
Уравнения теплового и материального баланса для расширителя.
Где - расход пара на паровую турбину, - расход в испаритель.
-
Определим мощность паровой турбины:
-
Для нахождения оптимального давления в расширителе из условия максимальной мощности паровой турбины проведем аналогичные расчеты пунктов с 1 по 3 для пяти точек из следующего диапазона давлений:
от до
Результаты вычислений в таблице 1:
Таблица 1. Результаты вариантных расчетов:
, МПа |
0,002 |
0,20 |
0,25 |
0,35 |
0,47 |
, кДж/кг |
|
|
|
|
|
, кДж/кг |
|
|
|
|
|
, кДж/кг |
|
|
|
|
|
, кг/с |
|
|
|
|
|
, кВт |
|
|
|
|
|
По полученным значениям построить график зависимости мощности паровой турбины от выбранного давления в расширителе:
NЭ, МПа
Рр, МПа
Рис. 3. График зависимости мощности паровой турбины от давления РР.
Из графика определяем, что при .
-
Расходы рабочих тел.
-
Определим параметры:
-
Температура на входе в испаритель:
(при hр вых)
-
Температура воды на выходе из испарителя:
-
Энтальпия на выходе из испарителя:
-
Построим процесс расширения в хладоновой турбине и определим энтальпии:
-
Точку 0 определим при температуре
-
Точку kt определим из условия адиабатного расширения паров хладона в турбине на пересечении изотермы и адиабаты
-
Точку k’ находим на линии насыщения (х=0) при температуре
Рис. 4. Термодинамическая диаграмма i-lgP хладагента R11
Энтальпии:
Давления:
3) Запишем уравнение теплового баланса для испарителя.
Где - расход пара на хладоновую турбину , - расход в испаритель.
-
Электрические мощности турбин и мощность ГеоТЭС.
-
Мощность паровой турбины:
-
Мощность хладоновой турбины:
-
Потеря мощности на насосе, закачивающим воду обратно в скважину:
, принять кпд насоса
Удельный объем определятся по таблицам свойств воды и водяного пара, как объем кипящей воды при давлении в расширителе:
-
Мощность ГеоТЭС:
-
КПД ГеоТЭС.
Коэффициент использования геотермальной энергии запишется, как:
Вывод по решению.