Вариант № 00

Вторая контрольная работа

Задача 2.1

Задано топливо и паропроизводительность котельного агрегата D. Определить состав рабочей массы топлива и его низшую теплоту сгорания, способ сжигания топлива, тип топки, значение коэффициента избытка воздуха в топке _т и на выходе из котлоагрегата _ух по величине присоса воздуха по газовому тракту (); найти теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг (1 м³) топлива и объемы продуктов сгорания при _ух, а также энтальпию уходящих газов при заданной температуре уходящих газов t_ух и _ух.

Ответить на вопрос:

Как зависит энтальпия уходящих газов от коэффициента избытка воздуха _ух и от температуры t_ух.

Дано

Вид топлива – Челябинский уголь БЗ (бурый)

D = 160 т/ч;  = 0,15; t_ух = 130 С

Решение

Для определения элементарного состава и низшей теплоты сгорания топлива, а также для выбора типа топки и коэффициента избытка воздуха _т используем согласно рекомендациям [2] Приложения 5-8.

Состав рабочей массы топлива по Приложению 5:

%;  %; %;

%; %; N^p = 0,9 %;

%; мДж/кг; V^г = 45 %.

Тип топки согласно Приложению 7 – пылеугольная.

Из Приложения 8 находим коэффициент избытка воздуха _т = 1,20.

Коэффициент избытка воздуха за установкой

.

Теоретическое необходимое количество воздуха [1, с. 165]:

,

где 1,429 – плотность кислорода при нормальных условиях, кг/м³;

0,21 – объемная доля кислорода в воздухе;

С^Р, Н^Р, S^P_op, O^P – весовые доли углерода, водорода, серы, кислорода в топливе, %, соответственно

.

Объем продуктов сгорания [1, с. 166-168] 1 кг топлива

,

где – объем трехатомных газов;

.

.

– объём водяных паров;

, нм³/кг.

нм³/кг.

– теоретический объем азота;

, нм³/кг

нм³/кг.

Тогда

нм³/кг.

Находим энтальпию уходящих газов

,

где – энтальпия продуктов сгорания при _ух = 1 и t_ух;

– энтальпия воздуха при _ух = 1 и t_ух;

– средние объёмные теплоемкости (значения находим при t_ух = 130 С из табл. 9.2 [6]:

; = 1,31 ;

= 1,52 ; 1,30 .

Тогда

кДж/кг.

кДж/кг.

кДж/кг.

Ответ на вопрос:

С увеличение t_ух и _ух энтальпия уходящих газов увеличивается.

Задача 2.2

Для условий предыдущей задачи определить потерю теплоты с уходящими газами q₂, составить тепловой баланс котельного агрегата и определить его кпд (брутто). Определить часовой расход натурального и условного топлив, испарительность натурального топлива (непрерывной продувкой пренебречь). Давление пара в котле Р_пп, температура перегретого пара t_пп, температура питательной воды t_пв.

Потерю теплоты с уходящими газами (%) определить по формуле

,

где J_ух – энтальпия уходящих газов при t_ух и _ух;

J_воз – энтальпия воздуха, поступающего в котлоагрегат при температуре 30 С;

– низшая теплота сгорания топлива;

– потери теплоты от механического недожига, %.

Потери от химической и механической неполноты сгорания q₃ и q₄ принять в соответствии с видом топлива и типом топки.

Ответить на вопрос:

Как изменяется часовой расход натурального и условного топлив, если в расчетах учесть непрерывную продувку равную 3 %.

Дано

Р_пп = 14 МПа; t_пп = 545 С; t_пв = 225 С

Найти

q₂, _K.A., B, В_ус, D/B

Решение

Согласно указаниям [2] потерю теплоты с уходящими газами определяем по формуле:

,

где J_воз – энтальпия воздуха, поступающего в котлоагегат при температуре t_в = 30 С.

кДж/кг.

J_ух = 1002 кДж/кг (по условию предыдущей задачи);

МДж/кг (по условию предыдущей задачи);

q₄ – потери теплоты от механического недожига, % (q₄ = 0,5 % по условию предыдущей задачи).

Тогда

%.

Составляем тепловой баланс котельного агрегата, %:

,

где q₁ – полезно используемое тепло;

q₂ – потери тепла с уходящими газами (согласно расчета q₂ = 6,15 %);

q₃ – потери тепла от химического недожога (q₃ = 0 %);

q₄ – потери тепла от механического недожога (q₄ = 0,5 %);

q₅ – потери тепла в окружающую среду (принимаем согласно табл. 10 [2] по значению паропроизводительности D = 160 т/ч и q₅ = 0,6 %).

Определяем кпд котельного агрегата

.

Определяем часовой расход натурального топлива

,

где значения энтальпий і_пп и і_пв находим по hs-диаграмме и таблицам воды и водяного пара

кДж/кг;

кДж/кг.

т/ч.

Находим часовой расход условного топлива

т/ч.

Определяем испарительность натурального топлива как

кг/кг.

Ответ на вопрос:

При непрерывной продувке 3 % часовой расход натурального топлива составит

где – энтальпия воды на линии насыщения при Р = 14 МПа

(из таблиц = 1573 кДж/кг)

т/ч,

а условного топлива

т/ч,

т.е. при продувке расход топлива увеличивается примерно на 0,5 %.

Задача 2.3

Паровая турбина без регенерации тепла работает на дроссельном режиме. Параметры пара перед клапаном: давление P₁ и температура t₁. За клапаном давление понижается до 0,7 P₁.

Определить располагаемое и действительное теплопадение в турбине, ее внутреннюю мощность и параметры пара (энтальпию и степень сухости) в конце расширения при давлении пара в конденсаторе P₂, относительном внутреннем к.п.д. и расходе пара через турбину D. Определить также расход охлаждающей воды и кратность охлаждения в конденсаторе, если температура воды на входе 12 С, а на выходе – на 3 С ниже температуры насыщенного пара при давлении P₂. При расчете использовать hs-диаграмму и показать схему расчета.

Ответить на вопрос:

Как изменится кратность охлаждения при повышении температуры охлаждающей воды на выходе до 20 С, если остальные параметры останутся неизменными?

Изобразите зависимость относительного кпд на лопатках от U/C₁, т.е. для активной ступени давления турбины, и объясните, какое значение имеет эта зависимость при выборе числа ступеней турбины.

Дано

Р₁ = 3,0 МПа; t₁ = 400 С; 0,7  3,0 = 2,1 МПа

Р₂ = 4 кПа; _0і = 0,75; D = 300 т/ч

= 12 С; – 3 С

Решение

Находим температуру насыщения пара в конденсаторе по значению давления Р₂ = 4 кПа: t_н = 29 С.

Тогда – 3 = 26 С.

Процессы в паровой турбине приведены на рис. 5.

По hs-диаграмме находим по значениям Р₁ и t₁ энтальпию в точке 1:

h₁ = 3240 кДж/кг.

При дросселировании 3240 кДж/кг.

Из точки 1' опускаем перпендикуляр (при S = 6,92  = const) и находим на пересечении с изобарой Р₂ точку 2, характеризующую располагаемый теплоперепад

,

где 2090 кДж/кг.

Степень сухости в точке 2 составляет х₂ = 0,808.

h

Р₁

Р'₁

t₁

1

h₁ = h'₁

1'

Р₂

t_н

3

h₂

h₃

2

x = 1

x₃

x₂

s

Рис. 5.  Схема процессов в паровой турбине с дросселированием

Тогда располагаемый теплоперепад

кДж/кг.

Действительный теплоперепад

кДж/кг.

Тогда точка 3 лежит на пересечении изобары р₂ и горизонтали, соответствующей значению энтальпии

кДж/кг.

Параметры точки 3:

h₃ = 2327 кДж/кг; х₃ = 0,91; S₃ = 7,25 .

Находим внутреннюю мощность турбины

.

МВт.

Расход охлаждающей воды определяем из уравнения теплового баланса

.

,

где С_в = 4,2  – теплоемкость воды;

 кДж/кг – энтальпия конденсата при t_н.

т/ч.

Кратность охлаждения

кг/кг.

Ответы на вопросы:

1.  Кратность охлаждения

.

При С

кг/кг,

т.е. увеличится примерно в 1,9 раза.

2

Число ступеней активной турбины выбираем из уравнения Парсона, куда входит величина . Максимальное значение кпд в случае, когда .

.  Зависимость относительного кпд на лопатках от для активной турбины приведена на рисунке, приведенном ниже



0,8

U/C₁

0

0,5

1

Задача 2.4

Определить диаметр цилиндра D и ход поршня S четырехтактного ДВС по известным значениям эффективной мощности N_e, среднего индикаторного давления , механического кпд , числа оборотов двигателя n и отношения S/D. Рассчитать часовой и эффективный удельный расходы топлива, если индикаторный кпд двигателя _i, а низшая теплота сгорания = 43 МДж/кг, – число цилиндров двигателя.

Кроме того, приведите характерные значения эффективных кпд для карбюраторных и дизельных двигателей и объясните, почему кпд дизеля выше, чем карбюраторного двигателя.

Дано

 кВт; п = 2100 об/мин;  кПа;

,  = 0,38, ,

 = 0,95; мДж/кг.

Решение

Находим диаметр цилиндра ДВС

,

где – рабочий объём цилиндра.

Для четырехтактного ДВС значение находим как [7, с. 174].

= м³.

Тогда

м.

Часовой расход топлива

кг/ч.

Эффективный удельный расход топлива

.

Ответ на вопрос:

Характерные значения эффективных кпд для карбюраторных двигателей 0,21...0,28, у дизелей 0,30...0,42. Кпд дизелей выше, так как в них достигается степень сжатия 13...18, тогда как у карбюраторных она меньше и составляет 6...11.

Литература

1. Общая теплохладотехника / Швец И.Т., Кондак М.А., Кираковский Н.Ф. и др. – М., 1961.

2. Теплохладотехника: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений / Балахонцев Е.В., Верес А.А. – 4-е изд. – М.: Высш. шк., 1986. – 62 с.

3. Сборник задач по термодинамике и теплопередаче / Болгарский А.В., Голдобеев В.И., Идиатуллин Н.С., Толкачев Д.Ф. – М.: Высш. шк., 1972.

4. Шумский Е.Г., Багдасаров Б.А. Общая теплотехника. – М.: Изд-во машиностроительной лит-ры, 1962.

5. Кирпичев М.В., Михеев М.А., Эйгенсон Л.С. Теплопередача. – М.: Госэнергоиздат, 1940.

6. Теплотехнический справочник / Под общ. ред. С.Г. Герасимова. – М.: Госэнергоиздат. – т.1. – 1957.

7. Кираковский Н.Ф., Недужий И.А. Лабораторный практикум по курсу общей теплотехники. – К.: Изд-во Киевский ун-т, 1966.

11