Tatarata Jakub

13E1

Projekt 2: Elektrociepłownia upustowo-kondensacyjna

Należy obliczyć całkowitą sprawność energetyczną netto bloku ciepłowniczego w elektrociepłowni komunalnej, obejmującego turbozespół upustowo-kondensacyjny, który oddaje moc elektryczną brutto P_G i moc cieplną Q_u w parze upustowej o ciśnieniu p_u przy parametrach dolotowych p₀, t₀ i ciśnieniu w skraplaczu p_k. Sprawności turbozespołu wynoszą: η_iw, η_in, η_em, a względne zużycie mocy elektrycznej na potrzeby własne ε. Turbozespół jest zasilany parą świeżą z kotła parowego o sprawności η_kp przy sprawności rurociągów parowych η_r. Wodny kocioł szczytowy o sprawności η_kw jest połączony szeregowo z wymiennikiem podstawowym o sprawności η_w , zasilanym parą upustową, i oddaje moc cieplną Q_kw .

Schemat układu cieplnego elektrociepłowni upustowo-kondensacyjnej z wodnym kotłem szczytowym.

Dane (zestaw 13):

P_G = 30 [MW]

Q_u = 65 [$\frac{\text{MJ}}{s}$]

p_o = 14 [MPa]

t_o = 550 [ ̊C]

p_u = 0,2 [MPa]

p_k = 8 [kPa]

η_iw = 0,75

η_in = 0,8

η_em = 0,95

η_kp = 0,75

ε = 0,1

η_r = 0,98

η_kw = 0,7

η_w = 0,98

Q_kw = 70 [$\frac{\text{MJ}}{s}$]

i₁(p_o­ , t_o) = 3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

s₁(p_o , t_o) = 6,5648 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}*K}$]

i_2s(p_u , s_2s=s₁) = 2485,1492 [$\frac{\text{kj}}{\text{kg}}$]

i₄(p_k , x₄=0) = 173,8518 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

i₅(p_u , x₅=0) = 504,6838 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

η_iw = $\frac{i_{1} - i_{2}}{i_{1} - i_{2s}}$ => i₂ = i₁ – η_iw*(i₁-i_2s)

i₂ = 3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 0,75*(3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 2485,1492 [$\frac{\text{kj}}{\text{kg}}$]) = 2729,109 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

s₂(i₂ , p­_u) = 7,1842 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}*K}$]

i_3s(s_3s=s₂ , p_k) = 2247,9825 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

η_in = $\frac{i_{2} - i_{3}}{i_{2} - i_{3s}}$ => i₃ = i₂ – η_in*(i₂-i_3s)

i₃ = 2729,109 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 0,8*(2729,109 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 2247,9825 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) = 2344,208 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

Strumień masy pary upustowej:

Q_u = D_u*(i₂-i₅) => D_u = $\frac{Q_{u}}{i_{2} - i_{5}}$ = $\frac{65\ \lbrack\frac{\text{MJ}}{s}\rbrack}{2729,109\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack - \ 504,6838\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack\ }$ = 29,221 [$\frac{\text{kg}}{s}$]

Strumień masy pary:

D_k = $\frac{P_{G} - D_{u}*\left( i_{1} - i_{2} \right)*\eta_{\text{em}}}{\left( i_{1} - i_{3} \right)*\eta_{\text{em}}}$ = $\frac{30\ \lbrack MW\rbrack - 29,221\ \lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack*\left( 3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2729,109\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack \right)*0,95}{\left( 3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2344,208\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack \right)*0,95}$ = 9,127 [$\frac{\text{kg}}{s}$]

Moc cieplna dostarczana w paliwie do kotła wodnego:

Q_kw = Q_KW*η_kw => Q_KW = $\frac{Q_{\text{kw}}}{\eta_{\text{kw}}}$ = $\frac{70\ \lbrack\frac{\text{MJ}}{s}\rbrack}{0,7}$ = 100 [MW]

Całkowita moc cieplna doprowadzona do turbozespołu:

Q_T = D_u*(i₁-i­₅)+D_k*(i₁-i₄)

Q_T = 29,221 [$\frac{\text{kg}}{s}$] *(3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] - 504,6838 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$])+ 9,127 [$\frac{\text{kg}}{s}$] *(3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] -173,8518 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$])

Q_T = 116,388 [MW]

Moc cieplna dostarczana w paliwie do kotła parowego:

Q_T = η_kp*η_r*Q_KP => Q_KP = $\frac{Q_{T}}{\eta_{\text{kp}}*\eta_{r}}$ = $\frac{116,388\ \lbrack MW\rbrack}{0,75*0,98}$ = 158,35 [MW]

Całkowita sprawność energetyczna netto bloku ciepłowniczego:

η_n^EC= $\frac{P_{G}*\left( 1 - \varepsilon \right) + Q_{u}*\eta_{w} + Q_{\text{kw}}}{Q_{\text{KP}} + Q_{\text{KW}}}$ = $\frac{30\ \left\lbrack \text{MW} \right\rbrack\ *\ \left( 1\ - \ 0,1 \right)\ + \ 65\ \left\lbrack \frac{\text{MJ}}{s} \right\rbrack\ *\ 0,98\ + \ 70\ \left\lbrack \frac{\text{MJ}}{s} \right\rbrack}{158,35\ \left\lbrack \text{MW} \right\rbrack\ + \ 100\ \lbrack MW\rbrack}$ = 0,622 = 62,2 %