Tatarata Jakub

13E1

Projekt 1: Elektrociepłownia przeciwprężna

Należy obliczyć caÅ‚kowitÄ… sprawność energetycznÄ… brutto i netto elektrociepÅ‚owni przemysÅ‚owej, w której turbozespół przeciwprężny oddaje moc cieplnÄ… Q_p w parze o ciÅ›nieniu p_p. Należy przyjąć parametry pary dolotowej p₀ i t₀, sprawność wewnÄ™trznÄ… turbiny η_i, i sprawność elektromechanicznÄ… zespoÅ‚u η_em. Należy zaÅ‚ożyć, że sprawność kotÅ‚owni wraz z rurociÄ…gami parowymi wynosi η_kr, a wzglÄ™dne zużycie mocy elektrycznej na potrzeby wÅ‚asne ε. Należy również okreÅ›lić jednostkowe zużycie pary odniesione do mocy elektrycznej brutto, sprawnoÅ›ci czÄ…stkowe wytwarzania mocy elektrycznej i cieplnej w tej elektrociepÅ‚owni oraz jednostkowe zużycie ciepÅ‚a przypadajÄ…ce na oba rodzaje mocy, zakÅ‚adajÄ…c kolejno dwie przeciwstawne metody podziaÅ‚u tego zużycia: fizycznÄ… i termodynamicznÄ…. W przypadku metody termodynamicznej, zaÅ‚ożyć ciÅ›nienie w skraplaczu na poziomie p_k=5[kPa].

Schemat układu cieplnego elektrociepłowni przeciwprężnej.

Dane (zestaw 13):

Q_p = 50 [$\frac{\text{MJ}}{s}$]

p_o = 14 [MPa]

t_o = 550 [ ÌŠC]

p_p = 0,5 [MPa]

η_i = 0,8

η_em = 0,95

η_kr = 0,75

ε = 0,1

p_k = 5 [kPa]

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

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

i_q(p_p , x=0) = 640,1853 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

i_pth(s_pth=s_o , p_p) = 2639,4044 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

i_ks(p_k , x=0) = 2001,0108 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$](zle odczytane!!!!!!!)

η_i = $\frac{i_{o} - i_{p}}{i_{o} - i_{\text{pth}}}$ => i_p = i_o – η_i*(i_o-i_pth)

i_p = 3460,99 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 0,8 * (3460, 9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 2639, 4044 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) = 2803,721 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

• StrumieÅ„ masy pary:

D_p = $\frac{Q_{p}}{i_{p} - i_{q}}$ = $\frac{50\ \lbrack\frac{\text{MJ}}{s}\rbrack}{2803,721\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack\ - \ 640,1853\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}$ = 23,11 [$\frac{\text{kg}}{s}$]

• CaÅ‚kowita moc cieplna doprowadzona do turbozespoÅ‚u:

Q_T = D_p*(i_o – i_q) = 23,11 [$\frac{\text{kg}}{s}$] * (3460, 9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 640, 1853 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) = 65,19 [MW]

• Moc elektryczna brutto na zaciskach generatora:

P_p = D_p*(i_o – i_p)*η_em = 23,11 [$\frac{\text{kg}}{s}$] * (3460, 9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 2803, 721 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) * 0,95 = 14,43 [MW]

• Jednostkowe zużycie pary przez turbozespół odniesione do mocy elektrycznej generatora:

d_p = $\frac{3600}{\left( i_{o} - i_{p} \right)*\eta_{\text{em}}}$ = $\frac{3600}{\left( 3460,9872\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack\ - \ 2803,721\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack \right)*0,95}$ = 5,766 [$\frac{\text{kg}}{\text{kWh}}$]

• CaÅ‚kowita sprawność energetyczna elektrociepÅ‚owni brutto:

η_b^EC = η_kr*$\frac{P_{p} + Q_{p}}{Q_{T}}$ = 0,75*$\frac{14,43\ \left\lbrack \text{MW} \right\rbrack\ + 50\ \lbrack MW\rbrack}{65,19\ \lbrack MW\rbrack}$ = 0,741 = 74,1%

• CaÅ‚kowita sprawność energetyczna elektrociepÅ‚owni netto:

η_n^EC = η_kr*$\frac{P_{p}*\left( 1 - \varepsilon \right) + Q_{p}}{Q_{T}}$ = 0,75 *$\ \frac{14,43\ \left\lbrack \text{MW} \right\rbrack\ *\ \left( 1 - 0,1 \right)\ + \ 50\ \lbrack MW\rbrack}{65,19\ \lbrack MW\rbrack}$ = 0,725= 72,5 %

Sprawności cząstkowe:

1. Metoda fizyczna:

• Na wytwarzanie mocy elektrycznej przypada:

Q_Te = D_p*(i₀-i_p) = 23,11 [$\frac{\text{kg}}{s}$] * ( 3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 2803,721 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) = 15,19[MW]

• Na wytwarzanie mocy cieplnej przypada:

Q_Tc = D_p*(i_p-i_q) = 23,11 [$\frac{\text{kg}}{s}\rbrack\ $* (2803,721 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 640,1853 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) = 50 [MW]

• Sprawność czÄ…stkowa elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej zawiÄ…zana z wytwarzaniem mocy elektrycznej netto:

η_ne^EC = η_kr*η_em*(1 – ε) = 0,75*0,95*(1 – 0,1) = 0,641 = 64,1 %

• Sprawność czÄ…stkowa elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej zwiÄ…zana z wytwarzaniem mocy cieplnej oddawanej z wylotu turbiny:

η_nc^EC = η_kr = 0,75 = 75 %

• Jednostkowe zużycie ciepÅ‚a w elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej odniesione do mocy elektrycznej netto:

q_ne^EC = $\frac{3600}{\eta_{\text{ne}}^{\text{EC}}}$ = $\frac{3600}{0,641}$ = 5614,04 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kW}h}$]

• Jednostkowe zużycie ciepÅ‚a w elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej odniesione do mocy cieplnej:

q_nc^EC = $\frac{1}{\eta_{\text{nc}}^{\text{EC}}}$ = $\frac{1}{0,75}$ = 1,333 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kJ}}$]

1. Metoda termodynamiczna:

η_i = $\frac{i_{o} - i_{k}}{i_{o} - i_{\text{ks}}}$ => i_k = i_o – η_i*(i_o-i_ks)

i_k = 3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 0,8*(3460,9872 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$] – 2001,0108 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]) = 2293,006 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$]

• Na wytwarzanie mocy elektrycznej przypada:

Q_Te = Q_T*$\frac{i_{0} - i_{p}}{i_{0} - i_{k}}$ = 65,19 [MW] * $\frac{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2803,721\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2293,006\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}$ = 36,685 [MW]

• Na wytwarzanie mocy cieplnej przypada:

Q_Tc = Q_T*$\frac{i_{p} - i_{k}}{i_{0} - i_{k}}$ = 65,19 [MW] *$\frac{2803,721\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack\ \ - 2293,006\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2293,006\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack\ }$ = 28,505 [MW]

• Sprawność obiegu przeciwprężnego odniesiona do mocy elektrycznej:

η_op^EC = η_ok^EC = $\frac{i_{o} - i_{k}}{i_{o} - i_{q}}$ = $\frac{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2293,006\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack\ }{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 640,1853\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}$ = 0,4141= 41,41%

• Sprawność czÄ…stkowa elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej zawiÄ…zana z wytwarzaniem mocy elektrycznej netto:

η_ne^EC = η_kr * η_op^EC * η_em * (1 – ε) = 0,75*0,4141*0,95*(1 - 0,1) = 0,2655= 26,55 %

• Sprawność czÄ…stkowa elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej zwiÄ…zana z wytwarzaniem mocy cieplnej oddawanej z wylotu turbiny:

η_nc^EC = η_kr * $\frac{i_{p} - i_{q}}{i_{o} - i_{q}}$* $\frac{i_{o} - i_{k}}{i_{p} - i_{k}}$ = 0,75 * $\frac{2803,721\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack\ \ - 640,1853\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 640,1853\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}$ * $\frac{3460,9872\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack - 2293,006\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}{2803,721\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack\ \ - 2293,006\ \lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack}$ = 1,3156

η_nc^EC = 131,56 %

• Jednostkowe zużycie ciepÅ‚a w elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej odniesione do mocy elektrycznej netto:

q_ne^EC = $\frac{3600}{\eta_{\text{ne}}^{\text{EC}}}$ = $\frac{3600}{0,2655}$ = 13558,51 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kW}h}$]

• Jednostkowe zużycie ciepÅ‚a w elektrociepÅ‚owni przeciwprężnej odniesione do mocy cieplnej:

q_nc^EC = $\frac{1}{\eta_{\text{nc}}^{\text{EC}}}$ = $\frac{1}{1,3156\ }$ = 0,7601 [$\frac{\text{kJ}}{\text{kJ}}$]