BADANIE MASZYN-LABORATORIUM

Ćwiczenie 63-Bilans elektrociepłowni

Grupa I poniedziałek 13¹⁵

1.Bilans wymienników wody sieciowej

Strumień masy wody zasilającej

$$m_{w} = \frac{Q}{C_{w} \bullet (T_{w2} - T_{w1})} = \frac{90000}{4,187 \bullet \left( 105 - 50 \right)} = 390,8kg/s$$

Przyrost temperatury na wymiennikach

$$T = \frac{T_{w2} - T_{w1}}{3} = \frac{105 - 55}{3} = 18,3$$

Temperatura między wymiennikami

T_a = T_w1 + T = 50 + 18, 3 = 68, 3

T_b = T_w1 + 2T = 50 + 2 • 18, 3 = 86, 6

Parametry pary w punkcie 6

T₆ = T_a + δT = 68, 3 + 5 = 73, 3

Entalpia odczytana dla temperatury T₆ na linii nasycenia pary

i₆^″ = 2632 kJ/kg

I dla linii nasycenia wody

i₆^′ = 307 kJ/kg

Strumień pary

$$D_{6} = \frac{m_{w} \bullet C_{w} \bullet (T_{a} - T_{w1})}{\eta \bullet (i_{6}^{''} - i_{6}^{'})} = \frac{390,8 \bullet 4,187 \bullet (68,3 - 50)}{0,98 \bullet (2632 - 307)} = 13,16\ kg/s$$

Parametry pary w punkcie 5

T₅ = T_b + δT = 86, 6 + 5 = 91, 6

Entalpia odczytana dla temperatury T₅ na linii nasycenia pary

i₅^″ = 2663 kJ/kg

I dla linii nasycenia wody

i₅^′ = 384 kJ/kg

Strumień pary

$$D_{5} = \frac{m_{w} \bullet C_{w} \bullet (T_{b} - T_{a})}{\eta \bullet (i_{5}^{''} - i_{5}^{'})} = \frac{390,8 \bullet 4,187 \bullet (86,6 - 68,3)}{0,98 \bullet (2663 - 384)} = 13,4\ kg/s$$

Parametry pary w punkcie 4

T₄ = T_w2 + δT = 105 + 5 = 110

Entalpia odczytana dla temperatury T₄ na linii nasycenia pary

i₄^″ = 2692 kJ/kg

I dla linii nasycenia wody

i₄^′ = 461 kJ/kg

Strumień pary

$$D_{4} = \frac{m_{w} \bullet C_{w} \bullet (T_{w2} - T_{b})}{\eta \bullet (i_{4}^{''} - i_{4}^{'})} = \frac{390,8 \bullet 4,187 \bullet (105 - 86,6)}{0,98 \bullet (2692 - 461)} = 13,7\ kg/s$$

Suma strumieni w wymiennikach 4,5 i 6

D = D₄ + D₅ + D₆ = 40, 26kg/s

Entalpia kondensatu

$$i^{'} = \frac{D_{4} \bullet i_{4}^{'} + D_{5} \bullet i_{5}^{'} + D_{6} \bullet i_{6}^{'}}{D} = \frac{13,7 \bullet 461 + 13,4 \bullet 384 + 13,16 \bullet 307}{40,26} = 385kJ/kg$$

2.Bilans układu odsalania i odmulania

Dla ciśnienia odsolin 0,12 MPa odczytano temperaturę w odgazowywaczu p_ods=p_odg

T_odg = 105

Obliczam entalpie i_s’ oraz i_s” dla temperatury odgazowywacza na linii nasycenia wody i pary

i_s^″ = 2684 kJ/kg

i_s^′ = 439 kJ/kg

Temperatura T_Kods odczytana dla ciśnienia p_Kods

T_Kods = 339

Entalpia odsolin i’_ods odczytana dla temperatury nasycenia na linii wody

i_ods^′ = 1593kJ/kg

Strumień pary D_s

1-pierwsze równanie uwikłane

$$D_{s} = \frac{0,005 \bullet (i_{\text{ods}}^{'} - i_{s}^{'})}{i_{s}^{''} - i_{s}^{'}} \bullet D_{\text{wz}}$$

X

$$X = \frac{0,005 \bullet (1593 - 439)}{2684 - 439} = 0,003$$

Bilans podgrzewaczy regeneracyjnych

Temperatura między podgrzewaczami regeneracyjnymi wody

$$t_{x} = \frac{T_{\text{wz}} + T_{\text{odg}}}{2} = \frac{200 + 105}{2} = 152,5$$

Bilans pierwszego podgrzewacza regeneracyjnego

T₁ = T_wz + δT = 200 + 5 = 205

Entalpia pary w punkcie 1 na linii nasycenia wody

i₁^′ = 875kJ/kg

Entalpia pary w punkcie 1 na linii nasycenia pary

i₁^″ = 2794kJ/kg

2-drugie równanie uwikłane

$$D_{1} = \frac{C_{w} \bullet (T_{\text{wz}} - t_{x})}{\eta \bullet (i_{1}^{''} - i_{1}^{'})} \bullet D_{\text{wz}}$$

Y

$$Y = \frac{4,187 \bullet (200 - 152,5)}{0,98 \bullet \left( 2794 - 875 \right)} = 0,106$$

Bilans drugiego podgrzewacza regeneracyjnego

T₂ = t_x + δT = 152, 5 + 5 = 157, 5

Entalpia w punkcie 2 na linii nasycenia wody

i₂^′ = 664kJ/kg

Entalpia w punkcie 2 na linii nasycenia pary

i₂^″ = 2755kJ/kg

D₂ • i₂^′ + D₁ • i₁^′ + C_w • T_odg • D_wz = =(D₁+D₂) • i₂^′ + C_w • t_x • D_wz + (1 −  η)•(D₂ • (i₂^″+i₂^′) + D₁ • (i₁^′+i₂^′))

3-trzecie równanie uwikłane

$$D_{2} = \left( \frac{i_{2}^{'} \bullet \left( X + Y \right) + C_{w} \bullet t_{x} + \left( 1 - \ \eta \right) \bullet Y \bullet \left( i_{1}^{''} - i_{2}^{'} \right) - Y \bullet i_{1}^{'} - C_{w} \bullet T_{\text{odg}}}{i_{2}^{''} - \left( 1 - \ \eta \right) \bullet (i_{2}^{''} - i_{2}^{'})} \right) \bullet D_{\text{wz}}$$

Z

$$Z = \left( \frac{664 \bullet \left( 0,003 + 0,106 \right) + 4,187 \bullet 152,5 + \left( 1 - \ 0,98 \right) \bullet 0,106 \bullet \left( 2684 - 664 \right) - 0,106 \bullet 439 - 4,187 \bullet 105}{2755 - \left( 1 - \ 0,98 \right) \bullet (2755 - 664)} \right) = 0,066$$

Entalpia i₃’’

$$i_{3}^{''} = \frac{i_{2}^{''} + i_{4}^{''}}{2} = \frac{2755 + 2692}{2} = 2723kJ/kg$$

Bilans odgazowywacza

4- czwarte równanie uwikłane

D₃ = D_wz − D_s − D₁ − D₂ − D

D₃ = D_wz • (1−X−Y−Z) − D

V

V = 1 − X − Y − Z = 1 − 0, 003 − 0, 106 − 0, 066 = 0, 825

Obliczenie strumienia wody zasilającej

$$D_{\text{wz}} = \frac{D_{s} \bullet i_{s}^{''} + \left( D_{1} + D_{2} \right) \bullet i_{2}^{'} + D_{3} \bullet i_{3}^{''} + D_{i^{'}}}{T_{\text{odg}} \bullet C_{w}}$$

$$D_{\text{wz}} = \frac{D \bullet \left( i^{'} - i_{3}^{''} \right)}{\left( T_{\text{odg}} + 273 \right) \bullet C_{w} - X \bullet i_{s}^{''} - Y \bullet i_{2}^{'} - Z \bullet i_{2}^{'} - V \bullet i_{3}^{''}} =$$

$$= \frac{40,26 \bullet (385 - 2723)}{\left( 105 \right) \bullet 4,187 - 0,003 \bullet 2684 - 0,106 \bullet 664 - 0,066 \bullet 664 - 0,825 \bullet 2723} = 48,84kg/s$$

Obliczenie poszczególnych strumieni

D_s = X • D_wz = 0, 003 • 48, 84 = 0, 147 kg/s

D₁ = Y • D_wz = 0, 106 * 48, 84 = 5, 17 kg/s

D₂ = Z • D_wz = 0, 066 • 48, 84 = 3, 22 kg/s

D₃ = D_wz − D_s − D₁ − D₂ − D = 48, 84 − 0, 147 − 5, 17 − 3, 22 − 40, 26 = 0, 043 kg/s 

Moc wewnętrzna turbiny

Entalpia w punkcie 0

i₀ = 3430

N_i = D₁ • (i₀−i₁^″) + D₂ • (i₀−i₂^″) + D₃ • (i₀−i₃^″) + D₄ • (i₀−i₄^″) + D₅ • (i₀−i₅^″) + D₆ • (i₀−i₆^″)=

=12, 7 • (3430−2794) + 7, 9 • (3430−2755) + 58, 5 • (3430−2723) + 13, 7 • (3430−2692) + 13, 4 • (3430−2663) + 13, 16 • (3430−2632) = 85, 7MW

Wnioski:

Elektrociepłownia jest przykładem gospodarki skojarzonej, w której tworzona jest jednocześnie energia elektryczna i ciepło dla miejskiej sieci ciepłowniczej w tym samym procesie. Wykorzystanie kogeneracji daje duże korzyści ekonomiczne i ekologiczne. W procesie tworzenia energii elektrycznej za turbiną para ma bardzo wysokie ciśnienie i temperaturę, które jednak przy zastosowaniu kolejnych stopni turbiny nie są w stanie przekazać jej całej swojej energii i para jedynie stanowiła by opór. Para ta musi zostać schłodzona i z powrotem przetransportowana do kotła. Tu pojawia się miejsce do zastosowania upustów regeneracyjnych zwiększających sprawność bloku i wymienników wody sieciowej służących jednocześnie do skondensowania pary i podgrzania wody sieciowej. Nasza osłona bilansowa nałożona jest na następujące elementy elektrociepłowni: kocioł, turbinę, wymienniki wody sieciowej, przegrzewacze regeneracyjne i odgazowywacz. W naszym przypadku są to dwa upusty odchodzące ze stopnia wysoko prężnego kierowane do podgrzewaczy regeneracyjnych. Trafia tam około 18% pary co pozwala nam podgrzać wodę idącą do kotła do temperatury ponad 200 ^oC. Kolejny upust trafia do odgazowywacza. Odgazowywacz ma zadanie przygotować wodę trafiającą do obiegu. Woda ta musi być pozbawiona gazów, soli mineralnych i części stałych. Strumień kierowany do odgazowywacza, w naszym przypadku, wynosi mały ułamek całości pary z turbiny. Dzieje się tak, dlatego że nasze dane są danymi teoretycznymi. W żeczywistości ilość ta jest większa. Zapotrzebowanie na parę związane jest z potrzebą podgrzania wody w celu pozbawiania jej gazów, które mają zły wpływ na sprawność całego procesu i żywotność elementów układu. Ze względu na duże gabaryty całego układu ciężko jest utrzymać jego szczelność i z powodu wycieków nie możemy wykorzystywać cały czas tej samej ilości wody. Uzupełnianie braków odbywa się w odgazowywaczu. Ostatnie trzy upusty kierowane są na wymienniki wody sieciowej. W sumie kierowane jest na nie pozostałe 82% pary w równych ilościach na każdy. Tu odbywa się podgrzanie wody sieciowej do około 100 ^oC. Skondensowana para wodna trafia przez odgazowywacz z powrotem do kotła. Wysokość wartości sprawności o jaki możemy podwyższyć działanie kogeneracji zależy od zapotrzebowania na ciepło i możliwości układu do transportowania wody. Sprawność elektrociepłowni znacznie spada w okresie letnim kiedy para chłodzona jest przez wodę z Odry. Wielkość układu musi być tak dobrana aby para w wymiennikach mogła zostać schłodzona i jednocześnie aby woda sieciowa została podgrzana do wymaganej temperatury.