Работа теплонасосной установки совместно с гту

• Название: Работа теплонасосной установки совместно с гту
• Дата: 04.12.2022
• Размер: 450.17 Kb.
• Имя файла: Nadin_Kursovaya_Rabota (3).docx
• Тип: Курсовая; #828123

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ» (РУДН)

Инженерная академия

Департамент машиностроения и приборостроения

Курсовая работа

по предмету: «Когенерационные установки на базе тепловых двигателей»

на тему: «Работа теплонасосной установки совместно с ГТУ»

Выполнил: студент гр.

ИЭМмд-02-21

Эссола Надин

Проверил: Рамазанов Э.Р.

Москва

2021

Содержание

Введение 3

Глава 1. Расчет ТНУ с приводом компрессора от электродвигателя 4

Глава 2. Работа теплонасосной установки совместно с ГТУ 11

Выводы 15

Список литературы: 16

Введение

Теплонасосная установка (ТНУ) ­— это тепловая машина, преобразующая теплоту с низкой температурой в теплоту с более высокой температурой.

Теплота с низкой температурой берется из окружающей среды: это может быть теплота атмосферного воздуха, морской, речной или озерной воды или вторичные энергоресурсы (ВЭР).

На единицу затраченного топлива с помощью ТНУ можно получить в 1,1—2,5 раза больше тепла, чем при прямом сжигании топлива.

ТНУ имеют широкое применение за счет существенного сбережения невозобновляемых топливных энергоресурсов, способствует защите окружающей среды, в том числе путем сокращения СО₂ (парникового газа) в атмосферу. А также обеспечивает возможность регулирования электрических нагрузок.

Глава 1. Расчет ТНУ с приводом компрессора от электродвигателя

Для проведения расчета выбираем одноступенчатую схему компрессионной ТНУ (рис. 1) с электрическим приводом компрессора. Его теоретический цикл представлен на рис. 2.

Источник низкотемпературного тепла (нижний источник) – вода; теплоноситель (верхний источник) – вода.






ЭД



711 кВт





Рис 1. Схема парокомпрессионной установки ТНУ

КМ – компрессор; К – конденсатор; ПО – переохладитель; РВ – регулирующий вентиль; И – испаритель, ЭД – электродвигатель.




Рис. 2. Теоретический цикл парокомпрессионной ТНУ, работающей на низкопотенциальных веществах в T,S – диаграмме
Процессы, протекающие в термодинамическом цикле парокомпрессионной установки ТНУ:

1 – 2 – сжатие рабочего агента (РА) в компрессоре;

2 – 3 – передача теплоты потребителю в конденсаторе с одновременной конденсацией РА.

3 – 4 – переохлаждение РА в переохладителе с отдачей с отдачей теплоты;

4 – 5 – снижение давление и температуры в результате дросселирования;

5 – 1 – передача теплоты от источника низкопотенциального тепла (ИНТ) к РА в испарителе.

Зададимся следующими исходными данными.
Исходные данные:

1. 
   тепловая производительность ТНУ -
   
2. 
   тип рабочего агента – фреон (дифторхлорметан, хладагент r142b, химическая формула фреона CНClF₂);
   
3. 
   температура нижнего источника тепла:
   

• 
  температура на входе в испаритель ,
  
• 
  температура на выходе из испарителя ;
  

4. 
   температура верхнего источника тепла:
   

• 
  температура на входе в переохладитель ,
  
• 
  температура на выходе из конденсатор ;
  

5. 
   КПД компрессора:
   

• 
  Внутренний КПД компрессора
  
• 
  - электромеханический КПД, учитывающий потери в электродвигателе, приводящем компрессор ТНУ.
  
• 
  
  

Расчет:

Реальный термодинамический цикл ТНУ в T,S – диаграмме, учитывающий потери в элементах ТНУ изображен на рис. 3.



Рис. 3. Термодинамический цикл ТНУ в T,S – диаграмме
В реальном теплонасосном цикле происходят следующие процессы изменения состояния рабочего агента:

1– 2 – сжатие РА в компрессоре;

2 – 3 – охлаждение и конденсация РА в конденсаторе

(2 – х – охлаждение пара до состояния насыщения, х – 3 – конденсация РА при );

3 – 4 – охлаждение жидкого РА в переохладителе:

4 – 5 – дросселирование РА в дроссельной вентиле

(в реальных установках регулирующий вентиль заменяется дросселем);

5 – 1 – испарение РА в испарителе ( ).

Для построения термодинамического цикла ТНУ необходимо знать его температуры в характерных точках.

Температуру кипения t_и принимают в зависимости от температуры источника низкопотенциального тепла (ИНТ), его типа и конструкции теплообменника.

.

Для случая, когда ИНТ является жидкостью, температурный напор в испарителе в зависимости от размеров теплообменника обычно принимают равным

.

Принимаем t_и = 5 ,



Температуру конденсации t_к принимают в зависимости от температуры теплопотребителя. Её расчёт производится по формуле

t_к= t_в2+t_к;

В случае, когда теплопотребителем является вода в зависимости от размеров теплообменника

- недогрев в конденсаторе.

Принимаем t_к = 5 ,



Температура жидкого РА перед регулирующим вентилем

.

Обычно, в зависимости от размеров теплообменника

- недогрев в переохладителе.

Принимаем t_по=10 ,



Используя приложение, находим основные параметры рабочего агента

R – 124b в характерных точках цикла:

• 
  т.1 – пар РА на линии насыщения х=1 для температуры кипения
  

t_и = 3⁰С;

• 
  т.3 – на линии насыщения при известной температуре ;
  
• 
  т.2’– перегретый пар при давлении (в случае отсутствия перегрева ), ;
  
• 
  т.4 – жидкая фаза РА на линии насыщения при температуре и ;
  
• 
  т.5 – влажный пар при давлении при, , при температуре
  

t_и= 3⁰С.

Перегрев рабочего агента перед входом в компрессор не предусмотрен.

Остальные параметры определяются по T-S диаграмме. В таблице 1 приведены параметры РА в характерных точках схемы.
Таблица 1

№ т.	р, МПа	t, оС	i, кДж/кг	s, кДж/кг К	v, м3/кг
1	0,572	20	409,993	1,718
2`	2,632	80	443	1,718
3	2,364	75	313,652
4	1,161	45	264,617
5	0,572	20	264,617

1. 
   Удельная внутренняя работа компрессора
   

2. 
   Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора
   

409,9+39,40 = 449,3

3. 
   Удельный подвод тепла в испарителе
   

4. 
   Удельный отвод тепла в конденсаторе
   

5. 
   Удельный отвод тепла в переохладителе
   

6. 
   Удельная теплопроизводительность, баланс тепла
   

7. Массовый расход рабочего агента

8. 
   Тепловой поток в испарителе
   

8. 
   Тепловой поток в конденсаторе
   

8. 
   Тепловой поток в переохладителе
   

8. 
   Удельный расход энергии
   

8. 
   Электрическая мощность компрессора
   

8. 
   Коэффициент преобразования
   

8. 
   Средняя температура нижнего источника тепла =
   

8. 
   Средняя температура верхнего источника тепла
   

8. 
   Эксергетическая температурная функция состояния холодного источника
   

8. 
   Эксергетическая температурная функция состояния горячего источника
   

8. 
   Эксергетический КПД ТНУ
   

Глава 2. Работа теплонасосной установки совместно с ГТУ

Для расчета примем двухвальную ГТУ—25ПЭ, в котором основу конструкции  составляет газотурбинный двигатель ПС-90ГП-25, разработанный на базе высокоэффективного авиационного двигателя ПС-90А с использованием узлов газотурбинных установок ГТУ-12П и ГТУ-16П.

Необходимые исходные данные для расчета представлены в таблице 2. Температура уходящих газов принята t_yx = 120°С (393 К), так как ГТУ работает на природном газе, который по содержанию вредных веществ является наиболее чистым. Схема двухвальной ГТУ изображена на рис. 4. Схема ТНУ с приводом компрессора от ГТУ представлена на рис. 5.














Рис. 4. Схема двухвальной ГТУ


t_ух =120

t_в2=70

t_П = 79,5



t_с = 423



t_в1 = 40 С



t_н1 = 25 С

t_н2 = 15 С


Рис. 5. Схема ТНУ с приводом компрессора от ГТУ

Таблица 2

Исходные данные

Мощность ГТУ, кВт		25000
Начальная температура газа, С		1239
Степень повышения давления		28,5
Расход воздуха, кг/с		87
Расход топлива, кг/ч		7000
Теплотворная способность топлива, кДж/кг		42000
Отношение		1,015
Температура ОГ, С		423
Температура уходящих газов, С		120
Относительное количество теплоты, передаваемое в масло		0,015
Расход газа, кг/с		88,305
Температура воды на входе в ТНУ (обратной сетевой воды), С		40
Подогрев сетевой воды в ТНУ		30
КПД компрессора ТНУ		0,85
Коэффициент преобразования		4,219

Расчет

Баланс теплоты в рассматриваемой установке определяется по выражению:



1) Количество тепла, получаемого сетевой водой в ТНУ:



2) Количество воды, получаемое сетевой водой в газоводяном теплообменнике:





3) Количество теплоты охлаждающего масла:



Химическое тепло топлива:



Тогда,


4) Задавшись величиной подогрева сетевой воды
,находим ее:



5) Температура воды на выходе из газоводяного теплообменника:



где

6) При этом значение полезной теплоты равно:



7) Коэффициент использования топлива (КИТ):





Таким образом, применение ТНУ в схеме ГТУ при увеличивает использование тепла на 75,1%.

Расчет для различных приведен в таблице 3

Таблица 3

	,	,	,	,	,
3	63750	28495,6	507,64	83,4	93470,58	81666,67	1,145	0,682
4,219	89653,75	28495,6	713,92	79,5	119374,3	81666,67	1,462	0,751
5	106250	28495,6	846,07	78,1	135970,6	81666,67	1,665	0,7814
5,5	116875	28495,6	930,68	77,3	146595,6	81666,67	1,795	0,7973
6	127500	28495,6	1015,29	76,7	157220,6	81666,67	1,925	0,811

Повторив расчет для различных (таблица 3), получим значение коэффициента использования тепла на рис. 6, из которого видно, что с увеличением коэффициента преобразования ТНУ растет коэффициент использования топлива.



Рис 6. Зависимость коэффициента использования топлива от коэффициента преобразования

Выводы

1) Коэффициент преобразования в расчёте ТНУ с электрическим приводом равен 4,219, из чего можно сделать вывод, что на каждый затраченный кВт электроэнергии получаем 4,219 кВт тепловой энергии.

2) Значение эксергетического КПД ТНУ составило 43,83%, из чего следует, что при передаче тепла от ИНТ сетевой воде передаётся только около 43,8% тепла.

3) Использование ТНУ, с коэффициентом преобразования равным 4,219, совместно с ГТУ увеличивает использование тепла на 75,1%. С увеличением коэффициента преобразования увеличивается и использование тепла.

4) При использовании ТНУ, с коэффициентом преобразования 4,219, совместно с ГТУ значение КИТ составило около 1,46.

5) По результатам расчёта был построен график зависимости КИТ от коэффициента преобразования, по которому было определено, что с увеличением коэффициента преобразования возрастает и КИТ.

Список литературы:

1. Шаталов И.К. Теплонасосные установки с приводом от тепловых двигателей: Учеб. пособие. – М.: РУДН, 2009.

2. Быков А.В., Калнинь И.М., Крузе А.С. Холодильные машины и тепловые насосы. – М.: Агропромиздат, 1998.

3. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. – М: Энергоиздат, 1982.

4. Шаталов И.К., Барский И.А. Регулировочные характеристики газотурбинных установок, схемы и определение основных параметров ПГУ: Учеб. пособие. – М.: Изд – во РУДН, 2003.

5. Трухний А.Д., Петрунин С.В. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного типа: Методическое пособие по курсу «Энергетические установки». – М.: Издательство МЭИ, 2001.