Транспортно-энергетический факультет
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
Т.А. Посягина
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
«Энергосбережение»
Направление подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Профиль подготовки «Электроснабжение»
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Кумертау, 2015
УДК 621.315.5
ББК 45.09
П 61
Рецензент – кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» КФ ОГУ С.В. Зверев
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Энергосбережение» Направление подготовки студентов: 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»; профиль подготовки студентов: Электроснабжение / Сост. Посягина Т.А. - Кумертау: Кумертауский филиал ОГУ, 2015. –21с.
Методические указания предназначены к выполнению курсовой работы по дисциплине «Энергосбережение» для студентов направления подготовки Направление подготовки студентов: 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» всех форм обучения.
Методические указания рассмотрены на заседании кафедры электроснабжения промышленных предприятий № протокола______ «___»______20__
Методические указания рекомендованы к изданию решением научно-методического совета Кумертауского филиала ОГУ, протокол № ___, от «___» ______20___.
© Посягина Т.А. 2015
© Кумертауский филиал ОГУ, 2015
Содержание
| Введение……………………………………………………………………… | ||
| 1 Содержание курсовой работы……………………………………………. | ||
| 2 Основные сведения по выполнению курсовой работы………………… | ||
| 2.1 Цикл Ренкина паротурбинной установки (ПТУ)…………………… | ||
| 2.2 Термический КПД цикла Ренкина…………………………………… | ||
| 2.3 Внутренняя энергия пара перед конденсатором…………………… | ||
| 2.4 Внутренняя энергия пара перед конденсатором …………………….. | ||
| 2.5 Дросселирование водяного пара………………………………………. | ||
| 2.6 Процесс дросселирования водяного пара……………………………. | ||
| 2.7 Процесс теплопередачи……………………………………………….. | ||
| 2.8 Передача теплоты конвекцией………………………………………... | ||
| 2.9 Сложный теплообмен………………………………………………….. | ||
| Рекомендуемая литература………………………………………………… | ||
Введение
Дисциплина «Энергосбережение» относится к относится к вариативной части учебного плана подготовки бакалавров 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль подготовки: «Электроснабжение» (Б.1.В.ОД.12) и изучается студентами очной формы обучения в 8 семестре, заочной формы – 10 семестре. При выполнении курсовой работы у студента должны сформироваться элементы следующих компетенций:
- способен осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий (ОПК – 1);
- способен применять соответствующий физико-математический аппарат, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных (ОПК – 2);
- способен рассчитывать режимы работы объектов профессиональной деятельности (ПК – 6);
Настоящие методические указания составлены для оказания помощи при выполнении курсовой работы по дисциплине «Энергосбережение». Пояснительная записка оформляется студентами заочной формы обучения согласно требованиям стандарта организации СТО «Работы студенческие. Общие требования и правила оформления» (утв. Ученым Советом Кумертауского филиала ОГУ 29.11.12, протокол №20) и сдаются преподавателю в конце семестра.
Курсовой проект выполняется в соответствии с организационно-методическими данными дисциплины «Энергосбережение», представленными в рабочей программе и имеет трудоемкость - 36 часов.
1 Содержание курсовой работы
Введение
1 Цикл Ренкинапаротурбинной установки (ПТУ)
1.1 Термический КПД цикла Ренкина
1.2 Удельный расход пара турбиной
1.3 Внутренняя энергия пара перед конденсатором ПТУ
2 Дросселирование водяного пара
1.5 Процесс дросселирования водяного пара
3 Теплопередача
3.1 Процесс теплопередачи
Передача теплоты конвекцией
Сложный теплообмен
Заключение
Литература
Графическая часть (А1)
- Схема паротурбинной установки (ПТУ);
- Передача теплоты через плоскую однослойную и многослойную стенку.
2 Основные сведения по выполнению курсовой работы
В настоящее время для получения электрической энергии используют различные типы электростанций. Однако, по типам электростанций, очевидно, преобладают тепловые электростанции (ТЭС) (66%). С одной стороны, их основные преимущества заключаются в относительно свободном размещении, связанным с широким распространением топливных ресурсов в России; способности вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). При этом, с другой стороны, к недостаткам ТЭС относятся: использование невозобновляемых топливных ресурсов; низкий КПД, крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Несмотря на изложенное выше, в ближайшей перспективе по прогнозам специалистов [2], доля ТЭС в приросте производства электроэнергии будет преобладать, напротив, прирост производства на АЭС (16%) в связи с повышением требований к их безопасности будет незначительным, а сооружение ГЭС (18%) будет ограничиваться возведением плотин в условиях с минимальными площадями затопления.
На современных ТЭС большой мощности превращение теплоты в работу производится в циклах, использующих в качестве рабочего тела водяной пар высоких давлений и температур. Вызвано это тем, что процесс фазового перехода "вода - пар" требует очень большого количества энергии. Соответственно, и обратный процесс - конденсация - протекает с выделением большого количества энергии. Таким образом, пар очень удобно использовать для отопления помещений, нагрева различного рода сред, химических реакторов, процессов варки и т.п.
При парообразовании в неограниченном объеме вся жидкость может превратиться в пар. Если процесс парообразования происходит в закрытой емкости, то между процессами парообразования и конденсации может наступить равновесие. Пар в таком состоянии принимает максимальную плотность при данной температуре и давлении и называется насыщенным. Таким образом, насыщенный пар - это пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкостью, из которой он получается. При изменении температуры жидкости равновесие нарушается, что приводит к соответствующему изменению плотности и давления насыщенного пара. При испарении всей жидкости получается сухой насыщенный пар, не содержащий частиц жидкой фазы. Влажный насыщенный пар - насыщенный пар, который содержит мельчайшие капельки жидкости. Отношение массы сухого насыщенного пара, содержащегося во влажном паре, к общей массе влажного насыщенного пара называется степенью сухости пара (паросодержанием) т.е. степень сухости определяет долю сухого насыщенного пара во влажном паре. Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности пара. Если к сухому насыщенному пару подводить тепло, то температура его будет возрастать, в результате чего получится перегретый пар.
Проблеме повышения КПД ТЭС, а именно экономии энергии в котлах, эффективности изоляции ограждающих его поверхностей посвящена курсовая работа, состоящая из трех заданий, варианты которых предложены студентам.
Цикл Ренкина паротурбинной установки (ПТУ)
Современная стационарная теплоэнергетика базируется, в основном, на паротурбинных установках (ПТУ). По состоянию на начало 2000-х годов по циклу Ренкина в разных его вариациях, с использованием паровых турбин, вырабатывалось около 90 % всей электроэнергии, потребляемой в мире, включая паросиловые установки солнечных, атомных, тепловых электростанций, использующих в качестве топлива мазут, газ, уголь или торф. Рабочим телом таких установок является вода и водяной пар. Принципиальная тепловая схема ПТУ, работающей по циклу Ренкина показана на рисунке 1.
ПГ – парогенератор; ПП – пароперегреватель; ПТ – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор; К – конденсатор; ПН – питательный насос.
Рисунок 1 – Схема паротурбинной установки (ПТУ)
В парогенераторе за счет теплоты сгораемого топлива вода, нагнетаемая питательным насосом, превращается в водяной пар, который затем поступает в турбину, вращающую электрогенератор. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая в свою очередь преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор, где он конденсируется. Далее питательный насос нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая, таким образом, цикл.
Таким образом, цикл Ренкина (См. рисунок 2) является теоретическим выражением работы термодинамических процессов, происходящих при работе паросиловых установок в режиме повторения. Можно выделить основные операции, входящие в этот цикл h-s диаграмме:
- жидкость испаряется при высоком давлении (4 – 1);
- молекулы воды в газообразном состоянии расширяются (1 – 2);
- влажный пар конденсируется на стенках сосуда (2 – 3);
- давление жидкости увеличивается (возвращается в исходное значение) (3 – 4).
Рисунок 2 – Цикл Ренкина
На h-s диаграмме изображаются: линии изобар (p = const); линии изотерм (t = const); в области влажного пара изотермы не представлены, так как они совпадают с изобарами; изохоры (v = const) – пунктирной линией или линией другого цвета; линии постоянной степени сухости влажного пара (x = const) в области влажного насыщенного пара.
Рисунок 3 – Определение параметров влажного водяного пара
На рисунке 3 представлен примеропределения температуры насыщения, энтальпии и энтропии влажного водяного пара при давлении 2,0 бара и степени сухости 0,9. Для определения температуры пара, сначала определяем температуру насыщения пара при заданном давлении 2,0 бара и степени сухости 0,9 (Точка А). Затем поднимаемся по изобаре 2,0 бара вверх до пересечения с линией сухости (x = 1), через нее проходит искомая изотерма tн = 120 0С.
2.2 Термический КПД цикла Ренкина ПТУ
Условие задания №1: Паросиловая установка работает по циклу Ренкина. Параметры начального состояния заданы: Р1; t1. Давление в конденсаторе Р2. Определить термический КПД.
Решение: Термический КПД цикла Ренкина равен[]:
где h1 и h2 – энтальпии пара до и после адиабатного расширения в турбине, кДж/кг;
определяем по диаграмме h-s (приложение);
h′2 – энтальпия питательной воды, определяем по формуле:
h′2 = Ср · tн
где Ср = 4,19 кДж/(кг · К), теплоемкость воды;
tн – температура насыщенного пара в конденсаторе (См. рисунок 3).