Α. Κύκλος Rankine ΑΤΜΟΛΕΒΗΤΕΣ-ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΑΞΗΣ. Ατμοστροβιλοεγκατάσταση λειτουργεί μεταξύ των πιέσεων 30 bar και 0,08 bar.η θερμοκρασία του υπέρθερμου ατμού είναι 400 C. Να υπολογιστεί ο θεωρητικός θερμοδυναμικός βαθμός απόδοσης του κύκλου και η ειδική κατανάλωση ατμού. 2. Σε εργοπαραγωγό κύκλο υδρατμού εκτελούνται οι παρακάτω διεργασίες: -2 Ισεντροπική συμπίεση (p 2 = 20 bar, x 2 =0, p =0, bar) 2-3 Iσόθλιπτη θέρμανση μέχρι τη θερμοκρασία t 3 =400 C 3-4 Εκτόνωση με ισεντροπικό βαθμό απόδοσης 90% 4- Ισόθλιπτη ψύξη (p 4 =0, bar) α) Σχηματική παράσταση του κύκλου σε διάγραμμα (t-s) και (h-s) β) Το ειδικό τεχνικό έργο σε κάθε διεργασία γ) Η ειδική θερμότητα σε κάθε διεργασία δ) Ο θερμικός βαθμός απόδοσης του κύκλου 3. Κύκλος Rankine με υδρατμό λειτουργεί με αναθέρμανση. Οι συνθήκες του ατμού στην έξοδο του λέβητα είναι 40 bar/400 C και η πίεση στο ψυγείο 0, bar. Ζητείται να προσδιορισθεί η απόδοση του κύκλου, η ειδική κατανάλωση του ατμού, η απαιτούμενη παροχή ατμού για ισχύ στροβίλου 0 MW και η ποσότητα του νερού στην έξοδο του στροβίλου. Δίνεται ισεντροπικός βαθμός στροβίλου 8%. 4. Η παρακάτω εγκατάσταση ισχύος με ατμό λειτουργεί μεταξύ των ορίων 80 bar/00 C και 0,06 bar. Ισεντροπικός βαθμός απόδοσης κάθε στροβίλου 8% Μηχανικός βαθμός απόδοσης στροβίλου-γεννήτριας 9% Βαθμός απόδοσης γεννήτριας 98% Πίεση αναθέρμανσης bar 6 8 9 HPT LPT G 7 0 C HPH 4 P2 3 FWH 2 P 2 3 EV
α) Το διάγραμμα (t-s) β) Η παροχή του ατμού στο στρόβιλο για να αποδίδει η γεννήτρια 0 MW γ) Ο βαθμός απόδοσης του κύκλου Rankine δ) Ο βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης όταν ο βαθμός απόδοσης του λέβητα είναι 87%. Το παρακάτω δίκτυο αφορά συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας για τις ανάγκες ενός εργοστασίου. Ατμός από την έξοδο του ατμοστροβίλου χρησιμοποιείται για την παροχή θερμότητας στις εγκαταστάσεις του εργοστασίου. Δίνονται: Συνθήκες ατμού στην είσοδο του στροβίλου 20 bar/400 C Πίεση στην έξοδο του στροβίλου 2 bar Θερμοκρασία επιστροφής συμπυκνωμάτων από το δίκτυο θέρμανσης 40 C Στην έξοδο του απαερωτή έχομε κεκορεσμένο νερό Ισχύς γεννήτριας 2 MW Ισεντροπικός βαθμός απόδοσης στροβίλου 8% Μηχανικός βαθμός απόδοσης 9% Βαθμός απόδοσης γεννήτριας 99% Βαθμός απόδοσης λέβητα 90% Θερμογόνος δύναμη καυσίμου 42000 kj/kg α) Η απαιτούμενη παροχή ατμού στο στρόβιλο β) Η αποδιδόμενη θερμική ενέργεια στο δίκτυο θέρμανσης γ) Η απαιτούμενη παροχή καυσίμου δ) Ο βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης συμπαραγωγής T G P 4 3 απαεριωτής 2 Δίκτυο θέρμανσης Β. Καύση 6. Σε ατμοπαραγωγό που καίει 36 t/h μαζούτ, η ποσότητα του οξυγόνου και αζώτου στα καυσαέρια είναι 3,33 kg/s. Να υπολογιστεί ο λόγος αέρα καύσης, εάν για τη στοιχειομετρική καύση kg μαζούτ απαιτείται ποσότητα 3,82 kg ξηρού αέρα και η περιεκτικότητα του μαζούτ σε άζωτο ανέρχεται σε 0,3% κατά μάζα.
7. Ένας ατμοπαραγωγός καίει: α) Υγρό καύσιμο με κατά μάζα σύσταση: C 80%, H 8%, S 2% και περίσσεια αέρα 30% β) Αέριο καύσιμο μεθάνιο και περίσσεια αέρα %. Να υπολογιστεί η % περιεκτικότητα του CO 2 στο ξηρό καυσαέριο για της δύο περιπτώσεις. 8. Σε ατμοπαραγωγό καίγεται φυσικό αέριο με την εξής κατά μάζα σύσταση: CH 4 =0,7 C 2 H 6 =0,24 N 2 =0,0 Αν η περίσσεια του αέρα καύσης είναι 0%, να υπολογιστούν: α) Η κατά μάζα σύσταση του ξηρού καυσαερίου σε CO 2 β) Η κατά μάζα σύσταση του ξηρού καυσαερίου σε O 2 γ) Η μέγιστη κατά μάζα σύσταση του ξηρού καυσαερίου σε CO 2 δ) Ο λόγος καυσαερίου - αέρα 9. Αιθάνιο καίγεται σε ατμοπαραγωγό και σε ξηρό καυσαέριο μετρήθηκε η κατά μάζα περιεκτικότητα σε CO 2 4%. Να υπολογιστεί η περίσσεια του αέρα. Γ. Ατμοπαραγωγοί 0. Σε ατμοπαραγωγό ατμοπαραγωγικής ικανότητας 36 t/h που καίει καύσιμο C (00%) παροχής 0,337 kg/h και λόγο αέρα καύσης,2, είναι εγκατεστημένος υπερθερμαντήρας όπου ξηρός κεκορεσμένος ατμός πίεσης 20 bar γίνεται υπέρθερμος ατμός 20 bar / 400 o C.Η θερμοκρασία εισόδου των καυσαερίων στον υπερθερμαντήρα είναι 200 o C. Οι απώλειες στον υπερθερμαντήρα ανέρχονται στο 3%. Να εκτιμηθεί η θερμοκρασία των καυσαερίων στην έξοδο του υπερθερμαντήρα.. Ατμοπαραγωγός φυσικής κυκλοφορίας έχει πίεση τυμπάνου 80 bar και μέγιστη συνεχή ατμοπαραγωγή 396 t/h. Η παροχή νερού για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του υπέρθερμου ατμού ανέρχεται σε 36 t/h. Ο αριθμός ανακυκλοφορίας στο σύστημα ατμοποίησης είναι 0. Το νερό εισέρχεται στους σωλήνες καθόδου του συστήματος ατμοποίησης με θερμοκρασία Κ κάτω από τη θερμοκρασία κορεσμού. Η ποσότητα νερού που αφαιρείται συνεχώς μέσω της στρατσώνας είναι 8 t/h. Το νερό αυτό εκτονώνεται στη συνέχεια σε έναν εκτονωτή μέχρι τελικής πίεσης bar. Το τύμπανο έχει μήκος 8 m. Η μέγιστη επιτρεπόμενη φόρτιση ατμοθαλάμου του τυμπάνου είναι 40 m 3 /h ατμού ανά m 3 όγκου ατμοθαλάμου. α) Η θερμοκρασία του τροφοδοτικού νερού στην έξοδο του οικονομιτήρα (είσοδος στο τύμπανο) β) Η μάζα του νερού της στρατσώνας που ατμοποιείται στον εκτονωτή γ) Η διάμετρος του τυμπάνου 2. Κατά τη μελέτη ατμοπαραγωγού γίνονται οι παρακάτω προδιαγραφές και παραδοχές: Πίεση και θερμοκρασία υπέρθερμου ατμού 80 bar και 40 C Παροχή καυσίμου, καιόμενου χωρίς απώλειες 00 kg/h Καύσιμο βαρύ πετρέλαιο S με την παρακάτω κατά μάζα σύσταση: c=84,2% h=,6% s=2,4% n=0,8% o=,0% Λόγος αέρα καύσης,0 Βαθμός απόδοσης ατμοπαραγωγού 90%
Θερμοκρασία εισόδου του τροφοδοτικού νερού 30 C και πίεση 86 bar Θερμοκρασία εξόδου του καυσαερίου από τον ατμοπαραγωγό 80 C Θερμοκρασία περιβάλλοντος 20 C α) Η ατμοπαραγωγική ικανότητα του ατμοπαραγωγού. β) Οι θερμικές απώλειες του ατμοπαραγωγού εξ αιτίας του καυσαερίου (σε kw και σαν ποσοστό ισχύος του καυσίμου) γ) Οι θερμικές απώλειες ακτινοβολίας και μεταφοράς (σε kw και σαν ποσοστό ισχύος του καυσίμου) Για το καυσαέριο δίνεται: c 80 p =,08 kj/kg 20 Δ. Κύκλος rayton 3. Να υπολογιστεί ο βαθμός απόδοσης και το ειδικό έργο απλού κύκλου rayton όταν λειτουργεί μεταξύ των θερμοκρασιών 800 C και 20 C. Ο λόγος των πιέσεων είναι 6 και οι ισεντροπικοί βαθμοί απόδοσης του συμπιεστή και του στροβίλου είναι αντίστοιχα 8% και 90%. (c p =,00 kj/kgk) 4. Να υπολογιστεί ο βαθμός απόδοσης και η παραγόμενη ισχύς αεριοστροβιλοεγκατάστασης με αναγεννητή βαθμού απόδοσης 70%, που λειτουργεί μεταξύ των θερμοκρασιών 80 C και C. Ο λόγος των πιέσεων είναι 8, οι ισεντροπικοί βαθμοί απόδοσης του συμπιεστή και του στροβίλου είναι 8% και η ροή μάζας του αέρα είναι 4 kg/s. (c p =,00 kj/kgk). Σε αεριοστροβιλοεγκατάσταση με ενδιάμεση ψύξη (πολλαπλή συμπίεση), με αναγέννηση και ενδιάμεση καύση (πολλαπλή εκτόνωση), δίνονται: Όλοι οι λόγοι συμπίεσης είναι 9 Ο στρόβιλος υψηλής πίεσης χρησιμοποιείται για την κίνηση των συμπιεστών και ο στρόβιλος χαμηλής πίεσης για την κίνηση της γεννήτριας Ισχύς γεννήτριας MW Θερμοκρασία αέρα στην είσοδο του συμπιεστή ο C Μέγιστη θερμοκρασία του κύκλου 80 ο C και στους δύο στροβίλους Ισεντροπικοί βαθμοί απόδοσης συμπιεστών 80% Ισεντροπικοί βαθμοί απόδοσης στροβίλων 8% Βαθμός απόδοσης αναγεννητή 7% Βαθμός απόδοσης ενδιάμεσου ψύκτη 00% Βαθμός απόδοσης γεννήτριας 9% Μηχανικός βαθμός απόδοσης 9% Ειδική θερμοχωρητικότητα του αέρα c pa =,00 kj/kgk, γ=,4 Ειδική θερμοχωρητικότητα των καυσαερίων c pg =, kj/kgk, γ=,333 Να υπολογιστούν: α) Η απόδοση του κύκλου β) Ο λόγος των έργων των δύο στροβίλων γ) Η απαιτούμενη ροή μάζας του φορέα στους στροβίλους Ε. Συνδυασμένος κύκλος Αεριοστροβίλου-Ατμοστροβίλου 6. Δίνεται ο παρακάτω συνδυασμένος κύκλος αεριοστροβίλου ατμοστροβίλου με τα παρακάτω δεδομένα: Θερμοκρασία αέρα t =20 o C Θερμοκρασία αέρα t 2 =300 o C
Θερμοκρασία αέρα t 3 =800 o C Θερμοκρασία αέρα t 4 =420 o C Θερμοκρασία αέρα t =2 o C Πίεση και θερμοκρασία ατμού p 6 =0 bar, t 6 =230 o C Πίεση ατμού p 7 = 0,0 bar Ισεντροπικοί βαθμοί απόδοσης στροβίλων και συμπιεστή 0,8 Βαθμός απόδοσης λέβητα 0,80 Βαθμός απόδοσης γεννητριών 0,96 Ισχύς γεννήτριας G kw α) Η παροχή του αέρα στο δίκτυο αεριοστροβίλου β) Η παροχή ατμού στο δίκτυο ατμοστροβίλου γ) Η ισχύς της γεννήτριας G 2 δ) Η συνολική απόδοση της εγκατάστασης ε) Οι λόγοι των πιέσεων σε συμπιεστή και αεριοστρόβιλο 6 C CC 2 3 4 T G 9 P 8 G 2 T 2 7 Con