Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Бинарный состав паросиловой установки
На рис.1.37 представлены для сравнения циклы Ренкина и Карно при одинаковых значениях Т1, Т2 и отводимой теплоты q2. Рис.1.37 Циклы Ренкина и Карно в одинаковом температурном диапазоне и равных значениях отводимой теплоты: цикл Ренкина; _ _ _ _ _ цикл Карно.
Полезной работе цикла Карно Ацкарно соответствует площадь 1-2-3-4-1, а работе цикла Ренкина Ацренк – площадь 1-2-3-5-6-1. Как следует из сравнения этих площадей, при одинаковых Т1, Т2 и q2 работа цикла Ренкина значительно меньше работы цикла Карно. Чем больше значение температуры насыщения ТН1 у рабочего тела при заданном давлении Р1, тем ближе Ацренк к Ацкарно. Термодинамическое совершенство цикла характеризуется коэффициентом заполняемости (1.56) У разных веществ различная зависимость температуры насыщения ТН от давления. Казалось бы, что используя в качестве рабочего тела не воду, а другое вещество с более высокой температурой насыщения при том же давлении Р1, можно существенно повысить Ацренк и ηtренк. В качестве альтернативы воде рассматривались ртуть и дефинил. К рабочему телу паросиловых установок предъявляются следующие требования: 1. Высокая критическая температура Ткр при достаточно широком критическом давлении Ркр. 2. Низкая температура насыщения ТН при низких давлениях, близкая к температуре охлаждающей воды (10…15о С). 3. Малая теплоемкость в жидкой фазе. 4. Высокая теплоемкость перегретого пара. Вода удовлетворяет лишь второму требованию, так как при Р=3…6 кПа температура насыщения tн = 25…35о С. Недостатком водяного пара как рабочего тела является сравнительно невысокая критическая температура tк=374,14оС при высоком критическом давлении Рк=22,129 МПа. Учетом всех требований к рабочему телу осуществить цикл Ренкина только в ртути или в дефиниле нельзя, поэтому реализуются так называемые бинарные циклы. Бинарные циклы – это циклы с двумя рабочими телами. В области высоких температур в бинарном цикле используется первое рабочее тело, имеющее высокую критическую температуру tкр при достаточно низком критическом давлении Ркр, то есть соответствующее лишь первому требованию к рабочим телам. Второе рабочее тело должно соответствовать второму требованию, то есть иметь при низких давлениях низкие температуры насыщения, превышающие температуру окружающей среды(охлаждающей воды) на 15…20 градусов. В качестве первого рабочего тепла используют ртуть, и в качестве второго – воду. На рис 1.38 представлена принципиальная схема бинарной ртутно-водяной паросиловой установки.
Рис 1.38 Схема бинарной ртутно-водяной паросиловой установки: РПК – ртутный паровой котел; РЭ – ртутный экономайзер; РПН – ртутный питательный насос; РПТ – ртутная паровая турбина; К-И – конденсатор-испаритель; ВПТ – пароводяная турбина; ВПП – водяной пароперегреватель; ЦН – циркуляционный насос охлаждающей воды; ЭГ – электрогенератор.
На рис 1.39 представлен цикл бинарной установки в диаграмме . Зависимость между давлением и температурой насыщения воды и ртути представлена на рис 1.40.
Рис 1.39 Цикл бинарной ртутно-водяной установки в диаграмме : Ртутный цикл Пароводяной цикл Рис 1.40 Зависимость между давлением и температурой насыщения воды и ртути.
Процессы ртутного цикла: 1Р-2Р – адиабатное расширение ртутного пара на лопатках ртутной турбины РПТ; 2Р-3Р – конденсация ртутного пара в конденсаторе-испарителе К-И при и с передачей теплоты на испарение воды; 3Р-4Р – сжатие жидкой ртути насосом РПН с повышением давления от до ; 4Р-5Р – подогрев жидкой ртути при до температуры кипения в ртутном экономайзере РЭ; 5Р-1Р – парообразование ртути в ртутном котле РПК. Процессы пароводяного цикла: 1-2 – адиабатное расширение водяного пара на лопатках пароводяной турбины ВПТ с понижением давления от до и температуры от до ; 2-3 – конденсация водяного пара при и в конденсаторе водяного пара ВК; 3-4 – сжатие воды в насосе ВПН от до ; 4-5 – подогрев воды при до температуры кипения теплотой конденсации ртутного пара в конденсаторе-испарителе К-И; 5-6 – парообразование воды в конденсаторе-испарителе К-И при и ; 6-1 – перегрев водяного пара при от до в водяном пароперегревателе ВПП за счет теплоты, получаемой от продуктов сгорания топлива в котле ртутного котла РПК. Температура насыщенного ртутного пара выбирается исходя из допустимых значений температуры для материалов установки (540…600 градусов) и допустимых значений давления для ее конструкции. (Для справки: температуре насыщения ртутного пара соответствует давление ) Конечное давление для ртути выбирают в зависимости от начального давления для воды из условия Так при и и соответственно . Энтальпия насыщенного ртутного пара от до в 10…12 раз меньше энтальпии воды из водяного конденсатора ВК () и ее сухого насыщенного пара ( и2). Для стационарной теплопередачи от ртутного пара к воде из конденсатора ВК и ее насыщенному пару в конденсаторе-испарителе К-И массовый расход ртути (циркуляционная масса ртути) в ртутном цикле должен быть в М раз больше массового расхода воды в пароводяном цикле . Обозначим (1.57) (1.57) – кратность циркуляции ртути. Из теплового баланса конденсатор-испаритель К-И (1.58) При и, соответственно, окончательно получим (1.59)
или (1.60) Термический КПД бинарного цикла (1.61)
(1.62)
где (1.63) - теплота, подведенная в ртутном котле РПК при к М кг ртути в процессах 4Р-5Р и 5Р-1Р, а также к 1 кг водяного пара при в процессе его перегрева 6-1 от до . При одинаковых температурных пределах Т1…Т2 и с учетом потерь теплоты в реальных процессах Так, при Т1 = ТН1Р = 500о С, ТН2 = 30о С и Р1 = 2,4 МПа получено
, а В зависимости от выбранных параметров бинарного цикла кратность циркуляции ртути М = 10…12, то есть на 1 кг водяного пара требуется 10…12 кг ртути. Справка: Для ртути Ткр = 1400о С, Ркр = 98 МПа. При Р=0,00405МПа температура насыщения ртути составляет 217оС. (Для сравнения, у воды при том же давлении Р=0,00405МПа температура насыщения Тн=27о С). С целью предотвращения замерзания жидкости, охлаждающий конденсатор второго (нижнего) теплоносителя, в северных районах в холодное время года применяют в качестве второго теплоносителя низкокипящие жидкости, в частности, фреон-12. Пример такой ПСУ представлен на рис.1.41 и 1.42. Рис.1.41 Схема паросиловой установки с бинарным циклом вода-фреон-12.
Рис.1.42 Бинарный цикл вода-фреон-12 в T-S диаграмме ВПК – водяной паровой котел; ВПП – водяной пароперегреватель; ВПТ – водяная паровая турбина; ВПН – водяной питательный насос; К-И – конденсатор-испаритель; ФПТ – фреоновая паровая турбина; ФК – конденсатор фреона; ФПН – фреоновый питательный насос.
Циклы парогазовых установок
Парогазовый цикл – это бинарный цикл, в котором первым рабочим телом в области высоких температур являются продукты сгорания топлива, а вторым в области низких температур – водяной пар. Парогазовые установки (ПГУ) – это последовательно соединенные газовая и паровая тепловые установки. Температура газов на входе в паровую турбину газотурбинной установки (ГТУ) составляет 900…1000о С, а на выходе – более 350о С. Температура перегретого водяного пара на входе в паровую турбину паросиловой установки (ПСУ) достигает 600…650 о С, а температура влажного насыщенного пара в конденсаторе ПСУ – лишь 25…30 о С. Организация бинарного цикла с этими рабочими телами позволяет получить температурный перепад от 900…1000 о С до 25…30 о С, и за счет этого значительно повысить термический КПД всей установки до значений 0,40…0,45. Идеальный паровой цикл представлен на рис.1.43. Рис.1.43 Идеальный цикл парогазовой установки: _ _ _ _ - газовый цикл; - пароводяной цикл. Газовый цикл: 1г-2г – адиабатное расширение газа; 2г-3г – изобарный отвод теплоты от газа; 3г-4г – адиабатное сжатие газа; 4г-1г – изотермический подвод теплоты к газу. Пароводяной цикл: 1-2 – адиабатное расширение пара; 2-3 – изотермический отвод теплоты от пара; 3-4 – адиабатное сжатие воды; 4-1 – изобарный подвод теплоты к пару. Передача теплоты от газа в изобарном Р2Г = const процессе 2г-3г к пароводяному рабочему телу, совершающему изобарный Р1 = const процесс 4-1, происходит в теплообменном аппарате. Изотермический подвод теплоты к газу 4г-1г практически можно осуществить лишь приближенно, за счет многоступенчатого подвода теплоты при расширении газа. Изотермический отвод теплоты 2-3 в пароводяном цикле можно осуществить в конденсаторе водяного пара при Р2 = const. Газовый цикл в парогазовом цикле является открытым, поскольку продукты сгорания топлива (первое рабочее тело) выбрасываются в окружающую среду после теплообмена с водяным рабочим телом. Пароводяной цикл – закрытый, поэтому в нем могут использоваться не только вода, но и другие вещества, например, углекислый газ (СО2). Так как реализация изотермического подвода теплоты в паровом цикле сопряжена с серьезными техническими проблемами, то используется изобарный Р1Г = const подвод теплоты, входящий в цикл газотурбинной установки. В идеальном цикле ПГУ с газовым циклом ГТУ на рис.1.44 подвод теплоты происходит в изобарном процессе расширения газа 4г-1г. Коэффициент заполнения такого цикла приближается к единице. Рис.1.44 Идеальный цикл парогазовой установки с газовым циклом, совершаемым газотурбинной установкой: _ _ _ _ - цикл ГТУ (газовый цикл); - пароводяной цикл. Комбинированные турбинные установки на органическом топливе делятся на 2 типа: 1. Парогазовые установки (ПГУ); 2. Газопаровые установки (ГПУ). В ПГУ основная доля теплоты подводится с топливом в паротурбинную часть, а в ГПУ – в камеру сгорания газотурбинной установки. По взаимодействию рабочих тел ПГУ и ГПУ делятся на 2 группы: 1. С разделенными контурами, в которых пароводяное рабочее тело и продукты сгорания топлива движутся по самостоятельным трактам в газовую и паровую части установок и передают теплоту в теплообменных аппаратах поверхностного типа, то есть без смешивания; 2. Контактного типа, когда пароводяное рабочее тело и продукты сгорания топлива смешиваются перед поступлением в газопаровую турбину. В дальнейшем рассматриваются только парогазовые установки с разделенными контурами (потоками), которые в свою очередь подразделяются по схемам на: а) параллельные с высоконапорными парогенераторами (ВПГ); б) последовательные с низконапорными парогенераторами (НПГ), называемые также ПГУ со сбросом теплоты, или ПГУ сбросного типа. В ПГУ с НПГ продукты сгорания топлива в газотурбинной установке поступают либо в топку котла для дожигания и газоводяной подогреватель питательной воды (экономайзер), либо сразу в подогреватель питательной воды, называемый газовым подогревателем. Схема ПГУ в НПГ и газовым подогревателем представлена на рис.1.45. Рис.1.45 принципиальная схема парогазовой установки со сбросом теплоты и газовым подогревателем питательной воды: ТН – топливный насос; КС – камера сгорания; ВК – воздушный компрессор; ТБ – топливный бак; ГТ – газовая турбина; ЭГ – электрогенератор; КА – котлоагрегат; ПП – пароперегреватель; ПК – паровой котел; ГП – газовый подогреватель; ПН – питательный насос; ПТ – паровая турбина; К – конденсатор; ЦН – циркуляционный насос.
Воздух сжимается компрессором ВК и подается в камеру сгорания, где образует с топливом смесь, сгорающую при постоянном давлении (Р1Г = const) в камере сгорания КС. Продукты сгорания топлива поступают в газовую турбину ГТ, где расширяются, совершая работу , передаваемую электрогенератору ЭГ. Газы, отработавшие в газовой турбине ГТ, подаются в газовый подогреватель ГП для подогрева питательной воды паросиловой установки, а затем удаляются в атмосферу. Большое количество утилизируемой теплоты продуктов сгорания топлива в этом случае позволяет полностью отключить регенеративные подогреватели питательной воды ПСУ, что приводит к увеличению термического КПД и мощности установки. Экономия топлива за счет утилизации теплоты отходящих газов газотурбинной установки достигает 15%. Эффективность ПГУ выше, чем у ПСУ и ГТУ по отдельности. В парогазовой установке с параллельной схемой и высоконапорным парогенератором (ВПГ) камера сгорания и парогенератор обычно совмещены. Топливная смесь сгорает в камере сгорания при высоком давлении, при этом часть теплоты сгорания сразу идет на парообразование и перегрев пара, после чего продукты сгорания с пониженной температурой поступают на вход газовой турбины. Температурный напор при теплопередаче в ВПГ значительно выше, чем в НПГ, что объясняет название парогенераторов «высоконапорный» и «низконапорный». НА рис.1.46 представлена схема ПГУ с ВНП и газоводяным подогревателем питательной воды. Рис.1.46 Схема парогазовой установки с высоконапорным парогенератором и газоводяным подогревателем: ВК – воздушный компрессор; ВПГ – высоконапорный парогенератор; ПП – пароперегреватель; ГТ – газовая турбина; ЭГ – электрогенератор; ПГВ – газоводяной подогреватель; ПН – питательный насос; К – конденсатор; ПТ – паровая турбина; ЦН – циркуляционный насос.
Газоводяной подогреватель питательной воды (экономайзер) ПГВ позволяет увеличить термический КПД за счет частичного отказа от регенеративных подогревателей. Воздух (окислитель) сжигается в компрессоре ВК и подается в высоконапорный парогенератор ВПГ, где смешивается с жидким или газообразным топливом. Продукты сгорания этой смеси (топливной смеси), отдав часть теплоты водяному пару в самом ВПГ, направляются в газовую турбину ГТ, с которой соединен электрогенератор ЭГ. Отработав в ГТ, продукты сгорания с пониженной энтальпией и давлением направляются в газовый подогреватель ПГВ, где подогревают питательную воду, подаваемую в парогенератор ВПГ. Отдав теплоту питательной воде, в ПГВ, продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. В схеме ПГУ с ВПГ отсутствует паровой котел, функции которого выполняет испарительная поверхность в ВПГ. Рис.1.47 Цикл парогазовой установки с высоконапорным парогенератором и газоводяным подогревателем Процессы в газовом цикле: 4г-1г’ - изобарное расширение при Р1Г = const продуктов сгорания топливной смеси с подводом теплоты сгорания (теплоты химических реакций горения), изображаемой площадью а-4г-1г’-е-а и выделяемой в камере сгорания ВПГ; 1г’-1г – изобарная передача теплоты при Р1Г = const от продуктов сгорания к пароводяному рабочему телу через испарительные поверхности и пароперегреватель ПП высоконапорного парогенератор с понижением температуры от Т’Г1 до ТГ1 (площадь с-1г-1г’-е-с); 1г-2г – адиабатное расширение продуктов сгорания с начальной температурой ТГ1 и давлением Р1Г до давления Р2Г и температуры ТГ2 в газовой турбине ГТ; 2г-3г – изобарная передача теплоты при Р2Г = const от продуктов сгорания, отработавших в газовой турбине, к питательной воде в газоводяном подогревателе ПГВ (площадь а-3г-2г-с-а). В точке 3г продукты сгорания, охладившиеся в ПГВ до температуры ТГ3, выбрасываются в атмосферу; 3г-4г – адиабатное сжатие свежей порции воздуха в воздушном компрессоре ВК от давления Р2Г до Р1Г с повышением температуры топливной смеси до ТГ4; Процессы в пароводяном цикле: 4-Р – регенеративный подогрев питательной воды в газоводяном подогревателе ПГВ при Р1 = const теплотой газового процесса 2г-3г; Р-5 – подогрев в ВПГ питательной воды из ПГВ до температуры кипения при Р1 = const; 5-6 – парообразование в ВПГ за счет части теплоты газового процесса 1г’-1г; 6-1 – перегрев пара в пароперегревателе ПП за счет части теплоты газового процесса 1г’-1г; 1-2 – адиабатное расширение пара в паровой турбине ПТ от Р1 до Р2 с повышением температуры от Т1 до Т2; 2-3 – конденсация водяного пара в конденсаторе К при Р2 = const и Т2 = const; 3-4 – адиабатное сжатие воды от Р2 до Р1 в питательном насосе ПН с повышением температуры от Т3 до Т4. Полезная работа пароводяного цикла
(1.64)
Полезная работа газового цикла:
(1.65)
Полезная работа обоих циклов:
(1.66)
(1.67)
Термический КПД парогазовой установки с ВПГ
(1.68)
Парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами более эффективны, чем ПГУ с НПГ.
|
||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-12; просмотров: 113; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.129.67.26 (0.005 с.) |