Схема бинарной ртутно-водяной установки

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 14Следующая ⇒

В ртутном котле I к ртути подводится тепло, ртуть испаряется, и сухой насыщенный пар ртути при давлении pр поступает в ртутную турбину II, где он совершает работу, отдаваемую соединенному с этой турбиной электрогенератору.

По выходе из турбины отработавший ртутный пар, имеющий давление pр,

направляется в конденсатор-испаритель III, где он конденсируется, и затем жидкая ртуть насосом IV подается в котел I, в насосе давление ртути

повышается от pр до рр.

Конденсатор-испаритель представляет собой поверхностный теплообменник, в котором конденсирующийся ртутный пар отдает тепло охлаждающейся воде. За счет этого тепла вода в конденсаторе-испарителе нагревается до кипения и испаряется. Сухой насыщенный водяной пар из конденсатора-испарителя направляется в пароперегреватель1, размещаемый

обычно в газоходе ртутного котла. Перегретый водяной пар при давлении pf поступает в паровую турбину 2, соединенную с электрогенератором. Отработавший водяной пар с давлением p| конденсируется в конденсаторе 3;

затем насос 4 подает воду в конденсатор-испаритель.

Следует отметить, что величины расхода рабочего тела в ртутном и пароводяном контурах различны.

Термический КПД бинарного цикла достигает 80-85% значения КПД цикла Карно и определяется выражением

где 1^рт и 1^в - величины работы, произведенной в ртутной и пароводяной частях цикла, а qf^T и qf - количества тепла, подводимого в ртутной и

пароводяной частях цикла. В бинарном цикле qf - это тепло, затрачиваемое на перегрев водяного пара, т.е. qf = hв - hf (поскольку нагрев воду до кипения и испарение воды осуществляется за счет тепла, отдаваемого конденсирующимся ртутным паром).

Помимо ртути в качестве рабочего вещества для верхней части бинарного цикла предполагалось использовать бромиды сурьмы или хрома.

До настоящего времени бинарные циклы не получили распространения. Их медленное внедрение объясняется ядовитостью паров ртути и высокой стоимостью установок, требующих большого количества ртути.

Цикл парогазовой установки

Парогазовый цикл представляет собой бинарный цикл, в котором используются два рабочих тела - продукты сгорания и водяной пар. В газовом

цикле температура газов на входе в турбину 900... 1000°С, а на выходе 350°С и более. В паросиловых установках температура перегретого пара достигает 650°С, но зато температура воды в конденсаторе будет всего лишь 30°С. Таким образом, в бинарном цикле можно осуществить перепад температур значительно больший, чем в каждом из отдельных циклов, и тем самым увеличить термический КПД цикла.

Парогазовая установка — электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.

Преимущества ПГУ:

• Парогазовые установки позволяют достичь электрического КПД более 50 %. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45 %, для газотурбинных установок — в диапазоне 28-42 %

• Низкая стоимость единицы установленной мощности

• Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками

1- Короткие сроки возведения (9-12 мес.)

2- Нет необходимости в постоянном подвозе топлива ж/д или морским транспортом

3- Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. Энергии

4- Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками.

Недостатки ПГУ:

5- Низкая единичная мощность оборудования (160—972, 1 МВт на 1 блок), в то время как современные ТЭС имеют мощность блока до 1200 МВт, а АЭС 1200—1600 МВт.

• Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха используемого для сжигания топлива.

Идеальный парогазовый цикл - цикл температуры рабочих тел при подводе и отводе теплоты постоянны и равны температурам соответствующих теплоисточников.

Практическая реализация изотермического подвода теплоты в газовом цикле 1-2-3-6-1 может быть осуществлена в результате многоступенчатого

подвода теплоты, а изотермический отвод теплоты в паровом цикле 3-4-5-6-3 может быть осуществлен в процессе конденсации водяного пара (процесс 4-5). Передача теплоты от продуктов сгорания к водяному пару осуществляется в теплообменнике. Газовый цикл в такой схеме является открытым (продукты сгорания удаляют в атмосферу), а паровой - закрытым.

Рабочим телом в закрытом цикле может быть не только вода, но и углекислота или другие вещества, утилизирующие теплоту газового цикла.

Газовый осуществляется и в виде цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при p = const (на Ts - диаграмме пл.72367).

Газовый и паровой циклы могут быть объединены в газопаровом цикле (рабочим телом такого цикла является парогазовая смесь, состоящая из продуктов сгорания и водяного пара). В парогазовых установках впрыск воды перед турбиной приводит к снижению температуры газов и одновременно к увеличению энтальпии рабочего тела, так как удельная энтальпия воды больше, чем у продуктов сгорания. Такой цикл был предложен академиком С.А.Христиановичем.

Существуют две основные схемы парогазовых установок. В первом типе установок газообразные продукты сгорания и водяные пары смешиваются друг с другом и затем поступают в турбину.

Во втором типе рабочие тела, каждое в отдельности, направляются соответственно в газовую и паровую части установки.

Рассмотрим парогазовую установку с раздельными потоками продуктов сгорания и водяного пара.

В этой установке воздух после сжатия в компрессоре подается в высоконапорный парогенератор, работающий на газовом или жидком топливе при постоянном давлении. Теплота продуктов сгорания частично расходуется на парообразование и перегрев пара в пароперегревателе. Продукты сгорания с пониженной температурой направляются в газовую турбину и после нее в газоводяной подогреватель для подогрева питательной воды, направляемой в парогенератор.

Удельное количество теплоты, полученное обоими рабочими телами в теоретическом цикле

qi = m(hy - h4') + (h - h ).

Термический КПД парогазового цикла будет

_{r]t =} ^(hl ^-^h2^{) +}^m(hi ^-^h2')^-(h4 ^-^h3^)-(h4'^-^h3') m(hy - h^)+ (hi - h$)

Эффективными парогазовыми установками являются установки со сбросом уходящих газов газовых турбин в парогенераторы. КПД может достигнуть 0, 45.

20) 4Циклы холодильных установок.

Охлаждение тел до температуры, лежащей ниже температуры окружающей среды, осуществляется с помощью холодильных установок, работающих по обратному тепловому циклу.

Обратным называется цикл, в котором работа сжатия превышает работу расширения и за счет подведенной работы тепло передается от нижнего источника к верхнему.

Пусть q2 - тепло, отбираемое из холодного источника; q\ - тепло, отдаваемое горячему источнику;

L_ц=q₁-q₂- работа, подводимая в цикле.

Холодильная установка включает в себя устройство для сжатия рабочего тела (компрессор или насос) и устройство, в котором происходит расширение рабочего тела (рабочее тело называется хладоагентом ); расширение рабочего тела может происходить с совершением полезной работы (в поршневой машине или турбомашине) и без совершения полезной работы, т.е. принципиально необратимо (путем дросселирования).

Цикл воздушной холодильной установки (цикл Лоренца)

Воздушная холодильная установка была одним из первых типов холодильных установок, применяемых на практике.

Воздушные холодильные установки с поршневым компрессором были распространены во второй половине XIX в. В настоящее время широко применяются установки с турбокомпрессорами и с регенерацией, благодаря чему возрастает экономичность воздушных холодильных установок и расширяется область их применения. [1]

Воздушные холодильные установки обладают рядом неудобств и в последнее время вышли из употребления. Вместо них широкое распространение получают холодильные установки, в которых в качестве рабочих тел применяют легкокипящие жидкости: аммиак, углекислоту, сернистый ангидрид, фреоны.

Основными элементами установки для получения холода (рисунок 14.1) являются компрессор 1 и детандер 3. Кроме них, имеются два теплообменных аппарата, в одном из них ─ рефрижераторе 4 воздух воспринимает теплоту от охлаждаемой емкости, а во втором ─ холодильнике 2 отдает теплоту окружающей среде или воде холодильника.

Хладоагент (воздух) расширяется в детандере 1 от давления р1 до давления Р2, совершая работу, отдаваемую детандером внешнему потребителю. Воздух, охлажденный в результате процесса адиабатного расширения в детандере от температуры

T1 до температуры Т2, поступает в охлаждаемый объем 2, из которого он отбирает тепло. Процесс передачи тепла от охлаждаемого объема к воздуху происходит при постоянном давлении воздуха (p ⁼ const). Отвод тепла из

охлаждаемого объема возможен только в том случае, если температура воздуха в течение всего изобарного процесса отбора тепла будет меньше, чем температура охлаждаемого объема. В принципе температура воздуха на выходе из охлаждаемого объема T3 может сравняться с температурой охлаждаемых тел, на практике же она всегда немного ниже этой температуры. После выхода из охлаждаемого объема воздух направляется в компрессор 3, где его давление повышается от давления р₂ до давления р₁ (при этом температура воздуха возрастает от T3 до T4). Сжатый компрессором воздух поступает в охладитель

6- Охладитель представляет собой теплообменник поверхностного типа, в котором температура воздуха снижается вследствие отдачи тепла охлаждающей воде, циркулирующей через охладитель. В принципе температура воздуха на выходе из охладителя T₁ может быть сделана сколь угодно близкой к температуре охлаждающей воды, однако на практике температура воздуха всегда несколько выше температуры охлаждающей воды. Процесс в охладителе происходит при постоянном давлении воздуха (pi = const).

Цикл АЭС

На ТЭС на органическом топливе используется цикл перегретого пара, а на АЭС с реакторами на тепловых нейтронах (РТН) – цикл насыщенного пара. Это связано с тем, что в РТН в качестве основного конструкционного материала активной зоны используются сплавы на основе циркония. Они позволяют уменьшить вредное поглощение нейтронов по сравнению с различными марками сталей, но выдерживают температуру не более 340-350 ^оС. Это меньше критической температуры водяного пара, равной примерно 374 ^оС, а при докритических параметрах КПД цикла насыщенного пара больше, чем цикла перегретого пара (рис. 7).

Т, К

Рис. 7. Цикл Ренкина на насыщенном (сплошные линии) и перегретом (пунктирные линии) паре при докритических начальных параметрах пара

Начальные параметры пара – это его давление P_o и температура T_o на входе в турбину. Отметим, что для цикла насыщенного пара можно выбирать только начальное давление, поскольку давление насыщения однозначно определяет температуру рабочего тела.

Повышение начальных параметров пара является одним из главных способов увеличения термического КПД цикла.

Чем выше принимаемая начальная температура, тем ниже должно быть давление - по условию надежности металла. Парные значения P_o и T_o, обеспечивающие одинаковую прочность энергооборудования, называются равнопрочными начальными параметрами рабочего тела.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒