Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 23

При р,<р„когда на расчетном режиме в горле будет иметь место парообразование, в случае его значительного развития может измениться расходная характеристика, Данное обстоятельство требует специального экспериментального исследования, Глава 5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВСКИПАКИЦИХ ПОТОКОВ.

й 5.1. Гидропаровой цикл и его практическое применение В основе рабочего процесса паросиловых установок лежит обратимый цикл а — Ь вЂ” с — су — сà — а" (рис. 5.1). В данном случае работа расширения в процессе а — Ь про. изводится перегретым паром. Если установка не имеет пароперегревателя, то в оптимальном случае расширение осуществляется от верхней пограничной кривой в процессе а" — Ь". В действительности при использовании в качестве абочего тела насыщенного р пара последний будет обладать некоторой начальной влажностью. В пределе зта начальная влажность может достигнуть единицы, и тогда рабочим телом в процессе рас- )г ширения ас' — Ь' станет вскипающая жидкость.

Идеальному циклу будет отвечать г контур й' — Ь' — и — г) — с)'. Если пренебречь сжнмаемостью а жидкой фазы, то повышение Рис. 5.1. Энергетические ирвин с ее температуры при увелнче. применением гидропариииа ттрнин давления в процессе с — ас биим можно не учитывать. Тогда рассматриваемому циклу в системе координат Т вЂ” и будет отвечать треугольный контур д' — Ь' — с — аи. В дальнейшем будем условно называть цикл, в котором расширение осуществляется с нижней пограничной кривой, треугольны,и, нли гадропароаым. КПЛ идеального цикла паросиловой установки в общем случае определяется формулой Ч= (си — сс) — (Гг сс) (5.1) си Здесь индексы соответствуют точкам иа рис.

5,1. В частном случае„когда цикл является треугольным, выражение для КПД примет аид а зси. соме т, , т, т) =1 — —.' . — 1п— 1т,— т, -; т, Ь (5.2) 4 где с, и с,' — средние теплоемкости жидкости в процессе ее нагрева Ф вЂ” Н', определяемые из выражений: ж с,= (сдТ; (5.3) т, т, ~ 4-, т,-'лт (5.4) 41 здесь Т~ и Тз — соответственно высшая и низшая температуры цикла.

Если разницей между теплоемкостями с,' и с,' пренебречь, то вместо (5.2) можно написать т)=1 1п (5.5) ! — т, тх где тз=Т~Ть Разложив !и(1/тз) в ряд Тейлора, можно в ограниченном интервале температур учитывать только первый член ряда.

Тогда получим 1 — тх Ч= (5.6) 1+ та В данном случае логарифмическая кривая о' — Н' заменяется прямой линией и цикл соответственно примет форму прямоугольного треугольника. Из выражения (5.1) следует, что при заданном интервале давлений КПД цикла возрастает с увеличением максимальной энтальпии до тех пор, пока окончание процесса расширения ие выходит за пределы области насыщения. Отсюда тенденция к увеличению температуры перегрева и стремление к максимальной осушке рабочего тела перед его поступлением в двигатель, если используется насыщенный пар. Известно, что помимо соображений термодинамического характера существенную роль приобретают определенные практические факторы. Сокращение влагосодержания в турбине диктуется стремлением уменьшить необратимые потери и эрозионный износ. С учетом сказанного практическое применение треугольного цикла, иа первый взгляд, представляется бесперспективным, однако, при более обстоятельном рассмотрении этого вопроса выясняется несостоятельность такого вывода.

Одним из важных источников новых энергоресурсов являются геотермальные воды. Уже в настоящее время устаиов- 114 ленная мощность геотермальных электростанций (ГТЗС) во всем мире превысила ЮОО МВт н быстро возрастает, По прогнозу к !977 г. в США в одном штате Калифорния установленная мощность ГТЭС достигнет 500 МВт. Значительное развитие геотермальных электростанций намечается в Новой Зеландии, Италии и других странах. Имеется отечественный опыт изучения геотермальных энергетических установок, созданных на Камчатке ~141.

Как правило, ГТЭС используют пароводяной теплоноситель, имеющий температуру 150 — 200'С. Обычно из скважин выходит эмульсия со значительным влагосодержаннем, прп этом паровая составляющая после дросселироваиня и сепарации направляется в турбины, а жидкая фаза для получения работы ие используется. Ясно, что здесь применение гидро- парового двигателя могло бы существенно повысить термическую эффективность установок. Из разведанных геотермальных ресурсов значительная доля приходится на нпзкотемпературиые источники, где температура воды составляет 80 †!00' С. При этом предлагается применение двухконтуриых схем с использованием фреона в качестве рабочего тела. Использование гидропарового цикла вместо фреонового не только исключит термодинамические потери, связанные с двухкоитуриой схемой, ио также позволит отказаться от всех видов теплообменных аппаратов.

Это обстоятельство может приобрести решающее значение, так как в условиях малых располагаемых температурных перепадов поверхность теплообмеиннков, отнесенная к полезной мощности, резко возрастает и составляет основную долю необходимых капиталовложений. Во многих случаях геотермальные воды засолены и имеют химически агрессивные включения. Зто обстоятельство усложняет их непосредственное использование в качестве рабочего тела. Прп отсутствии перегрева пара в основе работы АЗС лежит идеальный цикл а" — Ь" — с — д — К вЂ” а". Пренебрегая повышением температуры жидкости в насосе.

заменяем, как и раньше, идеальный цикл контуром а" — Ь" — с — Й' — а". Если осуществляется обратимый регеиеративный подогрев питательной воды до температуры, которой отвечает точка Ь, то идеальному циклу будет соответствовать контур а" — Ь"— щ — -й Й' — а", В двухконтурной водо-водяной схеме процессу нагрева теплоносителя в реакторе соответствует линия е — г. Обратный процесс 7 -- е †охлажден теплоносителя первого контура в парогенераторе. Прн исчезающе малом температурном напоре в этом элементе эксергетическне потери эквивалентны площади е — ~ — а" — и' — й — е. учитывая конечные размеры поверхности теплообмена, эти потери дополнительно увеличатся. При переходе к одноконтурной схеме имеется принципиальная возможность увеличить располагаемую работу, сохраняя тот же температурный интервал нагрева воды в ядерном реакторе Т;-Гг и ту же температуру в холо.

дильнике Гь Для этого вода, состояние которой после первого контура определяется точкой (, должна направляться в гидропаровую турбину. Идеальному процессу расширения в турбипе отвечает изоэнтропа ! — Ь". Предположим, что в этой турбине производится непрерывный отбор расширяющегося рабочего тела, позволяющий осуществить обратимый регенеративный подогрев питательной воды до точки е. Тогда идеальному циклу установки будет соответствовать контур ( — Ь" — т— е — Г.

В таком цикле отпадут все потери, связанные с применением второго контура. Таким образом, в случае использования высоковлажного пара в качестве рабочего тела применение двухконтурных схем определяется лишь соображениями биологической защиты, так как термодинамические преимущества будут на стороне одноконтурных схем. Гидропаровой цикл следует рассматривать в качестве естественного дополнения к циклу газотурбинной установки (ГТУ) Щ.

Пусть низшая температура газового цикла Гз, а степень повышения давления в компрессоре газотурбинной установки я. Тогда в обратимом цикле при полной регенерации тепла температура уходящих газов т,=тр -м, (5,7) Процесс охлаждения от этой температуры в Т вЂ” 5-координатах совпадает на рис. 5.1 с линией л' — с. При этом контур гидропарового цикла К вЂ” Ь' — с — 4' будет соответствовать потере эксергни, связанной с отклонением процесса сжатия в компрессоре от изотермнческого.

Следовательно, для повышения КПД установки, использующей в реакторе газообразное рабочее тело, максимальная термическая эффективность может быть обеспечена применением бинарного газопарового цикла. В первой ступени соответствующей установки должен осуществляться газовый цикл, а во второй — паровой. Оптимальной формой цикла второй ступени является рассмотренный выше гндропаровой цикл [2! !. Известно, что с ростом доли АЗС в энергобалансе, неизбежно усложняются условия покрытия пиковой (и даже полупнковой) части графика нагрузки.

До последнего времени предполагалось, что переменная часть графика будет покрываться установками, использующими органическое го. рючее, и прежде всего газовыми турбинамя. В условиях изменяющейся структуры топливного баланса и растущих потребностей химической промышленности такая перспектива является сомнительной, Существуют районы, энергетика которых вынуждена базироваться иа АЭС. Пря этом покрытие переменной составляющей графика нагрузки может осуществляться только за счет аккумуляторов. В настоящее время единственным применяемым методом в этой области являются гидроаккумулирующне установки.