Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 56
Текст из файла (страница 56)
В зависимости от конструктивных и эксплуатационных факторов различных ДВС отдельные составляющие уравнения (21.6) имеют примерно такие значения (в процентах от Я,'): д,=(1З, ° 100/С!3: д,= 22 . 42 ог~; юг=25 — '55 о~о, д =!Π—:35 Я; 4,„=2 —:10 9ю Отдельные составляющие теплового баланса зависят от нагрузки двигателя. По мере снижения нагрузки от полной до 50 о' эффективный КПД меняется незначительно, на 2 — 3 7о своего максимального значения, но затем резко падает (до нуля на холостом ходу).
Значительная часть теплоты (до 70 78') теряется с отработавшими газами и с охлаждающей водой (или с воздухом при воздушном охлаждении). Экономичность ДВС можно значительно повысить, если использовать эту теплоту, например, для горячего водоснабжения. зыь токсичность выхлопных ГДЗОВ ДВС Двигатели внутреннего сгорания сегодня являются основными загрязнителямн воздушного бассейна. В ФРГ, например, автомобильный транспорт, потребляя 12 чй общего расхода топлива в стране, дает 50 Я общего количества вредных выбросов.
Особенно плохо, что основная масса выхлопных газов от автомобилей выбрасывается в местах с высокой концентрацией людей (городах), причем на уровне роста человека (особенно детей), где газы не рассеиваются на большие расстояния. В выхлопных газах ДВС содержатся твердый углерод (сажа), который является адсорбеитом токсичных, в точ числе канцерогенных веществ, оксиды азота (чО„углеводороды С„Н„, оксид углерода СО и альдегиды, а при работе на этилированном бензине — и крайне токсичные соединения свинца. Содержание указанных соединений в выхлопных газах зависит от типа двигателя, его состояния и регулировки, режима работы, применяемого топлива и др. Например, содержание (чО„в отработавших газах дизелей и карбюраторных двигателей практически одинаково (до 2,5 г/м'), в то время как выброс СО в карбюраторных двигателях (до 14 г/м') а 4 раза выше, а С„Н,„(до 1,4 гумз) в 2 раза ниже, чем в дизелях Сажа, углеводороды, оксид углерода и альдегиды образуются в результате неполного сгорания топлива, связанного либо с недостатком кислорода в рабочей смеси, либо с плохим смесеобразованием.
Первое особенно характерно для бензиновых двигателей, когда карбюратор вырабатывает богатую смесь на режимах холостого хода и торможения. Лизели всегда работают со значительным избытком воздуха, поэтому выброс СО у них невелик, зато в отработавших га. зах много углеводородов, и особенно сажи, обусловливающих дымность газов. В различных странах мира введены стандарты на выделение двигателями токсичных веществ. Например, согласно ГОСТ 17.2.2.03 — 77 содержание оксида углерода в отработавших газах бензнно- вых двигателей не должно превь шать 1,5 — 2 Я на минимальных обо( отах, В ближайшее время следует ожидать расширения номенклатуры нормир емых вредностей в отработавших газах, и пре. жде всего канцерогенных веществ.
Совершенствование рабочего п)оцесса и конструкции ДВС направлен( прежде всего на качественную подготовку рабочей смеси, равномерное распределение ее по цилиндрам и полное ежи~ ание. Так, в последнее время появилось регулирование карбюратора по парам. трам отработавших газов с помощью электронных компьютеров. Все более широкое примененге находят устройства для нейтрализации токсичных компонентов в вып) скной системе двигателя, тем более ч о их можно применить на действующем парке машин. Наибольшее распростр: пение получает каталитическое «дожи~завез отработавших газов, обеспечив;ющее высоиую степень нейтрализаци~ СО и С„Н„.
Сегодня на нашей планете имеется свыше 400 млн. автомобилей, их число постоянно растет и, по прсгнозу, к 2000 г. достигнет 700 млн. е,гиниц. В связи с возрастающим потребтеннем горючего из нефти, запасы которой ограничены, сейчас ведется интенсианьш поиск заменителей нефтяного топлиьа, которое к тому же сильно загрязняет среду обитания человека. Хорошие перспективы с точки зрения снижения загрязнения окружающ~ й среды имеет газовое топливо: пропаг-бутановая смесь, получаемая при нейтепереработке, и сжижеиные при(одные газы. Газовоздушная смесь сгорает в цилиндре двигателя более полно, чем бензиновоздушная, и при этом об)азуется меньше вредных веществ, в частности оксида углерода. Газовое топливо не требует радикальной переделки конструкции дьигателя, в требует лишь его дооборуд звания специальной аппаратурой. Запа: газа в сжижениом или сжатом состояг ии находится на автомобиле в специ ~льных баллонах, размещаемых обычно ~ од кузовом.
183 Контрольные зидичи Глава двадцать вторая ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ 184 Большой интерес представляет еще одна разновидность газового топлива— водород, получение которого пака обходится довольно дорого. В СССР проходят опытную проверку двигатели, в которых осуществляется добавка небольшога (постоянного на всех режимах) количества водорода к бензиновоздушной смеси. Содержание в отработавших газах токсичных веществ при этом резко уменьшается, особенно на частичных нагрузках и на холостом ходу. В то же время мощность двигателя не падает столь заметно, как при работе только на вадородовоздушной смеси, на которой ее снижение составит 15 — 20 о4.
Спирты как заменители бензина известны давно, их применяли, когда ухудшалось снабжение нефтепродуктами Спирты этиловый (этанол) и метиловый (метанол) обладают высоким октаиовым числом (90.- 94). У них более высокая, чем у бензина, теплота парообразования, что затрудняет запуск двигателя в холодную погоду. В то же время продукты сгорания спирта содержат значительно меньше оксидов азота и углеводородов, в том числе основного каицерогеиа— бензапирена, дают меньше отложений нагара на деталях двигателя.
Бразилия, богатая растительным сырьем, еще полвека назад широко использовала в автомоторах спирт, получаемый брожением растительной массы, 22.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Электрической станцией называется энергетическая установка, служащая длн преобразования природной энергии в электрическую Наиболее распространены тепловые электрические станции (ТЭС), использующие тепловую энергию, выделнемую при сжигании органи- подвергнутой сначала гидролизу. В основном в дела идут отходы ат переработки сахарного тростника и маниока.
Сейчас большинство бразильских автомобилей ходит на бензине с добавкой 20 ио спирта, а вскоре надеютси совсем отказатьсн ат бензина (250 тыс. автомобилей, выпущенных в 1980 г., рассчитаны на спиртовое горючее). Индонезия танже намечает к 1990 г. перевести свои автомобили на спирт. Если этиловый спирт нетоксичен, то метанол, как и этилированный бензин, сильный яд.
Эта обстоятельство следует принимать во внимание при оценке перспектив его применения. 21.1 Определить минимально необходимую степень сжатия х в ДВС, жопы топливо, впрыснутое в пилиндр н конке хода сжатия, воспламенилось Температура воспламенения хонлнва 960 К, температура воздуха перед схсагием 300 К, сжатие считать вдиабатным.
Каково будет давление в конке сжатия, если начальное давление составляет 92 кПах 21.2. Определить работу расширения, полученную в цилиндре ДВС в результате сгорания 2 г бензина, если продукты сгорания расширяются по полнтропе н = 1,27 от 3 до 0,3 МПа при начальной температуре 2100 "С Состав продуктов сгорания (по массе), прнходншнйся иа 1 кг бензина: СОх=3,136 кг; Нс= 1,306 кг, Ы = 12,61 кг, О, =ПД4 кг. чесната топлива (твердого, жидкого, га.
зообразного). На тепловых электрических станциях электроэнергия вырабатывается вращающимся генератором, имеющим привод от теплового двигателя, чаще всего паровой, реже - газовой турбины. Менее распространены (в основном в удаленных районах) дизельные электростанции. Коэффициент полезного действия современных ТЭС с паровыми турбинами достигает 40;4, с газовыми турбинами — не превышает 34 о<<в На ТЭС с паротурбинным приводом возможно использование любого вида топлива; газо- турбинные станции пока используют только жидкое и газообразное.
Однако паровая турбина не столь маневренна, как газовая. Дело в том, что давление пара, подаваемого в турбину, высокое— до 23,5 МПа и корпус турбины для обеспечения прочности очень массивен. Это не позволяет быстро и равномерно прогре<ь паровук< турбину прн пуске. Газовые турбины работают при давлениях рабочего тела не более ! МПа, их корпус много тоньше, прогрев осуществляется быстрее. Поэтому газотурбинные агрегаты на ТЭС рассматриваются в перспективе как пиковые — .
для обеспечения выработки электроэнергии при кратковременном увеличении в ее потребности— для снятии пиков электрической нагрузки. Появившиеся в 50-е годы нашего века атомные электростанции (АЭС) также имеют паротурбинный привод электрогенератора и отличаются от традиционных ТЭС лишь типом котла (парогенератора) По виду отпускаемой энергии паротурбинные ТЭС на органическом топливе подразделяются на конденсадионные электрические станции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭП). На КЭС установлены турбоагрегаты конденсацианного типа, они производят только электроэнергию. ТЭП отпускают вне<пним потребителям электрическую и тепловую энергию с паром или горячей водой.
Поскольку ТЭП связана с предприятием или жилым районом трубопроводами пара нли горячей воды, а их чрезмерное удлинение вызывает повышенные теплопотери, станция этого типа обычно располагается непосредственно на предприятии, в жилом массиве или вблизи ннх. КЭС связывают с потребителями только линии электропередачи, поэтому она может находиться вдали от потребителя, например, вблизи места добычи топлива.
Крупные КЭС, обеспечивающие электроэнергией целые промышленные районы, называютси ГРЭС (го<ударственные районные электростанции), их мощность составляет до 2/3 всей электрической мощности ТЭС нашей страны. Это - крупные станции Нап! имер, мощность Рефтинской ГРЭС на Урале составляет 3800 МВт, станции К; иско. Ачинского топливно-энергетич< ского комплекса будут по 6000 МВт. Ко< плексы котел — турбина — электрогенератор крупных ТЭС, работающие практ<чески автономно, называются энергобло<амн 22.2. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВНЯ Н ТЕПЛОВАЯ СХЕМА пАРОтз<РБнннОЙ кОнденсАНИОППОЙ ТЭС (КЭС) Основой технологического пр<цесса паротурбинной ТЭС является терм( динамический цикл Репнина для перегретого пара (см. рис.
6.9, 6.!О), состояш ий из изобар подвода теплогы в пароген раторе, отвода теплоты в конденсаторе < процессов расширения пара в турбине и повышения давления воды в насоса<. Соответственно этому циклу схема простейшей кондеисационной электр ютанцин (см, рис, 6.7 и 22 !) включает < себя котельный агрегате пароперегрева гелем, турбоагрегат, конденсатор и насо<ы перекачки конденсата из конден< атора в парогенератор (конденсатный и питательный насосы) Потери пара и к <нденсата на станции восполняются шдпиточной добавочной водой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
