Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Пароводяной цикл состоит из: ° адиабатного процесса в паровой турбине 1 — 2; э изобарного отвода теплоты в конденсаторе Л вЂ” 3; ° процесса сжатия в водяном насосе 3 — 4; ° изобарного подвода теплоты в конденсаторе-испарителе (теплота, отдаваемая конденсирующимся ртутным паром) т — 5 — 1. На рис. 12.18, б пароводяная часть цикла представляет собой цикл Ренкина с перегретым паром. Из рис. 12.18, а и 12.18, б видно, что они отличаются процессом 6' — 1 — изобарным перегревом пара.
Важным вопросом при расчете бинарных циклов является определение массового соотношения в них ртути и воды. 421 Глава 12. Циклы парооиловыд установок Отношение массы ртути к массе воды бинарной установки называют кратностью (12. 13) твод Ь1 Ь4 Ь вЂ” Ь т б где Ь, — энтальпия насыщенного водяного пара на выходе из конденсатора-испарителя; Ь4 — энтальпия конденсата водяного пара при входе в конденсатор-испаритель; Ь вЂ” знтальпия отработавшего ртутного пара при входе в конденсатор; Ьб — энтальпия конденсата ртутного пара на выходе из конденсатора-испарителя. Термический КПД бинарного цикла с насыщенным водяным паром т)р, + 1„„ Чс с)1 т(Ь8 — Ь10) ' гДе с11 = тр, (Ьз — Ьго) — теплота, поДвоДимаЯ в котле к РтУтному пару; 1~, = Ьб — Ь вЂ” работа 1 кг ртутного пара; („„= Ь вЂ” Ь вЂ” работа 1 кг водяного пара.
Величины работ определяются из Ьз-диаграмм ртутного и водяного паров. Тогда (Ь8 Ьс) (Ь1 Ьа) 1)с т(Ь вЂ” Ь, ) Выражение (12.14) можно преобразовать к виду (12. 14) С)С = С)С рт С)С вод 1)С ртз)С водт Ьб Ьс где 1), =, — термический КПД ртутного цикла, а с) „,д = В са Ь, — Ьз — термический КПД водяного цикла.
1 4 Из последнего выражения видно, что термический КПД бинарного цикла с насыщенным водяным паром зависит от термических КПД ртутного и водяного циклов. 422 В среднем в ртутно-водяных циклах на 1 кг воды приходится 9...12 кг ртути. Величина т определяется из теплового баланса конденсатора-испарителя 3. Можно записать (см. рис. 12.18, а)1 12.З. Бинарные циклы Термический КПД бинарного цикла с перегревом водяного пара определяется выражением ~'рв ~ 1'вод кл~рв 1 ив~вод 1)в = Я -~- Я„„щк)„~ -н щ1)„„„' (12. 15) Из рис.
12.18„б следует„что Ье — Ьв 'да '11 Теплота д„од затрачена на перегрев 1 кг водяного пара (нагрев воды до кипения и испарение осуществляются за счет теплоты, отдаваемой конденсирующимся ртутным паром): 17! вод 51 ква' Тогда выражение (12.14) перепишется в виде (см. рис. 12.18, б) л"(~9 ~а) 1 ( 11 12) цв=,„„, „),.„, м большая масса ртути, необходимая для осуществления цикла (около 9 — 12 кг ртути на 1 кг водяного пара из-за малого значения теплоты испарения ртути); Ф ядовитость ртутного пара; ° большая стоимость ртути. 423 Для повышения термического КПД бинарного цикла можно применить регенеративный подогрев питательной воды. Регенеративный подогрев ртути не дает эффекта ввиду того, что тепло- емкость жидкой ртути очень мала, и поэтому не применяется. Из рис.
12.18 видно, что бинарный цикл по сравнению с пароводяным обладает лучшей заполняемостью цикла Карно, т. е. более высокой степенью термодинамического совершенства. Применение перегретого пара несколько снижает КПД бинарного цикла. Термический КПД бинарного цикла достигает 0,8 — 0,85 от величины термического КПД цикла Карно в том же температурном интервале. При начальной температуре ртутного пара 500'С и конечной температуре в водяном конденсаторе 30 'С термический КПД бинарного цикла с регенеративным подогревом питательной воды 1), = 0,57.
Основными недостатками бинарного ртутно-водяного цикла являются: Глава 12. циклы лароснловык установок Первая бинарная ртутно-водяная паротурбинная установка была построена в 1923 г. Ее мощность составляла 1800 кВт. В настоящее время имеются паросиловые установки мощностью одной турбины до 20 000 кВт. Эксплуатация ртутно- водяных установок показала их высокую надежность и безопасность в работе. Кроме ртути, в качестве рабочих тел для верхних ступеней бинарного цикла можно использовать также дифенилоксид (СаН )20, дифенильную смесь (75Ув дифенилоксида и 2б',тв дифенила), бромиды сурьмы ЯЬВга, кремния ЖВгв, алюминия А1 Вг и другие вещества.
12Л. Циклы парогазовых установок В газотурбинных установках значительная часть полезной работы затрачивается на привод компрессора для сжатия воздуха и насоса для подачи топлива. Она зависит от величины энтальпии рабочего тела на входе в турбину и уменьшается с ростом последней. Начальную энтальпию рабочего тела можно повысить двумя способами: ° увеличением температуры рабочего тела на входе в турбину„ ° использованием рабочего тела с большой удельной энтальпией. Повышение энтальпии при первом способе ограничивается жаропрочностью металла. Так, температура рабочего тела свыше 970 — 1070 К невозможна из-за отсутствия термически прочных и стойких металлов.
Второй способ состоит в добавлении воды к продуктам сгорания, поскольку она обладает значительной удельной энтальпией. Газотурбинные установки, в которых рабочим телом являются газообразные продукты сгорания и водяные пары, называются парогазовьтми установками, а их циклы — парогазовыми. Известны парогазовые установки, в которых используется рабочее тело, представляющее собой смесь газообразных продуктов сгорания и водяных паров, поступающую в турбину, или два рабочих тела — парогазовая установка с раздельными 424 12,7.
циклы парогазовык установок Воздух 425 потоками продуктов сгора- 3 Водяной пар ния и водяного пара. В таких установках использует- Во а ся две турбины — газовая и ВН паровая. Т. Парогазовые установки с о. 5 раздельными потоками рабочего тела являются ти- Т Н 1 пичными бинарными установками.
В области высоких температур рабочим телом Рис. 12.19 являются продукты сгорания, а в области низких температур — водяной пар. Наиболее эффективной тепловой схемой парогазовой установки является схема, в которой паровой цикл по отношению к газовому циклу является полностью утилизационным, т. е.
паровая часть установки работает без дополнительной затраты топлива (рис. 12.19). Воздух из компрессора 1 поступает в камеру сгорания высононапорного парогазогенератора (ВП), работающего на газовом или жидком топливе. В камере сгорания в результате сгорания топлива образуется рабочее тело (продукты сгорания) с недопустимо высокой средней температурой 1350 — 1600 К, что вынуждает охлаждать продукты сгорания перед поступлением их на турбину.
Охлаждающее устройство (высоконапорный парогазогенератор) в этой схеме является парогенератором паровой части схемы. Образовавшийся в ВП водяной пар поступает в пароперегреватель 3, а затем в паровую турбину 4. После турбины водяной пар поступает в конденсатор 6, где полностью конденсируется. Из конденсатора насосом 7 питательная вода подается в газоводяной перегреватель 8, а затем поступает в высоконапорный парогазогенератор. Продукты сгорания из высоконапорного парогазогенератора, температура которого снижена до 700 — 790 лС за счет отдачи теплоты на парообразование воды, поступают в газовую турбину 9, а из нее в газоводяной перегреватель 8, предназначенный для подогрева питательной воды.
Из рис. 12.19 видно, что рабочее тело — водяной пар и продукты сгорания топлива — движутся по самостоятельным контурам и взаимодействие между ними Глава 12. Цнклн пвроснловых установок 'Г 1 происходит лишь через теплообмен, как в аппаратах поверхностного типа (парогеиератор и газовоб' дяной перегреватель). Парогазовый цикл установки с двумя турбинами з 4' , 'О (РИС. 12.20) СОСтОИт ИЗ ДВУХ КОНТУЛ' ров; 1 — 2 — 3 — 4 — б — 1 (газовый цикл) и 1' — 2' — 3' — 4' б' — 6'— 0 б в в б е е в 7' — 1' (пароводяной цикл). Газо- вый цикл состоит из следующих Рвс. 12.20 процессов: 4 — б — адиабатного сжатия воздуха в компрессоре; б — 1 подвода теплоты к рабочему телу в камере сгорания при р = соней 1 — 2 адиабатного расширения рабочего тела в турбине; 2 — 3 — изобарного отвода теплоты в газоводяном перегревателе б; 3 4 — изобарного отвода теплоты в окружающую среду.
Паровой цикл состоит из следующих процессов: 1' — 2'— адиабатного расширения пара в турбине; 2' — 3' — - конденсации пара в конденсаторе (отдача теплоты); 3' — 4' — адиабатного сжатия воды в насосе; 4' — б' — 6' — подвода теплоты к воде в газоводяном перегревателе и высокотемпературном парогазогенераторе; 6' 7' — парообразования в высоконапорном парогазогенераторе; 7' — 1' перегрева пара в пароперегревателе. Как и в ртутно-паровом бинарном цикле, адесь циклы 1 — 2 3 4 — б 1 и 1' — 2' -3' — 4' б' — 6' — 7' — 1' построены для различных рабочих тел. Цикл строится для 1 кг водяного пара и соответствующего количества газа, приходящегося на 1 кг воды. В цикле газотурбинной установки подводвггся теплота, численно равная пл.
1бдб, а в цикле паротурбинной установки подводится теплота, численно равная пл. вЗ'4'б'6'7'1'е. Полезная работа всей установки определяется суммой полезной работы газового цикла 1 = пл. 123461 и работы парового цикла Гл = пл. 3'4'б'6'7'1'2'3'. Теплота отработавших в турбине газов, численно равная пл. 2634, при раздельном осуществлении обоих циклов выбрасывается в атмосферу. В парогазовом циуше теплота, выделяющаяся при охлаждении газов по линии 2 — 3 и определяемая пл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
