Диссертация (1024726), страница 26
Текст из файла (страница 26)
2среднестатистических значениях адиабатного и изотермического кпд компрессора0,8 и 0,6, соотв., значении адиабатного кпд детандера 0,8:- цикл Limum;- цикл SMR;- дроссельный цикл высокого давления спредварительным охлаждением на уровне 233 К;турбодетандером;- цикл среднего давления с- цикл с внешним азотным охлаждением;- дроссельныйцикл высокого давления с предварительным охлаждением на уровне 233 К идвумя эжекторами;- цикл высокого давления с предварительным охлаждениемна уровне 203 К и дроссель-эжектором;- дроссельный цикл высокого давленияс предварительным охлаждением на уровне 233 К и дроссель-эжектором;- «однопоточный» процесс на СХА [129];- дроссельный цикл на СХА спредварительным охлаждением на уровне 233 К, адиабатный КПД компрессораконтура СХА 0,65 [135,168];- дроссельный цикл на СХА с предварительнымохлаждением на уровне 233 К [135,168];пропаном , этаном и метаном [130];- каскадный цикл с охлаждением- каскадный цикл с предварительнымохлаждением пропаном , этаном , нижняя ступень охлаждения – обратный циклБрайтона (азот) [130];- цикл Prico [173];- цикл SMR [138]243Из зависимостей, представленных выше (см.
Рис. 3.11, Рис. 4.16, Рис. 5.48, би Рис. 5.50, б) следует выделить следующее: при снижении минимальной работыожижения происходит как уменьшение удельных затрат на сжижение, так иснижение термодинамической эффективности. При этом снижение минимальнойработы ожижения происходит быстрее, чем уменьшается действительнаязатраченная работа, что приводит к снижению степени термодинамическогосовершенства при малых значениях минимальной работы ожижения.
Рис. 5.53показывает, что существует явная тенденция к снижению термодинамическойэффективности при уменьшении минимальной работы ожижения у всехисследованных циклов. Очевидно, что приближение действительной работыожижения к минимальной работе ожижения Lд→lmin должно сопровождатьсяуменьшением величины генерации энтропии Δs→0 во всех узлах установоксжижения.
В пределе, при Lд = lmin приращение энтропии Δs=0, что, в принципе,недостижимо. Основной вклад в неравновесность процесса ожижения вноситнесовершенство процессов в «машинном» оборудовании. Поэтому при малыхвеличинах lmin современный уровень совершенства машин для компрессииирасширения газа явно недостаточен для создания высокоэффективных установокСПГ.5.7. Выводы по главе 51.
Впервые в мире разработан роторный волновой криогенератор (РВКГ),реализующий принцип энергообмена посредством ударных волн в областикриогенных температур. Предложена математическая модель, основанная наметоде «распад разрыва» С.К. Годунова, позволяющая рассчитывать основныепроцессы в РВКГ с учетом свойств реального газа. Показано, что основнымхолодопроизводящим процессом РВКГ является выхлоп.2 Исследованы термобарические и расходныехарактеристики РВКГ вобласти температур от 233 К до 153 К и в диапазоне степеней расширения от 1,5244до 2,5. Получено максимальное значение адиабатного кпд 60 % при степенирасширения 1,63.
Путем снижения газодинамического сопротивления на входе вРВКГ газа высокого давления достигнуто увеличение расходов активного газа от6 до 9 %, а пассивного от 7 до 17 %.3. Предложена перспективная схема установки СПГ с РВКГ для условийГРС [98]. Энтропийно-статистический анализ показал, что вероятное значениестепени термодинамического совершенства этого цикла составляет 0,171.4. Предложена схема ожижителя природного газа высокого давления сиспользованиемкаскаднойстатистическогоанализахолодильнойпоказано,чтомашины.Методомиспользованиеэнтропийно–предварительногоохлаждения на температурных уровнях 233 К и 203 К позволяет достигнутьвеличины термодинамического совершенства 0,341.5.
С помощью метода этропийно-статистического анализа показано, что дляустановки сжижения природного газа, работающей по циклу Клода с внешнимазотным охлаждением увеличение изотермических КПД компрессора ПГ ηиз1 ициркуляционного компрессора азота ηиз2 с величины 0,6 до 0,65, а также приувеличении адиабатного КПД детандера ηs с величины 0,8 до 0,835 степеньтермодинамического совершенства увеличивается с 0,267 до 0,33.6. СопоставлениетехнологийсжижениярезультатовПГнаэнтропийно-статистическогоСХАпоказал,чтоанализатермодинамическаяэффективность цикла Limum на 10-12 % больше, чем у цикла SMR.
Показано, чтоповышение эффективности достигается за счет увеличения концентрациивысококипящих компонентов в СХА цикла Limum, что позволяет организоватьдополнительную ступень охлаждения.7. Экспериментальным и расчетным путем показано, что с уменьшениемминимальнойработыожиженияснижаетсявеличинатермодинамическойэффективности установок СПГ при принятых среднестатистических значенияхизотермического и адиабатного кпд компрессора 0,6 и 0,8 и значении адиабатногокпд детандера 0,8.245ВЫВОДЫ1.
Впервые проведен энтропийно-статистический анализ существующихмалотоннажных установок СПГ. Установлено, что степеньтермодинамического совершенства не превышает 0,287 для установок,работающих по циклу Линде-Хэмпсона с предварительнымохлаждением на температурном уровне 233К и 0,175 для установок,работающих по циклу Клода. Для установок функционирующих поциклу Линде –Хэмпсона с предварительным охлаждением натемпературном уровне 203К степень термодинамическогосовершенства составляет 0,3252.
Предложен новый способ ожижения природного газа и разработаноустройство для его реализации – установка высокого давления спредварительным охлаждением и дроссель – эжектором (патенты РФ№2180081 и №2180082), степень термодинамического совершенствакоторой достигает 0,296. Создание этой установки позволило после 30летнего перерыва возобновить производство СПГ в Московскомрегионе и развивать инфраструктуру его потребления.3. Получены данные промышленной эксплуатации о реальных величинахтермодинамической эффективности и распределении энергетическихпотерь в установках, работающих по дроссель-эжекторному циклуЛинде –Хэмпсона с предварительным охлаждением на различныхтемпературных уровнях ( 233К и 203К) в диапазоне изменениятемпературы окружающей среды от 262К до 300К.4. Предложены перспективные схемы малотоннажных установок CПГ:схема высокого давления с каскадной холодильной машиной, вкоторой достижима степень термодинамического совершенства 0,323и схема среднего давления с роторным волновым криогенератором в246которой достижима степень термодинамического совершенства 0,171(патент РФ № 249534).5.
Экспериментальным и расчетным путем показано, что с уменьшениемминимальной работы ожижения снижается величинатермодинамической эффективности установок СПГ при принятыхсреднестатистических значениях изотермического и адиабатного кпдкомпрессора 0,6 и 0,8 и значении адиабатного кпд детандера 0,8.6. Впервые в мире разработан роторный волновой криогенератор(РВКГ), реализующий принцип энергообмена посредством ударныхволн в области криогенных температур.
Предложена математическаямодель основанная на методе «распад разрыва» С.К.Годунова,позволяющая рассчитывать основные процессы в РВКГ с учетомсвойств реального газа. Показано, что основным холодопроизводящимпроцессом РВКГ является выхлоп.7. Экспериментально исследованы термобарические и расходныехарактеристики РВКГ в области температур от 233К до 153К и вдиапазоне степеней расширения от 1,5 до 2,5. Получено максимальноезначение адиабатного кпд 60% при степени расширения 1,63.Показана возможность дальнейшего совершенствования РВКГ путемснижения газодинамического сопротивления на входе газа высокогодавления.8.
Создана и находится в опытной эксплуатации криогенная топливнаясистема газотурбовоза ГТУ-1 с потреблением СПГ 300-2500 кг/ч(патенты РФ №№ 2497014, 2487028).247СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙСПГ – сжиженный природный газПГ – природный газАГНКС – автомобильная газонаполнительная компрессорная станцияA, B, C – термодинамический контурГРС – газораспределительная станцияКПД – коэффициент полезного действияПКХМ – пароконденсационная холодильная машинаГПЗ – газоперерабатывающий заводРВКГ – роторный волновой криогенераторСХА – смешанный холодильный агентТДКА – турбодетандерно-компрессорный агрегатАВ – активный поток высокого давленияАН – активный поток низкого давленияАТП – акустико-тепловой преобразовательВД – волновой детандерВКГ – волновой криогенераторВР – волна разряженияВТ – волна торможенияГСИ – газоструйный стержневой излучательКП – контактная поверхностьОВР – отраженная волна разряженияОУВ – отраженная ударная волнаПВ – пассивный поток высокого давленияПН – пассивный поток низкого давленияПОГ – пульсирующий охладитель газаПУВ – падающая ударная волнаЭК – энергообменный канал248G, Э – массовый поток, кг/сСp – изобарная теплоемкость,i – энтальпия,Δi – изотермический дроссель-эффект,L, l – работа,q – тепловой поток,R – газовая постоянная,êÄæêã Ês – энтропия,T – температура, Кη – степень термодинамического совершенства, КПД компрессора идетандераρ – плотность,А – площадь поперечного сечения энергообменного каналаАр – угол поворота ротора, градсячейки – скорость звука в расчетной ячейке, м/сD – гидравлический диаметр энергообменного канала, ммL – длина энергообменного канала, ммp – давление, Паt – время, сu – скорость газа в энергообменном канале, м/сх – координата энергообменного канала, ммδ – торцевой зазор, мм249δ – интенсивность источников (стоков) массы,ε – внутренняя энергия,ξ – коэффициент гидравлического сопротивленияπк – степень расширения активного потокаπт – степень сжатия пассивного потокаχ – показатель адиабатыИндексыад, s – адиабатныйб.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
