1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Воздух пбсле подогрева поступает в ЭХГ и в дожигатель анодных газов. Теплота катодных газов ТЭ используется для генерации и перегрева пара. После охлаждения катодные газы сбрасывают. ся в атмосферу. Как показал термодинамический анализ ЭЭС с данной схемой, эффективный электрический КПД может достигать ЫЗ С Ох з Нхоз Нг зсо С02,Н20 гззи икании уг 0,5 Рис. 2.23. Зависимость Кдд ЗЭС иа основе ТЗТОЭ от степени злектрохи.
мического использования топлива 69 при различных значениях Х, кА/мз: 1 — 2;2-3;3-4;4-5 О7 Пчб аз зб О 124 41 Рис. 2.22. Упрощенная схеыа ЗЭС на основе ТЭТОЭ: 1 - теплообменник конвертора; 2 -конвертор; 3 -теплоносителхэ 4 — ЭХГ; 5- доиигатель; б — инвертор; 7 — парогенератор; б - паровая турбина; у — конденса.
тор; 10 — теплообменник. 54-57% и слабо зависит от степени электрохимического исполь. зования топлива в ТЭ (рис. 2.23). Расчетные значения расхода топлива (в пересчете на услов. ное) 227-215 г/(кВт ч). Основные потери энергии,%: в паротурбинном цикле — 25,6 на собственные нужды ЭЭС (включая нагрев воздуха) 9, с отходящими газами — 4,6, на излучение тепла в окружающую среду — 4,4 на преобразование постоянного тока в переменный-2, При использовании тепла ЭЭС для теплоснаб. жения и теплофикации сум. т(ззч марный КПД ЭЭС превышает 80Чо. На рис.
2.24 представлена разработанная американской фирмой "Вестингауз" схема ЗЗС на основе ТЭТОЭ. з Очищенные продукты газификации угля в теплообменнике нагреваются до 700'С и поступают в ЭХГ, непрореагировавшее топливо дожигается в дожигателе ДГ, продукты горения поступают в парогенератор ПГ, экономайзер ЗМ, теплообменники и сбрасывается в атмосферу. Подогретый воздух подается в дожигатель и в ЗХГ, а затем после отдачи тепла в теплообменниках ТО сбрасывается в атмосферу.
Вода из системы водоподго- ' ' товки поступает в паротурбинный цикл, в котором генерируется электроэнергия, а в случае необходимости и тепло. В схеме предусмотрена горелка Г для запуска ЭЗС. Прогнозные оценки показывают, что электрический КПД ЭЗС на природном газе в перспективе может достигать 60%, а на угле — 55-56%. Прогнозные зкономические оценки указывают, что капиталы ные затраты будут составлять 1000-1500 долл/кБт (в ценах 1982 г.), а приведенные затраты — 4-6 центов/(кВт ч). 2.8.6. Перспектива развития ЗЗУ и ЭЗС. В 80-х годах велась разработка ЭЭу и ЗЭС трех поколений. Первое поколение ЭЭУ и ЭЭС базировалось на низко- и среднетемпературных ТЭ. Установки на базе ТЭ с щелочным электролитом требуют чистого водорода и кислорода. Они нашли применение в косми"еской технике, могут также применяться для электромобиля и 125 в системах аккумулирования энергии. Разработанны и испыта, ны ЗЗУ мощностью до 100 кВт, с ресурсом до 5000 ч.
Удельнал мощность ЗХГ достигла 50-60 Втукг, Так как ЗХГ имею блочный характер, то могут быть созданы ЗЗУ мощностью до сотен мегаватт. Удельная мощность может быть увеличена в 3-5 раз за счет улучшения параметров ЗХГ и уменьшения дели массы вспомогательных систем. За счет совершенствования технологии и конструкций, пргь менения новых материалов и автоматического поддержании оптимального режима работы ЗЗУ можно увеличить ресурс на порядок. В перспективе возможно создание ЗЗУ без платино. вых катализаторов.
Однако такое совершенстование возможно лишь при интенсивных научно-исследовательских и опытно. конструкторских работах. На основе ТЗгрКЗ созданы и испытаны ЗЗУ и ЗЗС мощ. ностью 0,04-4,8 МВт с ресурсом до 40 000 ч, КПД при работе на природном газе и нафте составляет 37-41% (электрический) н 70-80% (суммарный); капитальные затраты оцениваются в пределах 1600-3000 долл/КВТ. Разрабатываются ЗЗС мощностью 7,5-11 МВт. Планируется увеличение ресурса ЗЗС до 20 лет, КПД вЂ” до 41-42% и снижение капитальных затрат до 800-1000 долл/КВТ. Второе поколение ЗЗС базируется на высокотемпературных ТЗРКЗ. Разработаны и испытаны ЗХГ мощностью до 100 кВт.
Планируется создание к середине 90-х годов ЗЗС мощностью десятки и сотни мегйватт с электрическим КПД 45-50%, с ка. питальными затратами 1000-1400 долл/КВТ. Третье поколение ЗЗС базируется на высокотемпературных ТЗТОЗ. Разработаны и испытаны макеты ЗХГ мощностью до 1 кВт. Планируется создание к 2000 г.
ЗЗС мощностью несколь. ко мегаватт с электрическим КПД выше 50% и капиталвнымн затратами 1000-1500 долл/КВТ. рис„2.25. Зависимость КПЛ знергоусщ- Ъ ' зй ловок и злектростанций от из номинальой мощности: 5Р ТЭС и ГТУ; 2 — лизель-генераторьл ЭЭСна основе ТЭФКЭ; 4-ЭЭС на ос- ОР лозе высвисте ературн ТЭ 30 7Р а,ау а,у 7 га 700 уааа ~У, МВт пива на ЗЗС ниже расхода топлива на других энергоустановках (табл. 2.12) 17; 26, т.
2, с. 48; 101, с. 695-702; 111; 113; 114; 140), поэтому при использовании ЗЗС появляется возможность экономии значительного количества топлива. Из рис. 2.25 также следует, что КПД ЗЗС и ЗЗУ в меньшей степени зависят от установленной мощности, чем КПД других установок. Так, разница КПД установок мощностью 1000 и 40 кВт составляет 2,5% у ЗЗУ и 10% у дизель-генератора.
При одной и той же мощности КПД ЗЗУ и ЗЗС менее чувствительны к изменению нагрузки, чем КПД других установок. Например, при уменьшении нагрузки со 100 до 30% номинальной КПД ЗЗУ либо не изменится, либо изменится на 3-5%, в то время как КПД газовых турбин уменьшится в 1,5-2,5 раза.
Злектрохимические энергоустановки и электростанции могут генерировать не только электрическую энергию, но и тепло. Суммарный КПД в этом случае составляет 60-75% на Таблица 2.12. Удельный раскол топлива (в пересвете на условное топливо) Ь Вид знергоустановки Топливо Мощность, Ь, гг(кВт ч) вли злектростанции квт 3 Дизель-генератор Газовая турбина ЗЭУ на основе ТЭФКЭ ТЭС ЭЭС на основе высоко. тенпературньп ТЭ 2.9. СРАВНЕНИЕ ЭЭУ И ЭЭС С ДРУГИМИ ЭНЕРГОУСТАНОВКАМИ И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ 2 9 1 КПД и удельный расход топлива Как видно из рис.
2.25> электрический КПд ТЗС и ГТу на 10-20% ниже КПд ЗЗС на основе высокотемпературных ТЗ и на 5-10% ниже КПД ЗЗС на основе ТЗФКЗ. КПД дизель-генератора на 10-15% ниже КПД ЗЗу на основе ТЗФКЗ. Соответственно удельный расход топ' Дизельное топливо Природный газ То же Уголь То же Природныйгаз Уголь Природный газ 0,1-10 20-100 0,01-10 000-2400 100-500 600-1200 100-700 100-700 360-610 450-550 300-340 330-345 400-600 315-335 230-270 г10-г50 ЭЭУ и ЭЗС с ТЭФКЭ и 75-85% на ЭЭС на основе высокотемпе. ратурных ТЭ, т.е. суммарный КПД электрохимической теплоцентРали бУдет выше КПД ТЭБ. Соотношение электРической н тепловой мощностей у ЭЭУ и ЭЭС (1: 1) выше, чем у ТЭИ.
К достоинствам ЭЭУ и ЭЭС следует также отнести малый расход топлива при холостой работе (примерно 1% от расхода при полной нагрузке). В ЭЗУ и ЭЭС можно использовать различные виды топлива: природный газ, метанол, этанол, биогаз, пропан, нафту, продук. ты газификации угля. 2.9.2. Экологическиехарактеристики. По сравнению с энерго. установками„в которых происходит преобразование химическон энергии в тепловую, а затем — в электрическую (ТЭС, ГТУ, дизель-генераторы), ЗЭУ и ЭЭС имеют улучшенные характерно. тики по следуюшим причинам: 1.
В ТЭ не происходит прямого взаимодействия топлива н окислителя, которое в тепловых машинах приводит к цепным реакциям образования вредных продуктов (142, 1431. 2. В ТЗ не может использоваться топливо, содержащее серу, мышьяк, ртуть и другие яды. В связи с этим ЭЭУ и ЭЭС, рабе. тающие на природных видах топлива, обязательно включают подсистему подготовки и очистки топлива.
Это предотвращает выброс топливными элементами в атмосферу соединений серы и металлов. 3. Основное загрязнение окружаюшей среды, вызываемое ЭЭУ н ЭЗС, обусловлено подсистемой подготовки и очистки топлива. На современном уровне развития техники и техноло гии имеет возможность создать аппараты в герметичном испол. нении, а процессы — по принципу малоотходной технологии. Это удорожает ЭЭС, но обеспечивает экологическую чистоту.
4. Процессы в ТЭ не требуют технологической воды. Наоборот, в ТЭ образуется вода, которая может быть использована для питья, гигиенических нужд и технологических целей, напримеР для конверсии топлива и теплоснабжения. В современных ЭЭС, как правило, используется воздушное охлаждение, поэтому отпадает необходимость в охлаждаюшой воде. Потребность в охлаждающей воде возникает при исполь. зовании в ЭЭС концевого цикла - паровых или газовых турбин Однако мошность концевого цикла составляет 10-25% обшей мошности ЭЭС, соответственно и потребление охлаждаюшей воды в 4-10 раз ниже.
Таки)4 образом, ЭЗС потребляют сравни 1тз „„но небольшое количество воды или практически ее не ,оль нотр тРеблЯЮТ Соответст енно ЭЭС значи ельне меньше загРЯзнл „от гидросферу, чем ТЭС. 5. Топливные элементы не имеют движушихся частей, поэте муне вызывают шума. Шум в ЭЭС вызывают компрессоры, „асосы, а также турбина концевого цикла. Однако мощность концевого цикла невелика, поэтому уровень шума на ЭЭС „нже, чем на ТЭС. По сравнению с ГТУ одинаковой мощности уровень шума на ЭЭС в 3-4 раза ниже. 6. В связи с более высоким КПД ЭЭС, чем~ТЭС, существенно „нже уровень выделения тепла в атмосферу, меньше тэплоооо загрязнение атмосферы и ниже удельный выброс СО . Так хах в ЭЭС, в основном, используется воздушное охлаждение, то ЭЭС оказывает сушественно меньшее, чем ТЭС, тепловое воздействие на гидросферу.
В табл. 2.13, составленной на основании опубликованных данных (42; 86, с. 1259-1265; 114; 124; 126, с. 342; 142-145; 152], лриведены экологические характеристики энергоустановок. В связи с отсутствием большого опыта эксплуатации мошных ЭЭС данные для них имеют оценочный характер и приводятся для сравнения. В табл. 2.13 также приведены суммарные нормализованные (приведенные) значения вредных выбросов (521, М, которые рассчитывались по уравнению (2.73) М= Е А;Мр где М; - выбросы 1-го компонента, "А; — индексы нормализации.
В соответствии с [521, А1 для СО равно 1, С„Н,„- 2, 801 — 16,5, 1Ч΄— 41, для золы — 70, твердых частиц дизелей - 200, соединений Ртути и свинца — 2,2 ° 104, бенз(а)пирена — 1,3 10о. Как видно из таблицы, нормализованные (приведенные) суммарные загрязнения атмосферы вредными выбросами ГТУ и дизель-генераторами на 2-2,5 порядка, а ТЭС на 1-2 порядка выше, чем ЭЭС. Расходы воды на ЭЗС в 4-5 раз меньше, чем на ТЭС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
