Termodinamicheskie_osnovy_ciklov_teploen ergeticheskih_ustanovok_A.A._Aleksandrov (850926), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Так, например, две установки могут иметь одинаковый коэффициент использования теплоты, а доля выработки электроэнергии (более ценной продукции) у одной из ннх больше, что никак не отразится на этом показателе. Поэтому используют еще один показатель — удельную выработку электротергии на тепловом потреблении э, кВт ч/кДж, которая определяется как э =П,(Ь! -Ьз)з) т) з)./(3600Дт). (7.37) Чэ = 3600Уэ/(Ваган 3600 Д,/т) к) . (7.38) 109 Применяя это показатель, можно анализировать влияние тех нли иных изменений в цикле на экономичность установки. Так, для установок с турбинами с противодавлением, для которых коэффициент использования теплоты согласно (7.36) всегда равен произведению ~)„,ц„, можно показать, что повышение параметров пара улучшает жоиомнчность, так как при этом увеличивается удельная выработка шсктрознергии на тепловом потреблении и, следовательно, при одинаковой тепловой нагрузке Д, возрастает количество электроэнерпш, выработанной по очень экономичному циклу.
Так как ТЭЦ производит два вида продукции — электроэнергию и теплоту, для оценки эффективности ее работы используют два разных КПД. При этом КПД ТЭЦ по выработке электроэнергии определяется как Общая термодинамическая оценка эффективности применения теплофикации может быть сделана на основе зксергетнческого метода. В этом случае при учете полученной энергии различных видов используется их единая мера — эксергия.
Принимая эксергию топлива равной его низшей теплоте сгорания, эксергетическвй КПД ТЭЦпредставим в виде ~),„. = Зб00(Ф,+ Е0 )l(ВЯр) (7.39) Рассмотрение проблемы отнесения произведенных на ТЭЦ затрат на различные виды продукции выходит за рамки данного курса. 7.9. Заключение Паротурбинные установки нашли широкое применение в качестве основного оборудования для выработки электроэнергии на электростанциях. Основными их достоинствами являются высокая экономичность, возможность создания агрегатов очень большой единичной мощности (до 1000 МВт и выше) и использования любых видов топлива, в том числе и ядерного.
В то же время для них характерны большое потребление воды для охлаждения конденсаторов, большая металлоемкость агрегатов (в основном из-за наличия котлов значительных размеров) и обусловленный этим длительный период пуска установки из холодного состояния. Глава 8 ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 8.1. Цикл газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении Газотурбинная установка представляет собой двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно в рабочем теле цикла, осуществляемого в потоке газа. Принципиальная схема газотурбинной установки (ГТУ), в которой топливо сгорает при постоянном давлении, приведена на рпс.
8.1, а осуществляемый в ней обратимый цикл представлен в р, и-диаграмме на рис. 8.2 и в Т, з-диаграмме на рис. 8.3. В этой установке воздух из окружающей среды, имеющий давление р! н температуру Ти поступает на вход компрессора К, вращающегося на одном валу с газовой турбиной 7: В компрессоре воздух адиабатно сжимается до давления р, при котором подается в камеру сгорания КС, куда поступает и газообразное или жидкое топливо.
Здесь при постоянном давлении происходит сгорание топлива, вследствие чего температура получившихся газообразных продуктов сгорания повышается до 7з, достигающего у современных установок !200— !500 К. При этой температуре и давлении рз = рз газ поступает в гурбину, где при адиабатном расширении до атмосферного давления совершает работу, одна часть которой затрачивается на привод компрессора, а другая — на привод генератора Г, вырабатывающего шсктроэнергию. Из турбины газ при давлении ря = р! выбрасывается в окружающую атмосферу, а в компрессор забирается из атмосферы новый чистый воздух.
Таким образом, для данной порции воздуха процесс фактически является незамкнутым, но при построснии гсрмодинамического цикла (рнс, 8.2, 8.3) охлаждение отработавшего газа в атмосфере рассмьпривается как изобарный процесс отвода теплоты от рабочего тела холодному источнику. При термодинамическом рассмотрении цикла обычно не учитывается изменение массы рабочего тела при сгорании топлива (оно невелико и составляет около 2 94~), а также не принимается во внимание происходящее при этом изменение химического состава газа и все расчеты проводятся по отношению к 1 кг чистого воздуха.
111 Рнс. 8.1 Ряс. 8.З Р с.вл Все процессы в газотурбинной установке протекают в потоке газа. Поэтому работа 1„, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре, является технической работой, определяемой по соотношению (3.2): 1„= -! идр и на р, о-днаграмме (см. рнс. 8.2) представляемой эквивалентной площадью фигуры 1 — 2 — а — Ь вЂ” 1. Точно так же работа 1„полученная в турбине, является технической работой и на рис.
8.2 ей соответствует площадь фигуры 3 — 4 — Ь вЂ” а — 3, Отсюда очевидно, что полезная работа цикла 1„, равная разности этих работ, на р, о-диаграмме изображается площадью фигуры, заключенной внутри контура цикла 1 — 2 — 3 — 4 — !. На Т, а-диаграмме (рис. 8.3), в которой показан обратимый цикл газотурбинной установки, теплота с!1, подводимая к воздуху в камере сгорания, представлена площадью фигуры 2 — 3 — Ь вЂ” а — 2, а теплота зз, отводимая прн охлаждении газов в окружающую среду,— площадью фигуры 4 †! — а — Ь вЂ” 4. Следовательно, полезная работа цикла, равная разности с!! н с!з, в такой диаграмме также изображается плошадью фигуры, заключенной внутри контура цикла!— 2 — 3 — 4 — 1. Термический КПД цикла, определяемый соотношением (2.10), для ГТУ может быть выражен как т1! (1т 1сМ> = Рз Ьс) — (Ьз — Ь1))/(Ьз — Ьг).
(8.1) Значения энтальпии воздуха, необходимые для проведения вычислений по формуле (8.1), определяются по таблицам [2, 3) или с помощью программы [4]. Для того, чтобы проанализировать зависимость термического КПД от характерных параметров цикла ГТУ, преобразуем формулу (8.1), введя некоторые упрощающие допущения. Поскольку разность энтальпий можно выразить через теплоемкость и разность темпера- 112 тур: ЬЬ = СЬТ, а изменение температуры газа в адиабатном процессе согласно (3.7) можно представить как Тз1Т~ = (рз/р1)(~ ~УУ, то, приняв постоянными значения теплоемкости с„и показателя адиабаты 1, после преобразований получим Ч, = ) - )Ф' "', где и = рз1р~ — степень повышения давления воздуха я каипрессоре, являющаяся характерным параметром ГТУ.
Из (8.2) следует, что термический КПД цикла ГТУ зависит только от степени повышения давления ~3 и не зависит от температуры газа перед турбиной Т . Чтобы пояснить причину этого, обратимся к выражению (см. (2Н3)) термического КПД цикла через средние температуры подвода и отвода теплоты, справедливому для любого обратимого цикла. На рис. 8.4 представлены исходный цикл ГТУ 1 — 2— 3 — 4 — 1 и цикл с увеличенным давлением воздуха после компрессора 1 — 2а — За — 4а — 1, имеющие одинаковую температуру воздуха перед турбиной Тз.
Можно видеть, что температура Тм выше, чем температура Тз, и, следовательно, средняя температура подвода теплоты в последнем цикле больше, чем в исходном. Температура же воздуха после турбины Т4, ниже, чем Тд, что приводит к уменьшению средней температуры отвода теплоты в последнем цикле. Оба эти фактора обусловливают возрастание термического КПД цикла при увеличении степени повышения давления воздуха ~3. В то же время при фиксированном значении ~3 повышение температуры перед турбиной Тз приводит к возрастанию как средней температуры подвода теплоты Т„, так и средней температуры отвода теплоты Тз р причем отношение их остается неизменным и равным отношению Тз/Т~ из-за зквидистантности изобар.
Следовательно, и термический КПД цикла не изменяется при изменении температуры газа перед турбиной. Однако зти закономерности влияния параметров на экономичность цикла становятся несколько иными при рассмотрении действительного цикла ГТУ. Действительный цикл ГТУ, в котором необратимые из-за наличия трения процессы в турбине и компрессоре протекают с ростом энтропии, показан на рис. 8.5.
Показателем экономичности такого цикла является внутренний КПД: пн 1ц181 (1т 1к)18! ((~3 1'4д) ("зд й!))1Из ~2д) (8 3) который, использовав понятия внутреннего относительного КПД турбины 113 Рвс. 8.5 Рнс. 8.4 т)',4 = /~//с = (Ьз — Ь „)/(Ьз-Ьс) и внутреннего относительного КПД компрессора т)ос /к//к (Ь2 Ь1)/(Ь2к Ь! ) ~ (8.4) (8.5) можно привести к виду 212 1(Ьз Ь4)т)о~ (Ь2 Ь1)/т1оМ(Ьз Ьзд) (8 б) Действительная мощность ГТУ рассчитывается как 1УГту Ьт /~к / (/тЧоз /к/Пос) = /2((Ьз — Ь4)т1'„— (Ь2 — Ь1)/з)",.) . (8.7) Из этого выражения следует, что ГТУ может совершать работу (/У", > 0) только при выполнении условия т к 2)озеро~ Э 48 ~ (8.8) где ср = /„//,.
Это условие является существенным, так как работа компрессора может составлять 50 — бО о'о работы турбины и при малых значениях их внутренних относительных КПД ГТУ просто не сможет работать. То обстоятельство, что затраты на привод компрессора составляют значительную долю работы турбины, приходится учитывать при анализе зависимости экономичности действительного цикла от параметров газа. С этой целью введем понятие внутреннего относительного КПДГТУ: 114 Очевидно, что с увеличением доли работы, затрачиваемой на компрессор 4р, внутренний относительный КПД ГТУ уменьшается.
Внутренний КПД ГТУ представим теперь в виде 1ггу Ч! % ~дгтУ~ГГУ91 ГТУ ~3 ~2 = Чьч Ч3 (гтУ У1 д '33 ~24 (8.10) При анализе его зависимости от параметров газа можно принять гту ~~3-2~~~ 23-2 ~ 3-2 ~~ 3 — 2 ' 313 1)ы Рассмотрим зависимости внутреннего КПД цикла от температуры газа перед турбиной Тз при нсизменной степени повышения давления воздуха в компрессоре р. Как было показано ранее, термический КПД цикла в этом случае и работа компрессора не изменяются. Но с увеличением температуры Тз при постоянном отношении Тз(Т4 = р<~ — '"~ возрастает разность температур Т, — Т4, а следовательно, и разность энтальпий 113 — Ь4, т.е.
работа турбины. Поэтому отношение работ компрессора и турбины р уменьшается, н согласно (8.9) увеличивается внутренний относительный КПД ГТУ т1„, а ПУ значит, и внутренний КПД ГТУ Чг В случае же, когда температура перед турбиной Тз остается постоянной, а степень повышения давления воздуха в компрессоре 15 увеличивается, термический КПД цикла растет, но работа компрессора также возрастает, причем значительнее, чем работа турбины. Можно показать, что их отношение 4р определяется как <р = (Т1~тз)р<'- 1уз (8.11) и при его возрастании уменьшается внутренний относительный КПД ГТУ Чы .Таким образом, внутренний КПД ГТУ Ч, оказываетгту ся произведением двух величин, одна из которых Ч, при возрастании р увеличивается, а другая ׄ— уменьшается.
Вследствие ГГУ этого кривая зависимости внутреннего КПД ГТУ от степени повышения давления проходит через максимум (рнс. 8.6). Если температуру Тз увеличить, то согласно (8.11) влияние 1р и, следовательно, гту уменьшится'и максимум зависимости сместится в сторону более высоких значений 13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
