Бинарный цикл

Как отмечалось выше, термический КПД паросиловых установок очень низкий, в связи с чем большое количество тепловой энергии может сбрасы­ваться в окружающую среду, вызывая ряд экологических проблем, обуслов­ленных повышением температуры этой среды. Повысить КПД паросиловой установки можно путем повышения температуры пара перед турбиной (после пароперегревателя). Однако для паросиловых установок, работа­ющих на водяном паре, существует ограничение по давлению, которое не должно превышать 30 МПа, Это ограничение в первую очередь связано с прочностью современных материалов, применяемых для изготовления паросиловых установок. Ограничение верхнего предела давления пара в паросиловом цикле не позволяет увеличить температуру пара более 600° С. Нижняя температура рабочего тела в цикле Ренкина составляет 15… 30°С.

Сравнивая циклы паросиловых установок с циклами ДВС, убеждаемся, что в последних температура рабочего тела может достигать 1000° С, не вызывая существенных проблем прочности материалов, из которых они изготовлены. В ДВС средняя температура рабочего тела в процессе подвода тепловой энергии больше, чем в цикле паросиловой установке. Вместе с тем нижний предел температуры достигает 350…450°С при расширении продуктов сгорания топлива до атмосферного давления.

Так как температура отработавших в ДВС газов относительно большая, то это подтолкнуло инженеров к объединению этих двух циклов, газового и паросилового, в единой энергетической установке, называемой комбини­рованной (бинарной).

На рис. 11.28 показана схема парогазовой установки. Атмосферный воздух засасывается центробежным компрессором ВК и подается в камеру

Сгорания КС, являющуюся составной частью высоконапорного парогенера­тора ПГ. При адиабатическом сжатии воздуха в компрессоре ВК его тем­пература возрастает без изменения энтропии (процесс а-Ь; рис. 11.29). При сгорании топлива в камере сгорания КС температура газов увеличивается (процесс Ь-с). Часть этой тепловой энергии используется в высоконапорном парогенераторе ПГ и пароперегревателе 1111 (рис. 11.28) для получения перегретого водяного пара (процесс 4-5-1; рис. 11.29). Часть газов из камеры сгорания КС направляется в газовую турбину ГТ (рис. 11.28), где в процессе расширения (процесс CD; рис. 11.29) совершают полезную работу, вращая генератор Г1. В генераторе Г1 происходит преобразование энергии из механической формы в электрическую форму.

Покидающие газовую турбину ГТ отработавшие газы поступают в газоводяной подогреватель ГВ, где охлаждаются (процесс DA; рис. 11.29) и подогревают конденсат (процесс 3-4), образующийся в конденсаторе КН паровой турбины ПТ.

Перегретый пар из пароперегревателя ПП поступает в паровую турбину ПТ, в которой расширяется (процесс 1-2; рис. 1.29), совершая полезную работу. В генераторе Г2 происходит преобразование механической энергии, получаемой от паровой турбины ПТ, в электрическую энергию.

Отработавший в паровой турбине пар поступает в конденсатор КН, где конденсируется (процесс 2-3; рис. 11.29) и откачивается водяным насосом ВН через газоводяной подогреватель ГВ в высоконапорный парогенератор ПГ (рис. 11.28).

Таким образом, полный термодинамический цикл парогазовой установ­ки (рис. 11.28) состоит из двух циклов (рис. 11.29):

• газового ABCD;

• парового 1-2-3-5.

Расчеты показывают, что термический КПД комбинированного цикла больше по сравнению с КПД отдельно взятого парового или газового циклов и дает экономию топлива до 15% [2, 20, 27, 30, 31].

На рис. 11.30 показана энергетическая установка французского инже­нера Дю Тремблей, работающая по бинарному циклу. Такой водоэфирной энергетической установкой было оснащено французское парусно-винтовое судно водоизмещением 500 тонн.

Водяной пар из котла поступал в цилиндр высокого давления паровой машины, в котором, расширяясь, совершал полезную работу. После цилин­дра пар поступал в теплообменник, где конденсировался. Этот теплообмен­ник являлся одновременно и эфирным котлом, в котором тепловая энер­гия от конденсирующегося водяного пара передавалась эфиру (С4Н10О). Конденсат возвращался в котел, замыкая пароводяной цикл. Пар эфира расширялся в цилиндре низкого давления машины, совершая полезную работу, после чего поступал в конденсатор, охлаждаемый забортной водой. В конденсаторе пары эфира конденсировались и возвращались в теплооб­менник — конденсатор, замыкая пароэфирный цикл.

Таким образом, установка позволяла раздвинуть интервал начальной и конечной температур рабочих тел, участвующих в цикле, уменьшив при этом главную составляющую потерь тепловой энергии, уносимой забортной водой в конденсаторе, достигающую в котломашинной установке (КМУ) 50% и более от получаемой в котле при сжигании топлива.

Так как эфир обладает более низкой по сравнению с водой температурой кипения, то это позволило понизить конечную температуру рабочего тела в цикле.

Ваш отзыв

Рубрика: Основы теории тепловых процессов и машин

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *