ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОРЮЧИХ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

Использование горючих ВЭР на предприятиях связано с большими трудностями. Это объясняется тем, что количество горючих элементов в них ничтожно мало. Теплота сгорания горючих ВЭР, как и традиционных видов топлив, складывается из теплот сгорания горючих элементов, находящихся в составе ВЭР. Такие ВЭР при обычном способе их сжигания могут даже не воспламеняться. Поэтому горючие вторичные энергоресурсы целесообразно смешивать с обычными видами топлива перед их сжиганием в топках или подавать непосредственно в топочное устройство. Жидкие и газообразные горючие ВЭР выгодней сжигать в камерах сгорания газотурбинных установок, твердые горючие ВЭР сжигать в топках паровых котлов.

В качестве примера рассмотрим использование газообразных горючих ВЭР в газотурбинной установке с подводом теплоты при постоянном давлении, работающей на природном газе (рис.53). Эта установка по своей конструкции и принципу действия не отличается от обычной ГТУ, работающей в указанном режиме.

 

Рис.53. Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении и использованием горючих ВЭР:

1-компрессор; 2- камера сгорания; 3 – газовая турбина; 4– узел нагрузки.

 

Газотурбинная установка работает следующим образом. Сжатый в компрессоре (1) воздух в количестве, необходимом для горения топлива и разбавления продуктов сгорания до необходимой температуры, подается в камеру (2), куда одновременно вводится топливо и горючие ВЭР. В компрессоре воздух сжимается адиабатно (процесс 1-2) (см. рис.54). В камере сгорания при постоянном давлении за счет горения горючих элементов топлива температура повышается до 1800-2300 К. Из зоны горения дымовые газы поступают в зону смешения, куда вводится вторичный воздух. В результате их перемешивания температура газов на входе в турбину понижается до 1000-1200 К. Процесс горения и смешения газов происходит изобарно (процесс 2-3). Газовый поток, обладающий большим запасом потенциальной энергии, поступает на лопатки рабочего колеса турбины, где эта энергия преобразуется в механическую. Одна часть этой механической энергии используется для привода компрессора, а остальная часть передается внешнему потребителю. Процесс 3-4- расширения газа в турбине происходит по адиабате обычно до давления окружающей среды. Затем отработанные газы выбрасываются в атмосферу или используются в других аппаратах.

 

Рис.54. Термодинамический цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении в Pυ и TS- диаграммах.

 

РАСЧЕТ ГТУ

Для расчета газотурбинной установки необходимы следующие данные:

1. Состав, массовый или объемный расход горючих ВЭР.

2. Параметры работы установки, работающей в обычном режиме: а) расход топлива; б) состав сжигаемого топлива; в) температура продуктов сгорания.

Общее количество горючей смеси

 

mсмт = mт + mВЭР, (10.30)

 

где mт – массовый расход газообразного топлива, кг/с;

mВЭР – массовый расход горючих ВЭР, кг/с.

Массовое количество элементов в топливе:

 

, (10.31)

 

где - массовая доля i –того компонента в топливе;

- масса i –того компонента в топливе, кг/с.

Массовое количество элементов в горючих ВЭР:

 

(10.32)

 

где - массовая доля i –того компонента в составе горючих ВЭР; - масса i –того компонента в составе горючих ВЭР, кг/с.

Массы одинаковых элементов в смеси:

 

(10.33)

 

Массовая доля компонентов смеси:

 

, (10.34)

Записывая стехиометрическое уравнение горения горючих элементов в смеси, например 2 H2 + O2 = 2 H2O, и определяется количество кислорода, необходимого для сжигания горючих элементов, а затем количество воздуха:

. (10.35)

Действительное количество воздуха, необходимого для горения:

 

, (10.36)

 

где α – коэффициент избытка воздуха.

Количество продуктов сгорания на 1 кг сжигаемой смеси определяется как сумма масс получаемых газов

 

(10.37)

 

Массовый состав продуктов сгорания:

 

, (10.38)

 

По диаграмме I-t определяется теоретическая температура дымовых газов и рассчитывается теплоемкость каждого компонента в пределах температур от tн до tтеор

(10.39)

Теплоемкость смеси

, (10.40)

 

где Сi – удельная теплоемкость i –го компонента в продуктах сгорания, кДж/(кг К); - массовая доля i-того компонента.

Тепловой баланс при смешении продуктов сгорания с вторичным воздухом

 

mпр.сг. ∙ Спр.сг ∙ tтеор + Gвозд ∙ Свозд ∙ t2 = mпр.сг ∙ С΄пр.сг ∙ t3 + Gвозд ∙ Свозд∙t3, (10.41)

 

где Gвозд. – количество вторичного воздуха, кг/с; t2 – температура воздуха после адиабатного сжатия его в компрессоре, оС; С΄пр.сг. – удельная теплоемкость продуктов сгорания в пределах температур от tн до t3, кДж/(кг К); t3 – температура рабочего тела на выходе из камеры сгорания, оС; Свозд – удельная теплоемкость воздуха.

Количество вторичного воздуха

 

(10.42)

 

Производительность компрессора

 

Мкомпр. = + Gвозд (10.43)

 

Количество газов, поступающих на рабочее колесо турбины

 

Мг = mпр.сг. + Gвозд (10.44)

 

Температура газов на выходе из турбины

(10.45)

 

где К – показатель адиабаты расширения; Р3 – давление дымовых газов, Па;

Р4 – атмосферное давление, Па;

Т3 – температура дымовых газов на входе в турбину, К.

Энтальпия газов

i3 = Ссм∙t3; (10.46)

 

i4 = С΄см ∙ t4, (10.47)

 

где i3, i4 – энтальпия газов на входе и выходе из турбины, кДж/кг; Ссм, С΄см – теплоемкость газов на входе и выходе из турбины, кДж/(кг К).

Мощность турбины

 

N = Mг (i3 - i4) (10.48)

 

Мощность компрессора

 

Nкомпр. = Mкомпр. (i2 – i1) (10.49)

 

где i1 и i2 – энтальпия воздуха до и после сжатия в компрессоре, кДж/кг.

Термический коэффициент полезного действия

 

η = 1-[1 / πk-1/k], (10.50)

 

где π = Р2 / Р1 – степень повышения давления в компрессоре; К – показатель адиабаты сжатия (для воздуха К = 1,4).

По найденным значениям Мкомпр, N и π по каталогам подбирают компрессор.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ВЭР | Использование теплоты отходящих газов после котлоагрегатов


Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 112; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.01 сек.