Идеальные циклы паросиловых установок
В современной теплоэнергетике в основном используются паро-силовые установки. Теплосиловые установки, в которых в качестве рабочего тела применяется пар, имеют ряд особенностей и преимуществ, существенно отличающих их от теплосиловых установок с газообразным рабочим телом.
2.6.1 Цикл Карно с влажным паром в качестве рабочего тела
Использование рабочего тела, изменяющего свое агрегатное состояние, позволяет осуществить на практике цикл Карно.
Схема паросиловой установки, в которой осуществляется цикл Карно с влажным паром в качестве рабочего тела, представлена на рис. 2.30. В паровой котел 1 поступает влажный водяной пар малой степени сухости Х. За счет сгорания в топке котла топлива (мазут, уголь, природный газ и др.) к влажному пару подводится тепло, и степень сухости пара повышается до значений Х, близких к единице. Процесс подвода тепла в котле происходит при постоянном давлении Р1 и при постоянной температуре Т1.
Из котла пар поступает в паровую турбину 2. При расширении в соплах турбины поток пара приобретает значительную кинетическую энергию. На лопатках рабочего колеса турбины эта энергия превра-
Рис. 230. Схема ПСУ, работающей по циклу Карно
щается в механическую энергию вращения рабочего колеса и затем в электроэнергию с помощью электрогенератора 3, вращаемого турбиной.
На выходе из турбины влажный пар имеет давление Р2 и соответствующую этому давлению температуру Т2. Далее пар поступает в конденсатор 4 - теплообменник, в котором с помощью охлаждающей воды от пара отводится тепло, он конденсируется и, следовательно, степень сухости пара уменьшается. Процесс отвода тепла от пара в конденсаторе осуществляется при постоянном давлении.
После конденсатора влажный пар поступает в компрессор 5, в котором он адиабатно сжимается до давления Р1. Затем влажный пар вновь поступает в котел, и цикл замыкается.
Описанный цикл изображен в V-P и S-T диаграммах на рис. 2.31, 2.32.
Подвод тепла q1 к пару в котле осуществляется по изобаре-изотерме 4-1, процесс расширения в паровой турбине - по адиабате 1-2, отвод тепла q2 в конденсаторе - по изобаре - изотерме 2-3, сжатие
пара в компрессоре - по адиабате 3-4. При расширении по адиабате от
Рис. 2.31. Цикл Карно с влажным паром в u-Р диаграмме
Рис. 2.32. Цикл Карно с влажным паром в S -T диаграмме
состояния вблизи верхней пограничной кривой степень сухости пара уменьшается. Отвод тепла в конденсаторе должен осуществляться до тех пор, пока влажный пар не достигнет состояния, которое определяется следующим условием: при сжатии по адиабате от состояния 3 с давлением Р2 до давления Р1 конечное состояние рабочего тела не должно оказаться за пределами области насыщения.
Термодинамический КПД обратимого цикла Карно, осущест-вляемого с влажным паром в качестве рабочего тела, как и цикла Карно с любым другим рабочим телом, определяется уравнением:
Величина термодинамического КПД оказывается в этом случае весьма значительной. Тем не менее с учетом условий работы теплосилового оборудования практическое осуществление этого цикла нецелесообразно, так как при работе на влажном паре, который представляет собой поток сухого насыщенного пара со взвешенными в нем капельками воды, условия работы проточных частей турбины и компрессоров оказываются тяжелыми, течение оказывается газодинамически несовершенным и внутренний относительный КПД этих машин снижается.
Важно и то, что компрессор для сжатия влажного пара представляет собой весьма громоздкое, неудобное в эксплуатации устройство, на привод которого затрачивается чрезмерно большая энергия.
По этим причинам цикл Карно с влажным паром в качестве рабочего тела не нашел практического применения.
.Основные методы сжигания топлива
Процесс горения в значительной мере определяет надежность и экономичность работы всех топливоиспользующих агрегатов. Поэтому так важно иметь эффективное топливосжигающее устройство.
В основу классификации способов сжигания положена аэродинамическая характеристика процесса, определяющая условия подвода окислителя к зоне реакции горения. Эти условия оказывают основное влияние на удельную производительность и экономичность топочного процесса. Различают слоевой, циклонный, в кипящем слое и факельный способы сжигания топлива.
При слоевом способе сжигания (рис. 2.1, а) твердое топливо, находящееся на неподвижной или движущейся колосниковой ре-
шетке, омывается воздухом, подаваемым снизу. Основная часть топлива сгорает в виде кокса (твердого остатка, образующегося после выхода разложившихся в результате нагрева угля кислородосодер-жащих молекул) в самом слое. Этот способ просто осуществить, однако он требует повышенного расхода воздуха, обладает высокой инерционностью и малым теплонапряжением.
При увеличении скорости воздуха через слой топлива, лежа- щего на распределительной решетке, до критического значения, ко гда сила, создаваемая потоком воздуха, становится равной силе тя жести, устойчивость частиц в слое нарушается, начинается «кипе- ние» слоя (рис. 2.1, б). При кипении слой топлива высотой 0,5-0,6 м увеличивается в объеме в 1,5-2 раза. В 1 м3 может находиться 400- 600 кг топлива. Скорость сгорания составляет от 40 до 400 кг/ч на 1 м2 решетки. Тепловое напряжение топки достигает 1 МВт/м. Не высокая температура слоя позволяет размещать внутри него часть поверхностей нагрева.
Рис. 2.1. Схемы основных процессов сжигания топлива:
а - слоевой, б - в кипящем слое, в - факельный, г - циклонный
• коэффициент избытка воздуха
Факельный способ сжигания топлива (рис. 2.1, в), используемый для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, требует специальной их подготовки и является наиболее распространенным. При факельном способе горения пылинки твердого, капли жидкого, элементы газообразного топлива находятся во взвешенном состоянии и, перемещаясь вместе с потоком воздуха (газов), быстро выгорают (0,5-20 с). Для этого твердое топливо должно быть подсушено и размолото в пыль с частицами 10-20 мкм, жидкое топливо подается в топку через форсунки, которые распыляют его на капли диаметром до 10 мкм, газообразное топливо подается
через горелки, что обусловливает хороший контакт с воздухом и высокую скорость выгорания. Факельный способ позволяет достичь в сравнительно небольших объемах высокую плотность теплового потока (до 2 МВт/м3). К достоинствам этого способа сжигания относится возможность полной механизации и автоматизации процесса. Топки, в которых реализуется данный способ, называются камерными. Эти топки могут иметь практически любую мощность при сжигании всех видов топлива.
Циклонный способ сжигания (рис. 2.1, г) большого распространения не получил. Суть данного способа заключается в том, что дробленый уголь подается в цилиндрическую камеру сгорания (циклон) и под действием воздуха, тангенциально подводимого с большой скоростью, отбрасывается к стенкам камеры. В результате происходит интенсивное выгорание частиц кокса и эффективная сепарация жидкого шлака.
Характеристика работы топок включает в себя следующие по- казатели:
• удельная тепловая нагрузка (форсировка) топки, т. е. количество теплоты, выделяемое на 1 м2 сечения топки,
• тепловая мощность топки - количество теплоты, которое выделяется при сжигании топлива в топочной камере или сжигаю- щем устройстве
• тепловое напряжение ооъема топки, или количество теплоты, выделенное в 1 м3 объема топки,
α = V / V0
• относительные потери теплоты вследствие химического не дожога, когда в продуктах горения имеются СО, Н и СН4,
q3 = Q3 / QT
относительные потери теплоты вследствие механического недожога, когда в золе и шлаке имеются невыгоревшие частицы топлива,
По конструкции топливосжигающие устройства весьма разнообразны, но при их создании стремятся к увеличению диапазона регулирования тепловой мощности, снижению коэффициента избытка воздуха и потерь. Для сжигания жидкого топлива служат форсуночные устройства, состоящие из форсунки и воздухонаправ-ляющего устройства (рис. 2.2). По способу распыления топлива форсунки можно разделить на 3 группы: 1) с распыляющей средой (воздух или пар); 2) механические и 3) комбинированные (газомеханические).
Do'stlaringiz bilan baham: |