45. Термодинамический кпд цикла
Термодинами́ческие ци́клы — круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура, энтропия), совпадают.
Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу.
Полезную работу двигателя возможно получить только в случае, когда работа расширения больше работы по сжатию. Преобразование теплоты в механическую работу является несамопроизвольным процессом и обязательно должно сопровождаться компенсацией.
Тепловые устройства считаются идеальными, если в них нет потерь. Цикл также считается идеальным, если образован только обратимыми явлениями. В тепловых двигателях оценку экономичности идеального прямого цикла называют термическим коэффициентом полезного действия. Он равен отношению теплоты, которая преобразовалась в ходе цикла в работу, ко всей подведенной теплоте и обозначается ht(«эта», греческая буква):
где 1ц – полезная работа;
q1 – подведенная теплота;
q2 – отведенная теплота. Внешняя работа при обратном цикле равна:
1ц = q1 – q2,
где q1– отведенная теплота к горячему источнику;
q[2]– отведенная теплота от холодного источника.
46.Газотурбинные установки и их циклы
Газотурбинная установка (ГТУ) представляет собой тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется сначала в теплоту, а затем в механическую энергию на вращающемся валу.Простейшая ГТУ состоит из компрессора, в котором сжимается атмосферный воздух, камеры сгорания, где в среде этого воздуха сжигается топливо, и турбины, в которой расширяются продукты сгорания. Так как средняя температура газов при расширении существенно выше, чем воздуха при сжатии, мощность, развиваемая турбиной, оказывается больше мощности, необходимой для вращения компрессора. Их разность представляет собой полезную мощность ГТУ.В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных тем, которые были сделаны в предыдущем разделе (циклы ДВС), а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью.К числе возможных идеальных циклов ГТУ относят:
а) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const) - цикл Брайтона
Рис. 11. Цикл Брайтона. Рабочая (p-v) и тепловая (T-s) диаграммы.(1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре, 2-3 – изобарный подвод теплоты в камере сгорания, 3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания на лопатках газовой турбины, 4-1 – изобарный отвод теплоты от продуктов сгорания в атмосферу)
47.Цикл Карно термодинамический КПД этого цикла.
В термодинамике цикл Карно́ или процесс Карно — это обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов[1]. В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу и обменивается теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником[2].
Поскольку обратимые процессы могут осуществляться лишь с бесконечно малой скоростью, мощность тепловой машины в цикле Карно равна нулю. Мощность реальных тепловых машин не может быть равна нулю, поэтому реальные процессы могут приближаться к идеальному обратимому процессу Карно только с большей или меньшей степенью точности. В цикле Карно тепловая машина преобразует теплоту в работу с максимально возможным коэффициентом полезного действия из всех тепловых машин, у которых максимальная и минимальная температуры в рабочем цикле совпадают соответственно с температурами нагревателя и холодильника в цикле Карно[5].
48.Топливное хозяйство котельной.Тягодутьевые устройства.Очистка уходящих дымовых газовТопливное хозяйство - тепловых станций (котельных) — сооружения, устройства и механизмы, необходимые для приема, разгрузки, хранения, перемещения и подачи топлива в котельные и топки котлов, а также,для его обработки и подготовки к сжиганию. Принцип, схема топливного хозяйства зависит от вида, свойств и способа сжигания топлива, производительности котельной и ее расположения, а также способа доставки топлива. В общем случае топливное хозяйство разделяют на следующие участки: узел доставки и приема поступающего топлива (разгрузка); склады топлива; устройства для подачи топлива в помещение (топливопадача); первичная подготовка топлива; учет прибывающего и расходуемого топлива; подготовка топлива к сжиганию; подача топлива а топку. Принцип, технологическая схема компоновки оборудования топливного хозяйства может иметь, несколько вариантов, но в общем случае состоит из вагонных весов, через которые проходит все поступающее топливо, помещения для размораживания вагонов с топливом в зимнее время, приемно-разгрузочного устройства, дробильной установки и склада. При сжигании твердого топлива в слое система пылеприготовления в теплостанции отсутствует. Все поступающее твердое топливо до разгрузки должно быть взвешено
Подача воздуха в топку для горения топлива (дутье) и удаление топочных дымовых газов (тяга) могут быть естественными - с помощью дымовой трубы и искусственными - с применением дутьевого вентилятора и дымососа. Дымовые газы, пройдя газоходы теплогенератора, направляются в боров, дымосос и дымовую трубу.Дымовые трубы предназначены для удаления топочных дымовых газов и рассеивания вредных соединений (содержащихся в продуктах сгорания) в атмосферном воздухе, с целью снижения их концентрации в атмосфере на уровне дыхания до необходимых параметров.
Дымовая труба, сама по себе и всегда, создает естественную тягу, а движение топочных газов при этом происходит за счет гравитационных сил, обусловленных разностью плотностей холодного наружного атмосферного воздуха и горячих газообразных продуктов сгорания, заполняющих газоходы, дымовую трубу, считая от уровня горелки до устья трубы. Чем ниже температура наружного воздуха и выше его атмосферное давление, выше температура продуктов сгорания топлива, выше дымовая труба - тем естественная тяга больше. В ясную морозную погоду тяга лучше, а в туманную, ветреную, влажную – хуже
При повышенном требовании к очистке выбросов в атмосферу в качестве золоуловителей применяются: электрофильтры — со степенью очистки газов 96% Снизить выбросы соединений серы можно двумя путями: очисткой от соединений серы продуктов сгорания топлива или удалением серы из топлива до его сжигания. Снижение выбросов окислов азота должно решаться путем внедрения специальных технологических мероприятий (первичные мероприятия), направленных на подавление образования окислов азота в процессе сгорания топлива в топках котлов и путем разложения образовавшихся окислов азота — в специальных установках, встроенных в тракт котла (вторичные мероприятия) — очистка газов. Технологические методы в 5–6 раз дешевле устройств очистки газов и они могут быть учтены непосредственно в конструкции котла и не требуют химических добавок. Поэтому система очистки газов (вторичные мероприятия) должна осуществляться только после выполнения на котле всех технологических мероприятий по подавлению образования окислов азота
49.Принципиальная схема паротурбинной конденсационной электростанции
Конденсационная электростанция (КЭС), тепловая паротурбинная электростанция, назначение которой — производство электрической энергии с использованием конденсационных турбин. На КЭС применяется органическое топливо: твердое топливо, преимущественно уголь разных сортов в пылевидном состоянии, газ, мазут и т. п. Тепло, выделяемое при сжигании топлива, передаётся в котельном агрегате (парогенераторе) рабочему телу, обычно — водяному пару. КЭС, работающую на ядерном горючем, называют атомной электростанцией (АЭС) или конденсационной АЭС (АКЭС). Тепловая энергия водяного пара преобразуется в конденсационной турбине в механическую энергию, а последняя в электрическом генераторе — в электрическую энергию. Отработавший в турбине пар конденсируется, конденсат пара перекачивается сначала конденсатным, а затем питательным насосами в паровой котёл (котлоагрегат, парогенератор). Таким образом создаётся замкнутый пароводяной тракт: паровой котёл с пароперегревателем — паропроводы от котла к турбине — турбина — конденсатор — конденсатный и питательные насосы — трубопроводы питательной воды — паровой котёл. Схема пароводяного тракта является основной технологической схемой паротурбинной электростанции и носит название тепловой схемы КЭС.
50.Топливо.Элементарный состав твёрдого топливаТопливом называется горючее вещество, специально сжигаемое для получения тепла и используемое как источник энергии. В его состав входят горючие и негорючие вещества. К горючим веществам относится углерод, водород, их соединения между собой (углеводороды) и с различными химическими элементами - кислородом, азотом и др. К негорючим веществам (балласту) относится зола и влага.
Некоторые виды топлива содержат серу (горючую, летучую), которая в топливе нежелательна, так как придаёт продуктам сгорания коррозионные свойства. По агрегатному состоянию топливо подразделяется на 3 вида: твёрдое, жидкое и газообразное. По происхождению топливо делится на естественное (дрова, торф, бурые и каменные угли, антрацит, природный газ и др.) и искусственное (каменно-угольный кокс, брикеты, древесный уголь; генераторный, коксовый, доменный газы; продукты переработки нефти (мазут и др.)). 2. Элементарный состав топлива Рабочая масса топлива состоит из 7 элементов: углерода Ср, водорода Нр, азота Np, кислорода Ор, летучей серы Sj,p, золы Ар, влаги Wp. Ср + Нр + Or +NP + SP + Ар + WP =100% Если удалить влагу Wp, останется сухая масса: Ср +НР +Ор + NP + SP + АР =100% Если удалить влагу Wp и золу Ар - получим горючую массу: Ср +НР +Ор +NP + Sp = 100% Горючими элементами в топливе являются: углерод Ср, водород Нр, летучая сера 8ЛР (сера рабочая летучая состоит из органической и колчеданной. Сера бывает ещё сульфатная, которая не горит): Основной компонент (горючий) - углерод Ср, который при сгорании в углекислый газ СО2 выделяет с одного килограмма 8100 ккал (3369 МДж) тепла. При сгорании углерода в угарный газ СО выделяется только 2400 ккал (10,1 МДж) тепла из 1 кг. Второй горючий компонент - водород Нр, при сгорании которого образуется вода (Н20) и выделяется 29.000 ккал (123 МДж) тепла из 1 кг. При полном сгорании серы S'/ выделяется 2300 ккал теплоты (9-10 МДж). Кислород Ор и азот Np не участвуют в горении и называются внутренним балластом топлива. Наличие влаги Wp сильно снижает тепловую ценность топлива, затрудняет его воспламенение. Зола Ар тоже нежелательна, так как снижает содержание горючих элементов, оседая на поверхности нагрева, снижает передачу тепла. Поэтому сумма золы и влаги называется балластом: Ар + Wp - балласт. 3. Выход летучих горючих (V %) и содержание кокса (главным образом, твёрдое топливо). Летучими горючими топлива называются смесь водорода, кислорода, азота, летучей серы, частично окисленного углерода (СО) и его соединений с водородом, 5 которая образуется при нагревании воздушно-сухого топлива без доступа воздуха при 200- 800 °С. ’ Чем больше выход летучих горючих, тем легче воспламеняется топливо, даёт длинное светящееся пламя. Выход летучих горючих Vr % для антрацитов от 2 до 9 %; каменных углей 30-55 %, торфа 70 %, мазута 80 %, дрова 85 %. Твёрдый нелетучий остаток называется коксом и состоит из углерода и золы. Топлива, дающие плотный, спёкшийся кокс, называются коксующимися (энергетическое топливо - некоксующееся. Кокс является ценнейшим топливом для металлургии).
51. Цикл парокомпрессионной холодильной установки в T-s координатах. Применяемые хладогенты.