11.2. Теплофикация.

Есть возможность повысить к.п.д. паросиловой установки путём увеличения за турбиной до такой величины, чтобы отбросную теплоту можно было использовать для отопления и горячего водоснабжения, а также технологических процессов.

Теплофикационный цикл в диаграмме представлен на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Схема установки для совместной выработки тепловой и электрической энергии. ПК- паровой котёл; Т- паровая турбина; К- конденсатор-подогреватель; Н- насос; ТП- тепловой потребитель.

Цифры соответствуют точкам цикла в Т, -диаграмме.

Охлаждающая вода, будучи нагрета в конденсаторе не выбрасывается в водоём, а прогоняется через отопительные приборы ТП и, охлаждаясь в них, возвращается в конденсатор К, такие станции называют теплоэлектроцентралями, для отопления необходима вода с температурой для пара эта температура градусов на 10-15 должна быть выше, соответственно б, такие турбины называют турбинами с противодавлением. Следовательно, давление за такой турбиной составляет не менее

Рис. 11.6. Теплофикационный цикл в Т, - диаграмме.

Полезно использованная теплота , в конденсационном цикле изображается площадью 12̉3̉4̉56, а при противодавлении─ площадью 123456. Площадь 22̉3̉4 даёт уменьшение полезной работы из-за повышения давления за турбиной от Термический к.п.д. установки с противодавлением получается ниже, чем конденсационной установки, т.е. в электроэнергию превращается меньшая часть теплоты топлива. Зато общая степень использования теплоты становится значительно большей, чем в конденсационной установке.

11.3. Дросселирование газов и паров.

Из опыта известно, что если на пути движения газа или пара в канале встречается препятствие, частично загромождающее поперечное сечение, то за препятствием давление всегда меньше, чем перед ним.

Процесс уменьшения давления, в итоге которого нет ни увеличения кинетической энергии, ни совершения технической работы, называется дросселированием.

Рассмотрим течение рабочего тела сквозь пористую перегородку.

Рис. 11.7. Дросселирование рабочего тела в пористой перегордке.

Дросселирование идёт без теплообмена с окружающей средой. Рассмотрим изменение состояние рабочего тела при переходе из сечения 1 в 11.

При дросселировании рабочего тела его энтальпия остаётся постоянной, энтропия и объём увеличиваются, давление падает.

Для идеальных газов в соответствии с выражением

поэтому в результате дросселирования температура идеального газа остаётся постоянной, вследствие чего

При расширении реального газа совершается работа против сил притяжения молекул, что увеличивает его потенциальную составляющую внутренней энергии. Если работа вытеснения

Внутренняя энергия может оставаться постоянной лишь за счёт уменьшения её кинетической составляющей, то есть снижения температуры. У большинства газов при не очень высоких температурах так и происходит: при дросселировании газы охлаждаются.

Изменение температуры при дросселировании называется эффектом Джоуля-Томсона. Температура, при которой эффект Джоуля-Томсона меняет знак называется температурой инверсии. Для водорода она равна

Дросселирование типичный необратимый процесс, в котором энтропия растёт без подвода теплоты. Дросселирование приводит к потере располагаемой работы. Поскольку при дросселировании реальных газов их температура уменьшается (если она ниже температуры инверсии), этот процесс широко используется в технике получения низких температур и сжижения газов.

ЛЕКЦИЯ №13

ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ:

ГАЗОВЫЕ, ВОЗДУШНЫЕ, ПАРОКОМПРЕССИОННЫЕ,

ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ, АБСОРБЦИОННЫЕ.

Для охлаждения воздуха в кондиционерах используются естественные (вода, лёд) и искусственные (холодильные машины) источники. Вода, даже из артезианских скважин, имеет довольно высокую температуру, более , что не позволяет осуществить глубокое охлаждение; лёд иногда применяют только в установках небольшой производительности. Из холодильных машин широко используются фреоновые компрессорные установки, реже абсорбционные и эжекторные.

Цикл реальной паровой компрессорной холодильной машины существенно отличается от обратного цикла Карно.

Рис. 13.1. Цикл паровой компрессионной машины.

Расширение пара в ней осуществляется путём его дросселирования в вентиле (линия на диаграмме Т, 3-5) при , что значительно упрощает конструкцию машины. Дополнительные потери, вызванные наличием дросселя, оказываются несущественными (площадь фигуры 4-3-5-4). Перед подачей холодильного агента (хладон) в компрессор (К) он полностью испаряется за счёт теплоты , отнимаемой от охлаждаемой среды, что увеличивает количество отбираемой теплоты по сравнению с циклом Карно. Процесс сжатия паров хладона происходит в области перегретого пара, благодаря чему компрессор работает в более благоприятных условиях (на сухом, а не влажном паре).

Фреоновые машины с холодопроизводительностью до 200 кВт выпускаются в виде компактных компрессорно-конденсаторных агрегатов. Для большинства таких агрегатов холодильный коэффициент превышает . Холодильный коэффициент определяется как отношение количества теплоты, отнятой за цикл от холодильной камеры, к затраченной в цикле работе:

(13.1)

Абсорбционные холодильные установки работают с затратой теплоты.

Рабочим телом в абсорбционной холодильной установке является раствор двух полностью растворимых друг в друге веществ с резко различными температурами кипения. Температура кипения бинарного раствора при данном давлении зависит от концентрации раствора. Водоаммиачный раствор, например, при концентрации аммиака (чистая вода) имеет при давлении 100кПа, температуру кипения , а при

(чистый аммиак) его температура кипения равна -33,4 Для промежуточных значений концентраций температуры кипения при давлении 100 кПа лежат в указанном интервале (см. рис. 13.2).

Точки 1 и 2 характеризуют температуры кипения чистых компонентов. Кривая 1-А-2 показывает состав кипящего жидкого раствора, а верхняя кривая 1-В-2 состав равновесного с ним насыщенного пара. Процесс испарения легкокипящего компонента из раствора является эндотермическим (поглощение теплоты), а вот процесс поглощения компонента раствором протекает с выделением теплоты.

Рис.13.2. Зависимость состава кипящего раствора (нижняя кривая) и насыщенного пара над ним (верхняя кривая) от температуры при

Давлении 100 кПа

Принципиальная схема холодильной абсорбционной установки представлена на рис.13.3.

Рис. 13.3. Схема абсорбционной холодильной установки.

Работа установки осуществляется следующим образом: в кипятильнике КП при выпаривается из раствора легкокипящий компонент за счёт подводимой теплоты . Далее пар идёт в конденсатор КД, где, отдавая теплоту охлаждающей воде, конденсируется также при . На выходе из конденсатора имеем жидкость с высокой концентрацией аммиака. Вентиль РВ2 позволяет снизить давление в линии до давления в абсорбере АБ ). С этим давлением жидкость с высокой концентрацией поступает испаритель , в котором осуществляется отбор теплоты от охлаждаемого объекта. За счё этой теплоты жидкость начинает испаряться и превращаться в пар. Пар из холодильной камеры направляется в абсорбер АБ, где поглощается раствором; Выделяющаяся при этом теплота отводится охлаждающей водой. Чтобы не было изменения концентрации растворов в кипятильнике и абсорбере вследствие выпаривания компонента в первом и поглощения во втором, часть обогащённого легкокипящим компонентом раствора перекачивается насосом в кипятильник, а из последнего часть обеднённого раствора через дроссель РВ1 направляется в абсорбер. Из рассмотрения двух схем очевидно, что роль компрессора во второй схеме выполняют кипятильник и абсорбер. Степень эффективности абсорбционных машин в отличие от других холодильных установок характеризуют тепловым коэффициентом

2)

В зависимости от схемы и применяемого раствора колеблется в широких пределах – от 0,2 до 0,8. Выпускаются установки бромистолитиевые агрегаты типа АБХА, например, АБХА-2500, им охлаждается вода до температуры за счёт использования горячей воды (от 80 до 120 градусов Цельсия) или низкопотенциального пара. Холодопроизводительность такого агрегата около 3000 кВт,

Тепловые насосы.

Большие перспективы в качестве источников холода и теплоты низкого и даже среднего (до ) потенциала имеют тепловые насосы. Основным элементом теплонасосной установки является компрессор или абсорбционная машина. На рисунке ниже приведена схема теплового насоса для отопления здания.

Рис. 13.4. схема теплового насоса.

Элементами теплонасосной установки являются: компрессор К, конденсатор КД, регулирующий вентиль РВ, испаритель И. Испарение хладагента происходит за счёт теплоты, получаемой от холодной воды.

Вода насосом Н1 подаётся в испаритель. В конденсаторе хладагент отдаёт часть своей теплоты воде из системы отопления СО. Циркуляция подогретой воды осуществляется насосом Н2.

В режиме теплоснабжения насос обеспечивает получение горячей воды с температурой 45-58 , при температуре холодного источника (теплоносителя) не ниже . В режиме хладоснабжения – получение холода с температурой до , при охлаждении конденсатора водой с температурой не выше . В случае источника низкопотенциального тепла, в тепловом насосе используют водопроводную воду с температурой от 10 до 40 . Хладагентом в установке является хладон Ф-12. Теплопризводительность установки НТ-80 при температуре кипения и температуре конденсации составляет 130 кВт. Холодопроизводительность при температуре кипения и температуре конденсации составляет 150 кВт.