- •В.А. Мунц Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях
- •Введение
- •Энергоаудит
- •Глава 1. Вторичные энергоресурсы
- •1.1. Газообразные горючие вэр
- •4 Кольцевой коллектор; 5 – смеситель;
- •8 Камера догорания; 9 трубчатый теплообменник; 10 горелка
- •1.2. Огневое обезвреживание шламов металлургических производств
- •1 Топка; 2 – барабанная печь; 3 – горелки для сжигания поверхностного масла;
- •Глава 2. Утилизация высокотемпературных тепловых отходов
- •2.1. Газотрубные котлы-утилизаторы
- •1 Входная газовая камера; 2 испарительный барабан; 3 барабан сепаратора;
- •4 Сепарационное устройство; 5 трубы основного испарителя; 6 выходная камера;
- •7 Предвключенная испарительная поверхность
- •1 Газотрубная поверхность нагрева; 2 нижний барабан; 3 входная газовая камера;
- •4 Поворотная камера; 5 выходная газовая камера; 6 верхний барабан;
- •7 Пароперегреватель; 8 змеевики для разогрева при пуске
- •2.2. Водотрубные котлы-утилизаторы
- •4 Шламоотделитель; 5 – испаритель II ступени; 6 - балки; 7 - барабан; 8 – обдувочные линии; 9 - испаритель III ступени; 10 – экономайзер
- •2.3. Котлы-утилизаторы за обжиговыми печами серного колчедана
- •1 Печь с кипящим слоем; 2 испаритель, размещенный в кипящем слое;
- •3 Котел-утилизатор
- •2.4. Установки сухого тушения кокса (устк)
- •2.5. Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров
- •1 Циркуляционные насосы; 2 – паровой аккумулятор; 3 — газоплотная юбка; 4 — горелки; 5 — подъемный газоход; 6 — барабан-сепаратор; 7 — конвективный испаритель;
- •12 Дымовая труба; 13, 14 — дымососы; 15 смеситель; 16 — конвертер
- •Глава 3. Энерготехнологические установки
- •3.1. Энерготехнологическое комбинирование в прокатном производстве
- •1 Проходная печь для нагрева металла; 2 нагреваемый металл; 3 газовые горелки;
- •4 Котел-утилизатор; 5 испарительные поверхности нагрева; 6 пароперегреватель;
- •7 Барабан; 8 водяной экономайзер; 9 воздухоподогреватель
- •3.2. Энерготехнологическое комбинирование в целлюлозно-бумажной промышленности
- •3.3. Энерготехнологическое комбинирование в доменном производстве
- •Расчет тепловой схемы
- •3.4. Энерготехнологическое комбинирование при получении водорода
- •3.5. Охлаждение конструктивных элементов высокотемпературных установок
- •1 Теплообменная поверхность; 2 циркуляционный насос;
- •Глава 4. Использование отработавшего пара
- •1 Производственная установка;
- •1 Производственный агрегат;
- •2 Пароочиститель; 3 турбина мятого пара; 4 турбина двойного давления;
- •5, 6 Тепловые аккумуляторы;
- •Глава 5. Утилизация низкопотенциальных тепловых отходов
- •5.1. Утилизация теплоты загрязненных стоков
- •5.2. Утилизация теплоты агрессивных жидкостей
- •6 Теплообменники с промежуточным теплоносителем;
- •5.3. Утилизация теплоты вентиляционных выбросов
- •1 Приточный вентилятор; 2 вытяжной вентилятор; 3 пластинчатый теплообменник; 4 сборник конденсата; 5 фильтр наружного воздуха;
- •6 Фильтра удаляемого воздуха; 7 воздухонагреватель;
- •8 Воздухораспределитель
- •Глава 6. Глубокое охлаждение продуктов сгорания
- •6.1. Влажный воздух, влажные продукты сгорания
- •6.2. Утилизация теплоты низкотемпературных дымовых газов
- •6.3. Расчет контактного экономайзера
- •Глава 7. Парогазовые установки
- •7.1. Основные типы парогазовых установок
- •7.2. Количественные показатели термодинамических циклов пгу
- •7.3. Термическая эффективность парогазовых установок
- •7.4. Соотношения между параметрами газового и парового циклов
- •7.5. Парогазовые установки с впрыском пара
- •7.6. Модернизация котельных в тэц
- •Глава 8. Энергосбережение в газовой промышленности
- •8.1. Опытно-промышленная газотурбинная расширительная станция (гтрс) на Среднеуральской грэс
- •8.2. Оптимальное использование теплоты уходящих газов газовых турбин
- •8.3. Теплоснабжение от утилизационных установок компрессорных станций
- •Глава 9. Энергосбережение промышленности
- •9.1. Энергосбережение в котельных и тепловых сетях
- •1. Снижение потерь теплоты с уходящими газами
- •2. Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
- •3. Потери теплоты в окружающую среду
- •4. Работа котельной установки в режиме пониженного давления
- •5. Температура питательной воды tв
- •6. Возврат конденсата в котельную
- •7. Использование тепловой энергии непрерывной продувки котлов
- •8. Режимы работы котельного оборудования
- •9. Перевод паровых котлов на водогрейный режим
- •10. Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования
- •9.2. Тепловые потери трубопроводов
- •9.3. Энергосбережение в компрессорном хозяйстве
- •9.4. Снижение теплопотерь за счет использования двухкамерного остекления
- •9.5. Система инфракрасного обогрева производственных помещений
- •8 Рабочие места в цехе
- •Библиографический список
- •620002, Екатеринбург, ул. Мира,19
- •620002, Екатеринбург, ул. Мира,19
7.2. Количественные показатели термодинамических циклов пгу
Основные расчетные соотношения цикла ГТУ
Температура воздуха после компрессора:
. (98)
Температура газов на выходе из турбины:
. (99)
Степень повышения давления в компрессоре:
, (100)
коэффициент полезного действия идеального цикла:
. (101)
Количество подведенной теплоты в цикле ГТУ:
. (102)
Количество отведенной теплоты:
. (103)
Полезная работа цикла:
(104)
где ε = (k-1)/k.
Производная от полезной работы по степени сжатия, при которой полезная работа максимальна, будет равна
. (105)
Отсюда оптимальная степень сжатия при ограниченной температуре перед газовой турбиной будет равна [13]
. (106)
На рис. 58 приведены зависимости удельной полезной работы от степени повышения давления в компрессоре, рассчитанная при температурах на входе в газовую турбину равных 1000 и 1100 °С. Оптимальное значение степени повышения давления при температуре 1000 °С составило 15. С увеличением температуры газов перед турбиной возрастает и оптимальное значение степени повышения давления.
Рис. 57. Зависимость полезной работы ГТУ от степени повышения давления
Цифры у кривых – температура газов на входе в турбину
Теплота в камере сгорания подводится за счет сжигания природного газа. Сжигание осуществляется с повышенным коэффициентом избытка воздуха, поскольку температура T3 ограничена. Количество природного газа, сожженного в камере, сгорания в расчете на 1 кг рабочего тела определится из следующих соображений. Массовый расход газа через турбину:
. (107)
Суммарное количество теплоты, выделившееся при сжигании газа в турбине с расходом Bг, будет равно .Удельное количество теплоты на 1 кг рабочего тела
, (108)
с другой стороны, это количество теплоты . Отсюда находим требуемый избыток воздуха, обеспечивающий допустимую температуру на входе в проточную часть газовой турбины:
. (109)
Таким образом, полезная работа ηг газовой турбины, степень сжатия в компрессоре и коэффициент избытка воздуха оказываются связанными между собой. Чем выше степень сжатия КПД, тем до большей температуры подогревается воздух в компрессоре, тем меньше расход газа в камере сгорания и тем выше коэффициент избытка воздуха на входе в газовую турбину (рис. 59).
Рис. 59. Зависимость коэффициента избытка от степени сжатия в компрессоре
Существуют объективные показатели, с помощью которых можно осуществить количественную оценку характеристик парогазовых установок. Один из таких показателей это доля теплоты топлива газотурбинной установки δ. Этот показатель представляет собой отношение количества теплоты, выделенной при сжигании топлива в газотурбинной части установки, к общему количеству теплоты, выделенной в парогазовой установке.
Сжигание топлива в камере сгорания газовой турбины согласно условиям прочности лопаток турбин осуществляется с повышенными значениями коэффициента избытка воздуха αг. В этом случае объем продуктов сгорания практически равен объему воздуха, подаваемого на горение:
, (110)
где Bг – расход топлива, сжигаемый в газовой турбине; Gг – расход продуктов сгорания, покидающих газовую турбину. При сжигании дополнительного количества топлива в парогенераторе Bп расход продуктов сгорания почти не изменится и будет связан с суммарным расходом топлива соотношением
. (111)
Приравнивая расход продуктов сгорания, получим соотношение между суммарным расходом топлива и расходом топлива на газовую турбину в виде
. (112)
Совершенно очевидно, что соотношение теплоты, выделенной при сжигании топлива в газотурбинной части установки, к общему количеству теплоты, подведенному к парогазовой установке, также будет пропорционально отношению коэффициентов избытка воздуха:
. (113)
Отношение расхода топлива Bп, дополнительно сожженного в парогенераторе, к расходу топлива Bг, сожженного в газовой турбине, выразится соотношением
. (114)
В ПКУПГ в паротурбинной части топливо сжигается до полного использования кислорода выхлопных газов газовой турбины, значение αух близко к единице и доля теплоты топлива газотурбинной установки минимальна. При αух = αг, δ = 1 сжигание топлива в паротурбинной части не производится, что соответствует бинарным ПГУ с котлами-утилизаторами.
Второй показатель, позволяющий осуществлять количественную оценку некоторых характеристик парогазовых циклов, – степень бинарности цикла β. Степень бинарности показывает, какую часть в суммарном количестве теплоты, подведенной к рабочему телу нижнего цикла, составляет теплота, отведенная от рабочего тела верхнего цикла. Применительно к парогазовым установкам можно записать:
, (115)
где ηг – термический КПД газотурбинной установки.
Разделив числитель и знаменатель на Bг, с учетом (114) получим:
. (116)
При (в случае ПГУКУ) степень бинарности цикла равна единице. Для ПГУПГ с увеличением степени повышения давления степень бинарности цикла уменьшается (рис. 60).
Третий показатель – отношение электрической мощности теплофикационной установки к ее тепловой мощности у:
, (117)
где Nэ и Ф – соответственно электрическая и тепловая мощность установки.
Рис. 60. Зависимость степени бинарности цикла от степени
сжатия в компрессоре