Презентация Турбины. Газотурбинные установки (ГТУ). Парогазовые установки (ПГУ). Циклы прямого преобразования онлайн

Содержание слайда: ТНиС 10 ● Турбины ● Газотурбинные установки (ГТУ) ● Парогазовые установки (ПГУ) ● Циклы прямого преобразования

Содержание слайда: Турбины

Содержание слайда: Турбины

Содержание слайда: Обозначение паровых турбин ● турбины типа «П» с регулируемыми отборами пара при давлениях 5…12 бар, предназначенными для производственных нужд; ● турбины типа «ПТ» с двумя отборами пара; ● турбины с противодавлением (типа «Р»), когда отработавший в турбине пар используется для производственных нужд; Примеры обозначений турбин: К-800-240; ПТ-135-130/7; Р-100-130/15, где первая цифра – мощность в МВт, вторая – давление свежего пара в барах.

Содержание слайда: Обозначение паровых турбин Цифра в знаменателе: теплофикационной турбины – давление регулируемого отбора пара в барах; турбины с противодавлением – давление противодавленческого пара. По давлению свежего пара турбины бывают: p0≤40 бар – среднего давления; p0≤90 бар – высокого давления; p0≤130 бар – повышенного давления; p0>ркр – сверхкритического давления.

Содержание слайда: Газотурбинная установка (ГТУ)

Содержание слайда: Цикл ГТУ без регенерации

Содержание слайда: Термический КПД цикла ГТУ

Содержание слайда: Соотношения между параметрами в процессах

Содержание слайда: Окончательное выражение термического КПД цикла ГТУ

Содержание слайда: ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов

Содержание слайда: Учет необратимости в ГТУ Теоретический цикл ГТУ – 12341, действительный – 12д34д1. 1-2 и 1-2д – теоретическое и действительное сжатия воздуха в компрессоре; 3-4 и 3-4д – теоретическое и действительное расширения газов в турбине.

Содержание слайда: Учет необратимости в ГТУ Необратимые потери в ГТУ учитываются внутренними относительными КПД компрессора: ηк=(T2-T1)/(T2д-T1) и турбины: ηт=(T3-T4д)/(T3-T4). Индикаторная работа ГТУ, Дж/кг: . (3)

Содержание слайда: ГТУ с регенерацией Предельная регенерация: t5в=t4г; t6г=t2в, то есть теплота, подведенная к воздуху в регенераторе, равна отданной газами теплоте). Из-за потерь теплоты t7<t5; t8>t6 – действительная регенерация. Степень регенерации: . Регенерация повышает КПД газотурбинной установки, то есть снижает удельный расход топлива.

Содержание слайда: Процессы цикла ГТУ с регенерацией Процессы цикла ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов для подогрева воздуха: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-7 – изобарный нагрев воздуха в регенераторе; 7-3 – изобарный подвод теплоты q1 в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение газа в турбине; 4-8 – изобарное охлаждение газа в регенераторе; 8-1 – изобарный отвод теплоты q2 от газа к окружающему воздуху.

Содержание слайда: Цикл парогазовой установки (ПГУ) 1234561 – цикл ГТУ с регенерацией, в котором: tmax ~ 1000 °C; tmin ~ 150 ° C. Теплота охлаждения газов 5-6 в регенераторе идет на подогрев воздуха 2-3. Оставшаяся теплота газов используется для генерации пара в паротурбинной установке.

Содержание слайда: Диапазон температур в ПГУ Цикл ПТУ изображен синим цветом. В цикле ПТУ: tmax~600 °C; tmin~30 ° C. В цикле ПГУ: tmax~1000 °C; tmin~30 ° C, поэтому КПД ПГУ выше раздельных ГТУ и ПТУ, то есть комбинированный цикл экономичнее. Для генерации 1 кг пара необходимо иметь m кг газа.

Содержание слайда: К бинарному циклу Повышение начальных параметров пара в цикле Ренкина ограничено критическими параметрами водяного пара ркр~221 бар, tкр~374 °C. Несмотря на перегрев пара до t1~550 °C и высокое давление острого пара р1~240 бар, по термическому КПД цикл Ренкина значительно уступает циклу Карно. Если взять в качестве второго рабочего тела бинарного цикла ртутный пар (ркр~1500 бар, tкр~1480 °C), то при температуре насыщения tн~550 °C его давление насыщения будет не высоким (рн=14,5 бар).

Содержание слайда: Схема бинарной ртутно-водяной ПТУ 1 – топочные газы; 2 – ртутный котел; 3 – ртутный насос; 4 – конденсатор-испаритель; 5 – ртутная паровая турбина; 6 – пароводяная турбина; 7 – водяной конденсатор; 8 – водяной насос; 9 – пароперегреватель.

Содержание слайда: Цикл бинарной ртутно-водяной ПТУ Сухой насыщенный ртутный пар образуется в ртутном котле 2 (изобара 9-6) за счет теплоты топочных газов 1; срабатывается в ртутной турбине 5 (адиабатный процесс 6-7); отработавший пар конденсируется в конденсаторе-испарителе 4 (изобара 7-8); за счет теплоты конденсации ртутного пара вода нагревается до температуры насыщения (изобара 3-4) и превращается в пар (изобарно-изотермический процесс 4-5);

Содержание слайда: Процессы водяного пара конденсат ртутного пара насосом 3 снова подается в котел 2, а сухой насыщенный водяной пар за счет теплоты топочных газов перегревается в пароперегревателе 9 (изобара 5-1); перегретый водяной пар срабатывается в паровой турбине 6 (адиабатное расширение 1-2); отработавший водяной пар конденсируется в конденсаторе 7 (изобарно-изотермический процесс 2-2’). Так как скрытая теплота парообразования ртути в несколько раз ниже таковой для воды, да еще воду надо нагреть до температуры насыщения; поэтому расход ртутного пара через кондесатор- испаритель должен быть в m раз больше: m=(h5в-h3в)/(h7рт-h8рт).

Содержание слайда: Термический КПД бинарного цикла Наряду с бинарным циклом в Ts-диаграмме показан цикл Карно 1-2-3-10 в том же диапазоне температур. Полнота заполнения бинарного цикла много больше, чем цикла Ренкина для водяного пара, поэтому термический КПД бинарного цикла ближе к таковому цикла Карно: . Теплота (h1в-h5в) только на перегрев водяного пара, так как нагрев воды до температуры насыщения и испарение ее происходит за счет теплоты конденсации ртутного пара. Несколько ртутно-водяных ПТУ мощностью 2…20 МВт были построены в 20-х 30-х годах, но из-за вредности и сложности они не получили широкого распространения.

Содержание слайда: Прямое преобразование теплоты в электроэнергию На рисунке изображен термоэлектрический преобразователь, в основу действия которого положен эффект немецкого физика Зеебека. В цепи из двух разных проводников возникает разность потенциалов ∆Е, если спаи этих проводников находятся в средах с разной температурой (Т1 – горячий спай, Т2 – холодный). Разность потенциалов пропорциональна ∆Т спаев, что широко используется для измерения температур (термопары: медь-константан, хромель-копель и др.).

Содержание слайда: Термоэлектрические преобразователи Если термоэлектрическая цепь замкнута на электрическую лампочку или нагреватель, то в цепи возникнет ток. Итак, термоэлектрический эффект можно использовать для производства электроэнергии. Академик Иоффе в 1929 году указал на перспективность применения для этой цели полупроводников; например, термоэлектрогенератор на базе MnSi2 при ∆Т=1000 К имеет КПД преобразования около 10 %. Полупроводники на основе боридов и карбидов могут дать КПД до 20 %.

Содержание слайда: Термоэлектрические преобразователи Причиной низких КПД термоэлектрических преобразователей является необратимая передача теплоты теплопроводностью по электродам от горячего источника к холодному. В термоэлектронных преобразователях (термоэлектрогенераторах) электроды разделены вакуумом, исключающим теплопроводность; электрический ток в цепи поддерживается за счет эмиссии свободных электронов.

Содержание слайда: Принцип действия Металлы в нагретом состоянии испускают (эмиттируют) свободные электроны со своей поверхности. При Т1>>Т2 эмиссия электронов с горячего электрода будет интенсивнее, поэтому холодный электрод будет иметь отрицательный заряд и между пластинами возникнет разность потенциалов. Если цепь замкнуть на внешнее сопротивление, то в цепи пойдет электрический ток. Эмиссию можно назвать «испарением» электронов с поверхности эмиттера за счет подвода к нему теплоты.

Содержание слайда: Термический КПД Накопление электронов на поверхности холодного электрода – «конденсация» электронов с выделением теплоты. Термический КПД термоэлектронного преобразователя: ηt=N/Q1, где N – электроэнергия, отданная потребителю, Вт; Q1 – теплота, подведенная от горячего источника, Вт. Последнее время термоэлектронные преобразователи привлекают к себе все большее внимание.

Содержание слайда: МГД-установки МГД-генераторы (магнитогидродинамические) можно условно отнести к прямым преобразователям тепловой энергии в электрическую. В них теплота от продуктов сгорания передается газообразному рабочему телу, которое затем расширяется в комбинированном сопле, приобретая значительную кинетическую энергию; а уже потом последняя преобразуется в электроэнергию в канале МГД- генератора. Было бы правильнее назвать их установками без машинного преобразования теплоты в электроэнергию, так как в них нет движущихся частей.

Содержание слайда: Канал МГД-генератора Отсутствие движущихся частей является важным преимуществом МГД-генераторов, дающая возможность изготавливать установки высокой мощности. Рабочим телом является газ с ионизирующими добавками (щелочными металлами, например, калием или цезием); газ нагревается до столь высоких температур, что частично ионизируется, то есть переходит в состояние плазмы. Затем этот электропроводящий газ расширяется в сопле 1, разгоняясь до скорости порядка 1000 м/с и поступает в канал 3 МГД-генератора.

Содержание слайда: Генерирование электроэнергии В канале с помощью специальной магнитной системы создается магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны оси канала. При пересечении проводником (плазмой) силовых линий магнитного поля в объеме МГД-установки генерируется электроэнергия, которая отводится с помощью электродов 2, подключенных к потребителю электроэнергии. Отсутствие движущихся частей позволяет повысить температуру газа на входе в МГД-генератор до порядка 2500 °С, которая в несколько раз превышает таковую в ПТУ и ГТУ; это позволяет повысить термический КПД установки до ~70 %, что значительно выше, чем в паро- и газотурбинных установках.

Содержание слайда: Схема МГД-установки 1 – воздушный компрессор; 2 – топливо; 3 – камера сгорания; 4 – МГД-генератор; 5 – регенератор; 6 – парогенератор; 7 – паровая турбина; 8 – электрогенератор; 9 – конденсатор; 10 – питательный водяной насос. Элементы: 1…5 – аналогичны схеме ГТУ с регенерацией теплоты; 6…10 – схема ПТУ.

Содержание слайда: Цикл МГД-установки 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – изобарный подвод теплоты в регенераторе; 3-4 – изобарный подвод теплоты Q1 в камере сгорания; 4-5 – адиабатное совершение работы в МГД-генераторе; 5-6 – изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе; 6-7 – изобарный отвод теплоты от газов в парогенераторе; 7-1 – изобарный отвод теплоты Q’2 от газов в окружающую среду.

Содержание слайда: Термический КПД На выходе из регенератора газ имеет высокую температуру, поэтому его теплота используется в пароводяном цикле Ренкина 8-9-10-11-12-8 для нагрева воды до температуры насыщения, генерации пара и его перегрева. По аналогии с бинарным ртутно-водяным циклом расход газа в цикле МГД находится по уравнению теплового баланса, кг/с: Термический КПД цикла МГД: .