Термодинамическая оценка - раздел Энергетика, Энергосбережение В энергетике В Общем Случае Энтропия Определяется Следующим Образом: ...
В общем случае энтропия определяется следующим образом: 
. Изменение энтропии в любом термодинамическом процессе от состояния 1 до состояния 2 определится как интеграл:
. (154)
Из уравнения Клайперона, записанного для состояний 1 и 2, следует, что 
. После подстановки в (154) данного соотношения получим:
(155)
Поскольку коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания примерно равен 4, их можно считать идеальным газом (воздухом). Рассмотрим цикл газотурбинной установки (рис. 70).
Энтропия является параметром состояния, поэтому изменение энтропии не зависит от вида процесса. Поэтому изменение энтропии в процессах 1-2-3 равно изменению в процессе 4-1, так как в адиабатном процессе расширения газа в турбине энтропия не изменяется.
. (156)
В случае отсутствия утилизатора за газовой турбиной p4 = p1 равенство преобразуется к виду
Рис. 70. Изменение энтропии в цикле ГТУ
, или
, (157)
где 
– массовая удельная теплоемкость продуктов сгорания перед турбиной, Дж/(кг×К); R = 287 Дж/(кг×К) – удельная газовая постоянная. При наличии теплообменника давление на выхлопе турбины 
, а температура 
. Тогда 
, откуда
. (158)
Приравнивая левые части уравнений (157) и (158) и р1 на р4, получим
. (159)
Недовыработка удельной (на 1 кг рабочего тела) мощности, связанная с аэродинамическим сопротивлением теплообменника-утилизатора, равна разности энтальпий рабочего тела на выходе из турбины при наличии (
) и отсутствии (h4) теплообменника [16]:
. (160)
При расчете по этой формуле примем реальную температуру на выхлопе турбины (после регенератора) 
К, чем приближенно учтем влияние внутреннего относительного КПД турбины 
на расширение газа от Т3 до 
. Массовая теплоемкость продуктов сгорания за турбиной при температуре 294 ºС 
кДж/(кг×К). Формула (160) дает 
Дж/кг. (161)
При расходе продуктов сгорания (воздуха через компрессор) 
кг/с потеря мощности составит 
кВт. Т. е. потеря работы (в процентах от полезной работы турбины), связанная с работой теплообменника на максимальном режиме (с аэродинамическим сопротивлением 467 Па), равна 
%. Поскольку турбина ГТ-10 имеет регенератор, выполненные расчеты дают лишь ориентировочную оценку. Поэтому оценим влияние теплообменника другим способом.
«Балансовая» оценка
Представим гипотетически, что продукты сгорания расширяются в турбине до атмосферного давления, а сопротивление теплообменника-утилизатора преодолевается специально установленным дымососом с приводом от турбины. При малой степени сжатия газ можно считать несжимаемым, тогда мощность, затрачиваемая на прокачку газов, равна произведению напора на подачу (в реальных, а не нормальных м3/с). Объемный расход продуктов сгорания примем при температуре газов, уходящих из турбины, а не из теплообменника: 
м3/с, где 
– плотность уходящих газов (воздуха) при температуре 294 ºС, 
кг/м3. Напор дымососа 
Па. Необходимая теоретическая мощность 
кВт. Это составляет 
% от мощности ГТУ, что совпадает с результатами «термодинамической» оценки.
Дополнительный расход топливного газа, необходимый для компенсации такой мощности при эффективном КПД ГТУ 
и теплоте сгорания природного газа 
МДж/м3,
м3/ч.
Для сравнения укажем, что один котел номинальной мощностью 2 МВт, имеющий КПД 91 %, рассчитан на потребление 
м3/ч природного газа, что в 10 раз превышает перерасход газа одной турбиной.
Все темы данного раздела:
Мунц В.А.
М90 Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях : конспект лекций / В.А. Мунц. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2009. 136 с.
ISBN 5-321-00985-7
978-5-321-00985
Энергоаудит
Энергетический аудит - это техническо-экономическое инспектирование систем энергогенерирования и энергопотребления предприятия с целью определить возможности экономии затрат на потребляемые топливн
Газообразные горючие ВЭР
Рассмотрим основные принципы использования газообразных горючих отбросных газов на примере сажевого производства. Технологическая схема получения сажи, необходимой для производства резины, представ
Огневое обезвреживание шламов металлургических производств
С середины 70-х годов прошлого века в черной металлургии активно начали использоваться схемы оборотного водоснабжения. Техническая вода отстаивается в баках отстойника от масел и окалины и направля
Газотрубные котлы-утилизаторы
При использовании теплоты высокотемпературных отходящих газов (Тг > 300-600 °С) устанавливаемые для этого котлы-утилизаторы (КУ) содержат обычно экономайзерные и испарительные
Водотрубные котлы-утилизаторы
Наиболее распространенными водотрубными котлами являются котлы марки КУ, выпускаемые Белгородским заводом. Завод выпускает шесть типоразмеров: КУ-40, КУ-60, КУ-100, КУ-100Б1, КУ-125, КУ-150 [4]. Ци
Котлы-утилизаторы за обжиговыми печами серного колчедана
При обжиге колчеданов получают два продукта: металл и диоксид серы. При содержании SO2 в продуктах сгорания более 7% становится рентабельным получение из газов серной кислоты. Поэтому до
Тепловой баланс схемы обжига колчедана
Запишем тепловой баланс для случая, когда в кипящем слое размещены и испарительные и пароперегревательные поверхности.
Баланс обжиговой печи
Установки сухого тушения кокса (УСТК)
В тепловом балансе коксовой батареи количество теплоты, уносимой раскаленным коксом, достигает 45-50 % от количества теплоты, поступающей на обогрев печи. Для быстрого охлаждения кокса на пр
Установки сухого тушения кокса (УСТК)
Укрэнергочермета опытно-промышленная установка сухого тушения кокса бункерного типа.
Установка (рис. 2.16) состоит [6, 7] из тушильного бункера 1 вместимостью 270 м3, котла мног
Тепловой баланс
Тепловой баланс камеры тушения кокса имеет следующий вид:
(2.14)
Теплота, отданная охлаждаемым коксом:
Котлы-утилизаторы в установках сухого тушения кокса
Для первых УСТК был разработан башенный котел КСТ-80 (см. рис. 2.16). Впоследствии был разработан котел КСТК-25/39С-1 (рис. 2.17). Котел барабанный, с принудительной циркуляцией, выполнен по V-обра
Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров
При кислородно-конвертерном процессе продувка чугуна проводится через водоохлаждаемую фурму техническим кислородом (98-99,5 %). Конвертерные газы состоят в основном из оксида углерода (СО = 90-95 %
Энерготехнологическое комбинирование в прокатном производстве
В прокатном производстве энерготехнологическое комбинирование позволяет снизить удельные затраты топлива на нагрев единицы массы металла. Котел на отходящих продуктах сгорания (рис. 3.1) устанавлив
Энерготехнологическое комбинирование в целлюлозно-бумажной промышленности
При производстве целлюлозы широко применяют ЭТА, в которых осуществляется технологический процесс, сжигание так называемого черного щелока с восстановлением сульфата натрия. Одновременно в ЭТА выра
Энерготехнологическое комбинирование в доменном производстве
Схема комбинированной установки сжатия и нагрева доменного дутья [5], конвертирования природного газа и выработки пара электроэнергетических параметров представлена на рис. 3.4.
Из доменно
Расчет тепловой схемы
1. Расчет каупера
На сжигание поступает доменный газ с расходом В. При сжигании образуются продукты сгорания с температурой t1. Температура t1
Энерготехнологическое комбинирование при получении водорода
Основным технологическим звеном энерготехнологической установки получения водорода является печь-реактор [8], где происходит паровая конверсия метана
Тепловой расчет схемы
Расход газа на конверсию В1, расход газа на сжигание В2, сжигание осуществляется с коэффициентом избытка воздуха a = 1,05-1,2. Расход воздуха на сжигание составл
Охлаждение конструктивных элементов высокотемпературных установок
В высокотемпературных установках многие конструктивные элементы находятся в зонах высоких температур, и надежная их работа обеспечивается системами принудительного охлаждения. Различают водяное и и
Испарительное охлаждение
Сущность испарительного охлаждения (рис. 3.12) заключается в охлаждении конструктивных элементов печей химически очищенной водой, причем отводимая от конструктивных элементов теплота затрачивается
Использование теплоты пароконденсатной смеси
Системы сбора конденсата являются функциональными элементами системы теплоснабжения предприятий. В связи с наличием в конденсате «пролётного» пара можно использовать энергетический потенциал пароко
Утилизация теплоты загрязненных стоков
Утилизацию теплоты загрязненных стоков осуществляют в аппаратах мгновенного вскипания. Горячая загрязненная жидкость поступает в камеру (испаритель), где поддерживается низкое давление (рис. 5.1).
Утилизация теплоты агрессивных жидкостей
В производстве серной кислоты большая часть ВЭР (95 %) заключается в физической теплоте кислоты, которая в процессе ее получения охлаждается от 80-140 °С до 40-60 °С. В среднем с 1 т выпускаемой се
Утилизация теплоты вентиляционных выбросов
Проблема утилизации теплоты вентиляционных выбросов - это во многом проблема трассировки воздуховодов, если иметь в виду существующие схемы приточной и вытяжной вентиляции. Основными типами вентиля
Влажный воздух, влажные продукты сгорания
Масса паров в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара rп при парциальном давлении Pп , называется абсолютной влажностью. Отношение действительн
Утилизация теплоты низкотемпературных дымовых газов
Проблему эффективного использования теплоты отходящих газов энергетических котлов и промышленных печей можно решить путем установки за ними контактных теплообменников с активной насадкой – КТАНов [
Основные типы парогазовых установок
Парогазовые установки с котлами полного горения (ПГУПГ) создают, объединяя серийные газотурбинные агрегаты и паротурбинные установки [12]. Принципиальная тепловая схема конденсационной ПГУПГ
Количественные показатели термодинамических циклов ПГУ
Основные расчетные соотношения цикла ГТУ
Температура воздуха после компрессора:
. (7.1)
Температура газов
Термическая эффективность парогазовых установок
Коэффициент термической эффективности определяется из уравнения
. (7.21)
Для конденсационных парогазовых установок коэффиц
Соотношения между параметрами газового и парового циклов
Критерием, определяющим целесообразность утилизации теплоты отходящих газов, является термический КПД. Для определения термического КПД рассмотрим термодинамический цикл, состоящий из двух циклов –
Парогазовые установки с впрыском пара
В парогазовых установках с впрыском пара (ПГУ ВП) в воздушный или газовый тракт энергетической газотурбинной установки (ГТУ) подаются продукты сгорания топлива и водяной пар, которы
Модернизация котельных в ТЭЦ
При существующем соотношении цен на энергоносители и оборудовании стала чрезвычайно целесообразной выработка электроэнергии на тепловом потреблении. Наиболее простой путь - это реконструкция сущест
Газопаровая установка со сжиганием топлива в кислороде
В США идет разработка третьего поколения энергоустановок со сжиганием в среде кислорода газообразного топлива, полученного из угля. Коэффициент полезного действия 36-40%, с учетом потерь на газифик
Опытно-промышленная газотурбинная расширительная станция (ГТРС) на Среднеуральской ГРЭС
Транспортировка природного газа по магистральным газопроводам на большие расстояния осуществляется под давлением, достигающим после подкачивающих станций 7,0-7,5 МПа. По традиционной схеме для испо
Расчет мощности расширительной турбины
Запишем первый закон термодинамики через внутреннюю энергию и энтальпию в следующем виде: и
Теплоснабжение от котельной
Тепловая нагрузка задана и составляет Q МВт.
Установленная мощность котельной должна быть выше с учетом резервирования, тогда капитальные затраты на котельную составят
Утилизационная установка компрессорной станции
Капиталовложение включают в себя две составляющие: капитальные затраты на установку теплообменника и на сооружение магистрального трубопровода теплоснабжения.
1. Затраты на установку тепло
Снижение потерь теплоты с уходящими газами
Основными потерями в котельных установках являются потери с теплотой отходящих газов [17]. Потери теплоты с уходящими газами (q2) в котлах без хвостовых поверхностей, работающих с
Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
Они должны быть сведены к нулю за счет правильного выбора горелок, качества изготовления и монтажа, проведения наладки работы горелок и топочных туннелей.
3. Потери теплоты в ок
Возврат конденсата в котельную
В практике эксплуатации паровых систем теплоснабжения недостаточное внимание уделяется сбору и возврату конденсата в котельную, а это приводит к значительному перерасходу топлива. Перерасход газа (
Использование тепловой энергии непрерывной продувки котлов
При избыточном давлении пара =1,6-1,3 МПа, наиболее распространенном в отопительно-производственных котельных, каждый процент продувки, есл
Режимы работы котельного оборудования
Большие, легкодоступные, практически не требующие затрат резервы экономии газа и электроэнергии заключены в оптимальном распределении нагрузок между котлами, работающими на общего потребителя.
Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования
В целях обеспечения надежности, как правило, тягодутьевое оборудование устанавливается с большим запасом мощности. Это приводит к тому, что дымососы и вентиляторы работают далеко от области максима
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОГО КОЛИЧЕСТВА ТОПЛИВА НА ВЫРАБОТКУ ТЕПЛОТЫ
Полная потребность в условном топливе длякотельной в планируемом периоде определяется с учетом потерь топлива при транспортировании и хранении, т у.т.:
Bполн = φ
РАСХОД ТЕПЛА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ В КОТЕЛЬНЫХ
Общий расход теплоты на собственные нужды котельной определяется расчетным или опытным путем исходя из потребностей конкретного теплоисточника, как сумма расходов теплоты (пара) на отдельные элемен
Потери тепла баками различного назначения
(декарбонизаторы, баки-аккумуляторы и пр.)| определяют по формуле
, кДж
Тепловые потери трубопроводов
Качество изоляции трубопроводов особенно в небольших населенных пунктах не соответствует нормам. Достаточно часто встречаются протяженные участки плохо изолированных либо совсем неизолированных тру
Энергосбережение в промышленных системах воздухоснабжения
9.3.1 Методика нормирования расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха
Норма удельного расхода электроэнергии на привод рассчитывается на теплый и холодный период
Снижение теплопотерь за счет использования двухкамерного остекления
Рассмотрим, как снизятся потери теплоты за счет замены обычного однокамерного остекления площадью 20 м2 на двухкамерный стеклопакет. Исходные данные для расчета: зазор между стеклами D =
Система инфракрасного обогрева производственных помещений
Инфракрасные системы обогрева (ИКО) имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами [21]:
· высокая надежность теплоснабжения: отсутствие водяного цикла исключает размораживан
Новости и инфо для студентов