Парогазовый цикл

Изучение различных циклов показывает, что газооб­разные продукты горения топлив и водяной пар, при­меняемые в качестве рабочих тел соответственно в газо­турбинных и паротурбинных установках, «работают» в различных диапазонах начальных и конечных темпера­тур. Так, если газы поступают в газовую турбину при начальных температурах 900—1200°С, то температура перегретого водяного пара, поступающего в паротурбинную установку не превышает 500°С при давлениях, достигающих 30,0 МПа. Однако в газовой турбине газы расширяются до атмосферного давления и покидают ее при конечных температурах 450—500°С, в то время как водяной пар расширяется в паровой турбине до давления значительно ниже атмосферного и покидает ее при температурах 25—30°С. Как известно, термический к. п. д. увеличивается с повышением на­чальной температуры и понижением конечной темпера­туры рабочего тела.

В связи с тем, что ни одно из применяемых рабочих тел не может использоваться при указанных максимальных и минимальных температурах (1200-25°С), то возникла идея создать комбинированные установки с использованием обоих рабочих тел. Циклы комбинированных установок с дву­мя рабочими телами называются бинарными циклами, одним из них является парогазовый цикл.

Парогазовый цикл — это бинарный цикл, в ко­тором в области высоких температур используются га­зы — продукты горения жидких и газообразных топлив, а в области низких температур — водяной пар. В на­стоящее время, как в РФ, так и за рубежом, разра­ботано большое количество парогазовых циклов. Рассмотрим одну из наиболее перспективных схем парогазовой установки с высоконапорным парогенератором (БПГ) и раздельным использованием рабочих тел.

Выработанный в высоконапорном парогенераторе перегретый пар по­ступает в паровую турбину 5, расширяется и совер­шает полезную работу. Отработанный пар поступает в конденсатор, где полностью конденсируется. Насо­сом 6 конденсат прокачивается через газовый теплооб­менник 4, нагревается до температуры насыщения и в виде питательной воды подается снова в парогене­ратор.

Подогрев воды по изобаре 5 — 6 происходит за счет теплоты отработавших газов газовой турбины 3, охлаж­дение которых происходит по изобаре 4 — 1 в газоводя­ном подогревателе 4. Воздух и продукты сгорания можно в первом приближении считать идеальным 2 ^х атомным газом.

Рис. 1. Принципиальная схема Рис. 2. Бинарный цикл парогазовой

парогазовой установки с высоко- установки с ВПГ.

напорным парогенератором (ВПГ).

На рис. 2 в Т – S координатах изображен теоре­тический цикл такой установки. Как видно, он состоит из цикла ГТУ (1 — 2 — 3 - 4) и цикла паротурбинной установки (5—6—7 — 8 — 9-5); свойства этих циклов рас­смотрены выше. Необходимо указать, что циклы стро­ятся для 1 кг продуктов сгорания и m кг водяного пара.

Величина т показывает, сколько килограммов пара при­ходится на 1 кг продуктов сгорания, и называется отно­сительным расходом пара:

m = .[кг/кг] (1)

- где: Д_г [кг/с] – количество газа, проходящее за 1 сек. через теплообменник;

Д [кг/с] – количество воды, проходящее за 1 сек. через тот же теплообменник

Тепловой баланс подогревателя вы­ражается уравнением:

(2)

Термический к. п. д. рассматриваемого парогазового цикла определяется из выражения:

(3)

здесь полезная работа газового цикла:

[ ] (а)

то же для парового цикла (без учета работы на­соса):

[ ] (б)

теплота, затраченная в процессе 2 — 3 на газовый цикл,

[ ] (в)

теплота, сообщенная в изобарном процессе 6 —7— 8 парового цикла,

[ ] (г)

Подставляя в уравнение (3) выражения (а), (б), (в), (г) получаем:

, (4)

Для определения коэффициента полезного действия цикла паросиловой установки и газовой турбины в отдельности следует использовать выражения для расчета к.п.д. соответствующих циклов, расчет которых приведен в приложении 2.

Задание к курсовой работе предусматривает также термодинамический расчет всех параметров пара и газа (приведены в приложении 2) в характерных точках циклов и определение теплоты, работы и изменение внутренней энергии всех процессов, составляющих цикл паросиловой и газотурбинной установки.

ОТЗЫВ

члена НМС по издательской деятельности МОиН, декана АСФ АИСИ, доцента, к.т.н. Золиной Татьяны Владимировны на методические указания к курсовой работе «Расчет и анализ термодинамических циклов ПГУ» по дисциплине «Техническая термодинамика» по специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Методическое пособие «Расчет и анализ термодинамических циклов парогазовых установок», объемом 1,9 п.л., предназначено для выполнения студентами очной и заочной формы обучения по специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Методическое пособие соответствует программе дисциплины «Техническая термодинамика», закрепленной ГОС специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» в блоке специальных дисциплин.

Содержание курсовой работы полностью соответствует программе курса «Техническая термодинамика» и тематике курсовой работы примерного учебного плана настоящей дисциплины. В связи с тем, что предметом «Техническая термодинамика» являются закономерности превращения энергии в разнообразных физических и химических про­цессах и, в частности, процессах взаимного превращения теплоты и работы в различных тепловых машинах, то тематика курсовой работы, связанная с оценкой эффективности термодинамических процессов преобразователей энергии отвечает целям преподавания дисциплины «Техническая термодинамика».

Методическое пособие объемом 1,9 печатных листа, охватывает обширный материал учебной программы дисциплины: 1 и 2 законы «Технической термодинамики, уравнение состояния, понятие и методику расчета коэффициента полезного действия циклов тепловых двигателей, анализ термодинамических процессов идеальных и реальных газов, расчет параметров идеальных и реальных газов, принцип работы, схему установок и расчет циклов ГТУ, ПСУ. ПГУ и т.д.

Методическое пособие разработано авторами, являющимися высококвалифицированными специалистами в данной области знаний: проф., д.т.н. Свинцовым В.Я. и доцентом, к.т.н. Маркиным В.А., которые обладают большим опытом работы преподавательской деятельности по дисциплине «Техническая термодинамика». В методическом пособии, доступным для понимания студентами третьего курса, и вместе с тем, на высоком научном уровне изложены сложные вопросы дисциплины «Техническая термодинамика».

На основании вышеизложенного можно считаю,что представленная УМП может быть рекомендовано к присвоению грифа НМС по издательской деятельности МОиН Астраханской области.

25.01.07

Член НМС, декан АИСИ Золина Т.В.

доцент, к.т.н.

РЕЦЕНЗИЯ

к.т.н. Цымбалюк Юлии Валерьевны на методические указания к курсовой работе «Расчет и анализ термодинамических циклов парогазовых установок», разработанное проф., д.т.н. Свинцовым Владимиром Яковлевичем и доцентом, к.т.н. Маркиным Валерианом Константиновичем.

Дисциплина «Техническая термодинамика», наряду с дисциплиной «Тепломассообмен», является теоретической базой специальности– 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» и поэтому разработка рецензируемого методического пособия, способствующего практическому овладению основ «Технической термодинамике», а также развитию умения студентов по анализу и оценке эффективного использования тепловых устройств отвечает требованиям ГОС специальности.

Содержание курсовой работе неоднократно обсуждалось сотрудниками кафедры ТГВ на рабочих совещаниях, а также на заседании кафедры. Отмечены следующие положительные стороны настоящего методического пособия:

-методическое пособие предназначено для выполнения студентами очной и заочной формы обучения по специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»;

-методическое пособие разработано его авторами в соответствии с программой дисциплины «Техническая термодинамика» Государственных образовательных стандартов (блок специальных дисциплин) по специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»;

- тематика курсовой работы отвечает содержанию курсовой работы, предусмотренной примерным учебным планом настоящей дисциплины;

-материал, представленный в методическом пособии отвечает современному уровню развития науки, изучающей закономерности превращения энергии в разнообразных физических и химических про­цессах и, в частности, процессах взаимного превращения теплоты и работы в различных тепловых устройствах;

- методическое пособие объемом 1,9 печатных листа, охватывает обширный материал учебной программы дисциплины: 1 и 2 законы «Технической термодинамики», уравнение состояния, понятие и методику расчета коэффициента полезного действия циклов тепловых двигателей, анализ термодинамических процессов идеальных и реальных газов, расчет параметров идеальных и реальных газов, принцип работы, схему установок и расчет циклов ГТУ, ПСУ. ПГУ и т.д.

-методическое пособие написано авторами работы доступным для понимания студентами третьего курса языком;

- авторы методического пособия являются высококвалифицированными специалистами в данной области знаний: проф., д.т.н. Свинцовым В.Я. и доцентом, к.т.н. Маркиным В.А., которые обладают большим опытом работы преподавательской деятельности по дисциплине «Техническая термодинамика».

На основании вышеизложенного считаю, что методическое пособие к курсовой работе: «Расчет и анализ термодинамических циклов парогазовых установок», разработанное авторами, сотрудниками кафедры ТГВ Астраханского инженерно – строительного института проф., д.т.н. Свинцовым Владимиром Яковлевичем и доцентом, к.т.н. Маркиным Валерианом Константиновичем может быть рекомендовано к присвоению грифа НМС Астраханской области.

Зав. каф. ТГУ АИСИ Ю.В. Цымбалюк

к.т.н.

Методическое пособие: «Расчет и анализ термодинамических циклов паросиловой, газотурбинной и парогазотурбинной установки», объемом 1,9 п.л., предназначено для выполнения студентами очной и заочной формы обучения по специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Методическое пособие соответствует программе дисциплины «Техническая термодинамика», закрепленной ГОС специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» в блоке специальных дисциплин.

Содержание курсовой работы полностью соответствует программе курса «Техническая термодинамика» и тематике курсовой работы примерного учебного плана настоящей дисциплины. В связи с тем, что предметом «Техническая термодинамика» являются закономерности превращения энергии в разнообразных физических и химических про­цессах и, в частности, процессов взаимного превращения теплоты и работы в различных тепловых машинах, то тематика курсовой работы, связанная с оценкой эффективности термодинамических процессов преобразователей энергии отвечает целям преподавания дисциплины «Техническая термодинамика».

Методическое пособие объемом 2,3 печатных листа, охватывает обширный материал учебной программы дисциплины: 1 и 2 законы «Технической термодинамики, уравнение состояния, понятие и методику расчета коэффициента полезного действия циклов тепловых двигателей, анализ термодинамических процессов идеальных и реальных газов, расчет параметров идеальных и реальных газов, принцип работы, схему установок и расчет циклов ГТУ, ПСУ. ПГУ и т.д.

Методическое пособие разработано авторами, являющимися высококвалифицированными специалистами в данной области знаний: проф., д.т.н. Свинцовым В.Я. и доцентом, к.т.н. Маркиным В.А., которые обладают большим опытом работы преподавательской деятельности по дисциплине «Техническая термодинамика». В методическом пособии, доступным для понимания студентами третьего курса, и вместе с тем, на достаточно высоком научном уровне изложены достаточно сложные вопросы дисциплины «Техническая термодинамика».

С учетом вышеизложенного можно констатировать, что методическое пособие к курсовой работе: «Расчет и анализ термодинамических циклов паросиловой, газотурбинной и парогазотурбинной установки» отвечает программе ГОС по дисциплине «Техническая термодинамика» по специальности: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция», выполнено на достаточно высоком научном и техническом уровне, является весьма полезным с методической точки зрения в плане освоения студентами программы дисциплины «Техническая термодинамика» и может быть рекомендовано к присвоению грифа НМС Астраханской области.

25.01. 07.

Зав. каф. «Физика» АГТУ

проф., д.т.н. Н.В. Селиванов

Подпись зав. каф. «Физика» АГТУ

проф., д.т.н. Н.В. Селиванов

подтверждаю: Начальник ОК АГТУ

доцент Мичурина О.Ю.

С учетом вышеизложенного можно констатировать, что методическое пособие к курсовой р+аботе: «Расчет и анализ термодинамических циклов паросиловой, газотурбинной и парогазотурбинной установки» отвечает программе ГОС по дисциплине «Техническая термодинамика» по специальности: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция», выполнено на достаточно высоком научном и техническом уровне, является весьма полезным с методической точки зрения в плане освоения студентами программы дисциплины «Техническая термодинамика» и может быть рекомендовано к присвоению грифа НМС Астраханской области.

25.01. 07.

Зав. каф. «Физика» АГТУ

проф., д.т.н. Н.В. Селиванов

Подпись зав. каф. «Физика» АГТУ

проф., д.т.н. Н.В. Селиванов

подтверждаю: Начальник ОК АГТУ

доцент Мичурина О.Ю.

РЕЦЕНЗИЯ

на методические указания к курсовой работе: «Расчет и анализ термодинамических циклов паросиловой, газотурбинной и парогазотурбинной установки» по дисциплине: «Техническая термодинамика».

Специальность: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Методическое пособие: «Расчет и анализ термодинамических циклов паросиловой, газотурбинной и парогазотурбинной установки», объемом 2,3 п.л., предназначено для выполнения студентами очной и заочной формы обучения по специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Методическое пособие соответствует программе дисциплины «Техническая термодинамика», закрепленной ГОС специальности – 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» в блоке специальных дисциплин.

Содержание курсовой работы полностью соответствует программе курса «Техническая термодинамика» и тематике курсовой работы примерного учебного плана настоящей дисциплины. В связи с тем, что предметом «Техническая термодинамика» являются закономерности превращения энергии в разнообразных физических и химических про­цессах и, в частности, процессов взаимного превращения теплоты и работы в различных тепловых машинах, то тематика курсовой работы, связанная с оценкой эффективности термодинамических процессов преобразователей энергии отвечает целям преподавания дисциплины «Техническая термодинамика».

Методическое пособие объемом 2,3 печатных листа, охватывает обширный материал учебной программы дисциплины: 1 и 2 законы «Технической термодинамики, уравнение состояния, понятие и методику расчета коэффициента полезного действия циклов тепловых двигателей, анализ термодинамических процессов идеальных и реальных газов, расчет параметров идеальных и реальных газов, принцип работы, схему установок и расчет циклов ГТУ, ПСУ. ПГУ и т.д.

Методическое пособие разработано авторами, являющимися высококвалифицированными специалистами в данной области знаний: проф., д.т.н. Свинцовым В.Я. и доцентом, к.т.н. Маркиным В.А., которые обладают большим опытом работы преподавательской деятельности по дисциплине «Техническая термодинамика». В методическом пособии, доступным для понимания студентами третьего курса, и вместе с тем, на достаточно высоком научном уровне изложены достаточно сложные вопросы дисциплины «Техническая термодинамика».

С учетом вышеизложенного можно констатировать, что методическое пособие к курсовой работе: «Расчет и анализ термодинамических циклов паросиловой, газотурбинной и парогазотурбинной установки» отвечает программе ГОС по дисциплине «Техническая термодинамика» по специальности: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция», выполнено на достаточно высоком научном и техническом уровне, является весьма полезным с методической точки зрения в плане освоения студентами программы дисциплины «Техническая термодинамика» и может быть рекомендовано к присвоению грифа НМС Астраханской области.

25.01. 07.

Зав. каф. «Физика» АГТУ

проф., д.т.н. Н.В. Селиванов

Подпись зав. каф. «Физика» АГТУ

проф., д.т.н. Н.В. Селиванов

подтверждаю: Начальник ОК АГТУ

доцент Мичурина О.Ю.

Термо­динамика не использует в явном виде известных пред­ставлений о молекулярном строении вещества и лишь привлекает их для дополнительного объяснения проте­кающих процессов или полученных конечных результатов.

Основой термодинамики как науки являются два за­кона, полученных на основании опыта — первый и вто­рой законы термодинамики. Первый закон термо­динамики устанавливает количественную меру при переходе одного вида энергии в другой и является част­ным случаем всеобщего закона сохранения и превраще­ния энергии. Второй закон термодинамики имеет более ограниченный характер и приложим к те­лам, имеющим конечные размеры, но состоящим из большого числа частиц — атомов и молекул. Этот закон устанавливает направление тепловых процессов, проте­кающих в природе, и условия преобразования теплоты в работу.

Применяя основные законы, техническая термодина­мика исследует процессы, протекающие в тепловых дви­гателях, и устанавливает наиболее экономичные условия их работы.

Особенностью настоящего состояния объектов по выработке электроэнергии и тепла является как большой физический износ энергетического оборудования, так и моральное старение применяемых технологий.

Главной проблемой сегодняшнего дня, которую надо решать немедленно на многочисленных ГРЭС и ТЭЦ России, является создание новых типов технологически оправданных энергетических установок с высоким КПД. Перспективным в решении этой проблемы является направление, основанное на разработке и внедрении бинарных циклов. Новейшие парогазовые установки, реализующие этот цикл (ПГУ) имеют КПД 49-52%, тогда как многочисленные ТЭЦ и ГРЭС на базе ПСУ 25-30%.

В этой связи в России была разработана Федеральная Целевая Программа «Энергосбережение России», которая определяет для отрасли направление энергосбережения, в числе которых предусмотрено использование бинарных ПГУ, на природном газе и мазуте.

Создание бинарных ПГУ осуществляется на основе уже освоенного тепломеханического оборудования, требующего выявления наивыгоднейших условий комбинирования газовых и паровых циклов, основу которых закладывает техническая термодинамика.

В результате расчета и анализа отмеченных выше циклов тепловых двигателей, студент должен сформировать основе оценки эффективности бинарного цикла (ПГУ) по сравнению с циклами ГТУ и ПСУ, студент