Взаимосвязь между эксергетическими и традиционными показателями эффективности циклов

Наибольший интерес представляют соотношения между показателями теоретических циклов, поскольку именно на их основе строятся реальные циклы. В частности, составляя теоретический цикл проектируемой теплоэнергетической установки, прежде всего, выбирают рабочее тело или тела и определяют их предельные параметры, в первую очередь температуры. Ее отличие в разных циклах может быть весьма велико. Так, для паровых циклов верхняя температура пара для имеющихся сталей не превышает 650⁰С, для ГТУ «закрытого цикла» не более 900⁰С, а для ГТУ «открытого цикла» до 1400⁰С. Выбрав рабочие тела и предельные значения температур, обычно составляют несколько различных вариантов теоретических циклов и сравнивают показатели их эффективности. При этом важно сравнить показатели, как теплового, так и эксергетического балансов, чтобы выбрать оптимальный цикл, а затем оптимизировать его параметры.

Взаимосвязь между термическим КПД теоретического цикла и его эксергетическим КПД для одноцелевых энергоустановок легко определить путем сравнения формул (2.1) и (2.5). Таким образом, получаем

(2.33)

учитывая, что

, (2.34)

, (2.35)

окончательно находим

(2.36)

где - коэффициент использования теплоты топлива (КПД котлоагрегата для КЭС или КПД камеры сгорания для ГТУ); - среднетермодинамическая температура продуктов сгорания (от Т_г до Т_о).

Формула (2. 36) остается справедливой и для циклов теплофикационных установок, если под понимать обобщенный термический КПД

(2.37)

где dEx^t - эксергия теплоты, отводимой в теоретическом цикле тепловым потребителям.

Довольно близкими по своей величине оказываются абсолютный эксергетический КПД и эффективный КПД реального цикла, определяемый по формуле

(2.38)

где h_{Q -} коэффициент использования теплоты топлива .

Выражая действительную работу цикла как разность между работой расширения ( h_рас) и работой сжатия (­­­­l_сж ­­­­) после ряда преобразований формула (2. 38) принимает вид

(2.39)

где ­­­ - удельная работа сжатия теоретического цикла.

Для реальных циклов теплофикационных установок с достаточной точностью получаем

(2.40)

где величина dex^Q определяется также по теоретическому циклу.

Наиболее простой оказывается эффективный КПД реального цикла для конденсационных паротурбинных установок (КЭС). Так, при ­­­ φ »­ 0 и dеx^Q = 0 формула (2.38) принимает вид

(2.41)

где h_ка - тепловой КПД котельного агрегата; - внутренний относительный КПД турбины; ­­­­ - термический КПД теоретического цикла.

Коэффициент зависит от совершенства системы регенерации (числа ступеней подогрева и температурных напоров) и составляет для циклов современных КЭС около 1,2.

Взаимосвязь между эксергетическим КПД () котельного агрегата и его тепловым КПД (h_ка) найдем путем сравнения формул

(2.42)

и

(2.43)

При этом допуская равенство Ex^топ = Q_топ, находим

(2.44)

Формулу эффективного КПД реального цикла ТЭЦ (2.40) можно упростить, если ввести понятие «приведенный» термический КПД термодинамического цикла ТЭЦ

(2.45)

где dex^от - приращение эксергии нагреваемой отборным паром сетевой воды, отнесенное к 1 кг острого пара, работающего в цикле.

При этом, с учетом незначительности _сж для паровых циклов, получаем

(2.46)

Как видно из изложенного, учитывая близость величин и , а также их зависимость от тех же самых факторов, оптимизацию термодинамических циклов ТЭС можно производить как по максимуму , так и по максимуму . На точности дальнейших технико-экономических оптимизационных расчетов тепловых схем ТЭЦ это практически не скажется.

Дата добавления: 2015-07-02