Температуры горения органических топлив достаточно велики, и

Бинарные циклы.

используемый температурный интервал в основном ограничен свойствами

конструкционных материалов при высоких температурах. В настоящее

время в стационарных ГТУ достигнуты начальные температуры 1150 С.

КПД цикла Карно при такой температуре и нижней температуре Т = 300 К

составляет 0,74. Термический КПД цикла Брайтона при b = 15 и данном перепаде температур при k =1,41 составляет всего

.

В паросиловых установках верхняя температура достигает 540 С, КПД

цикла Карно 0,63, а термический КПД регенеративного цикла Ренкина

не превосходит 0,45. Невозможность эффективно перекрыть весь освоенный сегодня температурный интервал с помощью одного рабочего тела привела уже более 50 лет назад к выводу, что нужно использовать бинарные и даже тройные циклы с различными рабочими телами в каждом температурном интервале. Бинарный цикл с двумя циклами Ренкина (см. рис.2.3.6) был реализован.

Полезная работа цикла Ренкина на водяном паре (площадь 5-6-7-8-9-5) значительноменьше полезной работы цикла Карно (площадь 5-0-8-9-5). Количество отводимой теплоты (площадь s-5-9-s) для обоих циклов одинаково. КПД цикла Ренкина

меньше КПД цикла Карно (слагаемое q /l - больше), совершающегося в

пределах тех же температур. Работа цикла Ренкина растет с увеличением температуры кипения (точка 6). Рабочее тело, совершающее цикл 1-2-3-4 должно иметь более высокую температуру кипения при приемлемом давлении. В качестве такой жидкости была выбрана ртуть. Цикл с двумя рабочими телами получил название бинарного.

На рис.2.3.7 дана схема бинарной ртутно-водяной установки. Ртутный пар, полученный в котле 1, направляется в ртутную турбину 2, откуда поступает в конденсатор-испаритель 3, где пары ртути конденсируются, а высвобождающееся тепло расходуется на испарение воды. Насыщенный водяной пар из конденсатора-испарителя поступает в пароперегреватель 4, затем в турбину 5 и далее конденсатор 6. Конденсат с помощью насоса подается в конденсатор-испаритель.

Рис.2.3.7. Схема бинарной ртутно-водяной установки

Цикл, совершаемый ртутью, 1-2-3-4-1 (см. рис.2.3.6). Точка 1 характеризует состояние ртути при поступлении ее в ртутный котел. Процесс 1-2 - нагрев ртути до температуры кипения (точка 2). Давление, соответствующее кипению, выбирают исходя из наибольшей допустимой температуры (давление 1 МПа соответствует температуре кипения 515 С). Линия 2-3 изображает процесс парообразования в котле. Линия 3-4 – адиабатное расширение ртутного пара в паровой ртутной турбине,

4-1 - процесс конденсации отработанного пара в конденсаторе 8 испарителе. Выбор точки; зависит от давления второго рабочего тела - воды. Ртутно - водяной бинарный цикл был реализован, но установки не получили развития из-за технических трудностей.

Найдем КПД бинарной установки h, в которой подвод теплоты в

нижнюю часть цикла осуществляется только за счет всей теплоты,

отводимой из его верхней части , т.е. . По определению

, ,

а

.

Следовательно,

,

или

, (2.3.6)

Здесь h₁, h₂ - термические КПД верхней и нижней части бинарного цикла.

В настоящее время начинают широко распространяться бинарныециклы, у которых в верхней части температурного интервала используется газотурбинный цикл Брайтона, а в нижней - пароводяной цикл Ренкина. Такие установки получили название парогазовых (ПГУ). ПГУ обеспечивают значительное повышение КПД, достаточно технологичны и дешевы. Если принять для и лучшие, достигнутые сегодня значения

(h₁ = 0,34, h₂ = 0,38),то КПД бинарного цикла h = 0,59. В действительности при сочетании двух циклов возникают дополнительные потери.

В результате КПД бинарной установки достигает 0,5-0,51.

В качестве верхней ступени цикла предлагались другие варианты:

термоэмиссионная надстройка, МГД генератор. Оба этих варианта позволяют, в принципе, повысить верхнюю температуру цикла по сравнению

с ГТУ. Однако по техническим и технологическим причинам эти над-

стройки не были отработаны.

Дата добавления: 2015-06-27