Цикл ренкина способы его повышения

ПСУ, цикл Ренкина, его КПД. Способы повышения КПД цикла Ренкина.

ПСУ – это установка предназначенная для выработки пара и электроэнергии. Рабочим телом ПСУ является вода, самая доступная и распространённая. Характерной особенностью рабочего процесса ПСУ является изменения агрегатного состояния рабочего вещества.

Парогенератор служит для выработки водяного пара, для этого в его топке сжигают природное органическое топливо (каменный уголь, газ, мазут). За счёт выделения при этом теплоты вода сначала превращается в насыщенный, а потом в перегретый водяной пар, направляется в турбину где расширяясь производит полезную работу, вращая ротор. Из турбины пар поступает в конденсатор где превращается в воду.

Критические точки – параметры, вода переходит в нагретый пар минуя область влажного насыщенного пара. Точки 5 и 6 нахождение внутри котла.

l_T – техническая работа совершаемая телом в данном цикле.

1 – перегретый пар на выходе из котла,

2 – отработавший в турбине пар,

4 – конденсат сжатый питательным насосом,

5 – кипящая вода,

6 – сухой насыщенный пар.

1 – 2 – процесс расширения пара в турбине считают адиабатическим,

2 – 3 – изобарно изотермическая конденсация воды,

3 – 4 – адиабатическое улучшение давления воды питательным насосом.

4 – 5 – 6 – 1 – изобарное превращение воды в перегретый водяной пар.

Способа повышения КПД.

— подведённая теплота, — отведённая теплота. , де –располагаемый интервал энтальпий, превращаемый в полезную работу в турбине; – техническая работа насоса.

Для увеличения КПД нужно увеличивать температуру перегрева пара или давление перегрева пара и уменьшать температуру охлаждающей воды, поступающей в конденсатор и давление в конденсаторе. Температура и давление перегрева могут варьироваться в широких пределах. Возможности для варьированья температуры охлаждения воды в конденсаторе ограничено, т.к. она забирается из расположенных рядом водоёмов. В реальном цикле существуют необратимые потери энергии, связанные в основном с потерями на трение при течении пара в проточной части турбины в следствии этого уменьшается располагаемый интервал энтальпий с до разности действительное, а это приводит к уменьшению E_k пара и => к уменьшению полезной работы. , Внутренний абсолютный КПД , .

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 32 ; Нарушение авторских прав

Источник

Способы повышения эффективности использования топлива в цикле Ренкина

Цикл с промежуточным перегревом пара.

Для того чтобы увеличить термический к. п. д. цикла Ренкина, часто применяют так называемый перегрев пара в специальном элемент установки — пароперегревателе, где пар нагревается до температуры, превышающей температуру насыщения при данном давлении P₁. В этом случае средняя температура подвода тепла увеличивается по сравнению с температурой подвода тепла в цикле без перегрева и, следовательно, термический к.п.д. цикла возрастает. Цикл Ренкина с перегревом пара является основным циклом теплосиловых установок, применяемых в современной теплоэнергетике.

Поскольку в настоящее время не существует промышленных энергетических установок с ядерным перегревом пара (перегрев пара непосредственно в активной зоне ядерного реактора), то для ядерных реакторов BWR и РБМК используется цикл с промежуточным перегревом пара.

Рисунок 7.Цикл с промежуточным перегревом пара в T-S диаграмме.

Для повышения КПД в цикле с промежуточным перегревом пара, используется двух ступенчатая турбина, состоящая из цилиндра высокого давления и нескольких (4 для РБМК) цилиндров низкого давления. Пар из барабана сепаратора направляется в цилиндр высокого давления (ЦВД), часть пара отбирается для перегрева. Расширяясь в цилиндре высокого давления процесс на диаграмме 1-6, пар совершает работу. После ЦВД пар направляется в пароперегреватель, где за счет охлаждения отобранной в начале части пара, осушается и нагревается до более высокой температуры, (но уже при более низком давлении, процесс 6-7 на диаграмме) и поступает в цилиндры низкого давления турбины (ЦНД). В ЦНД пар расширяясь, снова совершает работу (процесс 7-2 на диаграмме) и поступает в конденсатор. Остальные процессы соответствуют процессам в выше рассмотренном цикле Ренкина.

Малое значение КПД цикла Ренкина по сравнению с циклом Карно связано с тем, что большое количество тепловой энергии при конденсации пара передается охлаждающей воде в конденсаторе. Для снижения потерь часть пара из турбины отбирается и направляется на регенерационные подогреватели, где тепловая энергия, высвобождаемая при конденсации отобранного пара, используется для подогрева воды, полученной после конденсации основного парового потока.

В реальных паросиловых циклах регенерация осуществляется с помощью регенеративных, поверхностных или смешивающих, теплообменников, в каждый из которых поступает пар из промежуточных ступеней турбины (так называемый регенеративный отбор). Пар конденсируется в регенеративных теплообменниках, нагревая питательную воду, поступающую в реактор. Конденсат греющего пара смешивается с основным потоком питательной воды.

Рисунок 8. Схема установки с регенеративным циклом: Т — турбина, К – конденсатор, Н – насос, Р – некий нагревающий реактор, PП1, РП2 – регенеративные подогреватели. Стрелками показаны отборы пара из турбины

Цикл паросиловой установки с регенерацией, строго говоря, нельзя изобразить в плоской Т-S-диаграмме, поскольку эта диаграмма строится для постоянного количества рабочего тела, тогда как в цикле установки с регенеративными подогревателями количество рабочего тела оказывается различным по длине проточной части турбины.

Поэтому, в дальнейшем, рассматривая изображение цикла этой установки в плоской Т-S-диаграмме, следует иметь в виду условность этого изображения; для того чтобы подчеркнуть это, рядом с Т-S-диаграммой (рисунок 9) помещена диаграмма, показывающая расход (D) пара через турбину вдоль ее проточной части. Эта диаграмма относится к линии 1-2 в T-S-диаграмме — линии адиабатного расширения пара в турбине. Таким образом, на участке 1-2 цикла в T-S-диаграмме количество рабочего тела убывает с уменьшением давления, а на участке 5 — 4 количество рабочего тела возрастает с ростом давления (к питательной воде, поступающей из конденсатора, добавляется конденсат пара из отборов).

Рисунок 9.Т-S диаграмма цикла с регенеративным подогревом.

Источник

11.2. Цикл Ренкина. Пути повышения экономичности п.С.У.

Цикл Ренкина является термодинамическим циклом П.С.У., предусматри-

вается полная конденсация пара в холодильнике.

паровой пароперегреватель

котел 1’ линия 1’ – 1

0 1

V

Цикл Ренкина состоит из:

0 – 1 ― изобары подвода теплоты в теплоотдатчике;

1 – 2 ― адиабаты расширения пара в паровом двигателе;

2 – 3 ― изобары, отвод теплоты в теплоприемнике;

3 – 0 ― изохоры, повышение давления в питательном насосе.

Цикл Ренкина отличается от цикла Карно для насыщенного пара следующим: полной конденсацией отработанного пара (что позволяет вместо громоздкого компрессора применить компактный насос), а также использование

перегретого пара в точке 1, что обеспечивает >> высокий η_т П.С.У.

η_{t ц. Ренкина} =

η_t = ― 1 – я характеристика ПСУ.

α = ; ― 2 – я характеристика ПСУ.

2 – я характеристика ПСУ:

α – удельный расход пара, который характеризует количество пара, необходимого для выработки 1 кВт ∙ ч энергии (3600 Дж). Удельный расход пара определяет размеры агрегатов: чем он >, тем > пара приходится вырабатывать для получения той же мощности.

η _{ц. Ренкина} даже в установках с высокими параметрами пара не превышает 50 %.

Существует 2 пути повышения экономичности ПСУ:

1. повышение параметров пара перед турбиной, т.е. за счет >> его t º_нач. и р;

2. усложнение схем ПСУ.

1 – ый путь повышения экономичности ПСУ приводит к >> теплоперепада процесса расширения по турбине i₁ – i₂ и, как следствие, к >> удельной работы и КПД цикла. При этом >> теплоперепада (i₁ – i₂) по турбине можно осуществить и за счет некоторого снижения противодавления в конденсаторе установки, т.е. за счет 64 / 86 64 65 66 67 68 69 70 71 72 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Цикл Ренкина для повышения энергоэффективности объектов нефтепереработки и нефтехимии

Энергоэффективность на всех стадиях производства является важным фактором конкурентоспособности конечного продукта. Одной из наиболее передовых и проверенных технологий повышения энергоэффективности за счет утилизации бросового тепла, возникающего в различных процессах, является органический цикл Ренкина (ОЦР). В чем заключается эта технология и какие преимущества она дает?

Ключевые слова: энергоэффективность, нефтехимические предприятия, НПЗ, цикл Ренкина, утилизация тепла

Keywords: energy efficiency, petrochemical plants, refineries, Rankine cycle, heat recovery

Технология ОЦР представляет собой электрогенерирующую установку, основанную на термодинамическом цикле Ренкина, который также использует традиционная паровая турбина. Однако вместо воды система ОЦР испаряет в замкнутом контуре органическое рабочее тело, имеющее большую молекулярную массу. Это обуславливает низкую скорость вращения турбины (3000 об/мин) и полностью сухое расширение рабочего тела, позволяющее избежать эрозионного износа проточной части.

Ниже на рисунке 1 схематично показана последовательность процесса:

1. Тепловая мощность от источника бросового тепла передается на модуль ОЦР прямым либо опосредованным способом (с использованием промежуточного теплоносителя). На этом этапе, рабочее тело испаряется в теплообменниках — подогревателе и испарителе (3-4-5);

2. Органический пар срабатывает в турбине (5-6), производя механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую посредством генератора. Пар далее проходит через регенератор, где подогревает рабочее тело в жидком состоянии до теплообменников для повышения внутренней эффективности системы (6-7 и 2-3);

3. Отработавший пар охлаждается и конденсируется при взаимодействии с охлаждающей средой. Как правило, для охлаждения используется вода в открытом (когенерация) либо закрытом циклах или воздух (АВО), в зависимости от требований проекта (7-8-1);

4. Органический конденсат далее поступает обратно в систему с помощью питательных насосов (1-2).

В системах ОЦР применяются три группы рабочих тел: углеводороды, силиконовые масла и хладагенты, в зависимости от параметров источника тепла. Таким образом, возможно с высокой эффективностью рекуперировать практически любое бросовое тепло в диапазоне температур от 900°C до 100°C.

Помимо традиционных применений ОЦР технологии для утилизации тепла на цементных, сталелитейных и деревообрабатывающих предприятиях, генерации на основе биомассы и геотермальных источников, начиная с 2010-х годов происходит широкое внедрение ОЦР решений в нефтегазовом секторе. В частности, технология ОЦР уже успешно используется для замены факельного сжигания ПНГ, утилизации бросового тепла в области добычи и транспортировки углеводородов, включая установку ОЦР мощностью 1,8 МВт в Перми, проекты на компрессорных станциях в Узбекистане и др. Следующим этапом широкого внедрения ОЦР, по нашему мнению, должен стать сектор переработки.

Утилизация тепла в секторе переработки

Различные процессы нефте- и газохимии, нефтепереработки характеризуются большими объемами отходящего тепла средних и низких температур, в особенности при охлаждении промежуточных или конечных продуктов. Нередко в таких процессах значительная часть тепловой энергии выбрасывается в атмосферу либо используется не самым эффективным образом, ввиду достаточно низкой температуры источника.

Технология ОЦР позволяет преобразовать такое низкопотенциальное тепло в полезную электроэнергию. Таким образом, достигается сразу несколько целей: экономия электроэнергии за счет использования ОЦР вместо воздушного или водяного охлаждения, замещение покупной или собственной энергии на технологические нужды за счет выработки ОЦР установки, и одновременное снижение воздействия на окружающую среду в виде вредных выбросов альтернативной генерации. Ниже приведены некоторые примеры выполненных технико-экономических обоснований проектов, которые сейчас находятся на ранней стадии реализации.

Проект на одном из крупнейших НПЗ в Индии предполагает размещение ОЦР модуля после установки гидроочистки дизельного топлива, с замещением водо-воздушных аппаратов охлаждения. Расход горячего потока составляет 295 т/ч при температуре 171°C. За счет охлаждения дизельного топлива до необходимой температуры 67°C, ОЦР модуль производит 1700 кВт э/энергии (при проектной температуре окружающего воздуха 30°C). Рабочим телом ОЦР является изобутен, который испаряется при 130°C и давлении 30 бар и конденсируется при 50°C и 7 бар. Оценочное снижение выбросов CO2 составляет 12 000 тонн в год.

ОЦР рассматривается для охлаждения легкой нефти (марки Араб Лайт) на НПЗ в Саудовской Аравии. Расход горячего потока составляет 514 т/ч при температуре 165°C и целевом понижении до 90°C. При данных параметрах, ОЦР способно генерировать 1850 кВт э/энергии при температуре окружающей среды 37°C. Рабочим телом также является изобутен, оценочное снижение выбросов CO2 составляет 11 000 тонн в год.

Проект предполагает утилизацию горячей воды от реактора производства полиэтилена на нефтехимическом комплексе в Турции. Расход горячей воды составляет 1650 т/ч при температуре 175°C. При охлаждении до проектной температуры всего 169°C, ОЦР способно производить 2150 кВт э/энергии, снижая выбросы на 7000 тонн CO2 в год. Рабочим телом ОЦР является циклопентан с испарением при 150°C и 12 бар, и конденсации при 40°C и 1 бар.

В качестве источника тепла на нефтехимическом комплексе в Таиланде используется избыточный пар низкого давления, с расходом до 48 т/ч и температурой 177°C. Чистая мощность ОЦР составляет 4200 кВт при проектной температуре окружающей среды 30°C, снижение выбросов CO2 – 15 000 тонн в год. Рабочим телом является циклопентан. В данном случае, помимо возможности генерации на низких параметрах пара без дожига, значительным преимуществом по сравнению с паросиловым решением (паровой турбиной) является возможность работы при любых частичных нагрузках (до 10% от номинальной мощности) в зависимости от объема избыточного пара, без ограничений по времени эксплуатации и влияния на состояние проточной части.

Необходимо отметить, что во всех вышеперечисленных случаях применение ОЦР для утилизации низкопотенциального тепла и генерации полезной электроэнергии является фактически единственным технологическим решением, доказанным на практике.

Помимо этого, решения на базе ОЦР также характеризуются следующими особенностями:

— Автоматическая работа без присутствия оператора, простые процедуры пуска и останова, что значительно облегчает вопросы эксплуатации. В отличие от паровых турбин, установки ОЦР не требуют привлечения дополнительного персонала и работают в рамках технологического процесса, автоматически подстраиваясь под возможные изменения расхода или температуры источника тепла, включая любые частичные режимы.

— Простые требования и небольшая стоимость обслуживания (3-5 евро за МВт-ч), при полном отсутствии капитальных ремонтов и замены проточной части в течение всего срока службы, составляющего не менее 25 лет. Данная особенность является следствием низких рабочих параметров давления и температуры рабочего тела, а также невозможностью конденсации влаги в лопаточном аппарате, и доказано на практике парком установок ОЦР со сроком эксплуатации более двадцати лет. Ежегодные регламентные работы не превышают нескольких дней.

— Простота монтажа ввиду отсутствия специальных требований к фундаментам (низкая скорость вращения турбины и низкая вибрация), укрытиям (отсутствие опасности замерзания и перегревания рабочих тел), небольшие размеры оборудования и модульные решения.

— Высокая надежность (коэффициент технического использования более 98%), доказанная опытом эксплуатации парка из >350 установок.

В заключение необходимо отметить, что внедрение ОЦР технологии для повышения эффективности объектов нефтепереработки и нефтехимии находится в начале пути. Даже учитывая, что все применяемые решения проверены на многих установках в других областях промышленности, требуется тщательный подход к оценке проектов с учетом специфики конкретного процесса, выполнение первичных технико-экономических обоснований и изысканий в тесном сотрудничестве с разработчиками технологии.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что