Материал: 2293
Решение системы уравнений (3.30) приводит к закономерностям, описывающим изменение концентрации и температуры по длине зоны кристаллизации, и определяет количество вымороженного СО2 в процессе кристаллизации.
Система уравнений (3.27), (3.28) позволяет определить равновесные температуру и концентрацию в конце процесса кристаллизации и, следовательно, определить количество вымороженного диоксида углерода.
Уравнение массообмена (3.18) позволяет определить скорость кристаллизации диоксида углерода, время начала процесса выпадения кристаллической СО2.
Для определения равновесной температуры в конце процесса кристаллизации воспользуемся двумя последними уравнениями системы (3.30), записанными в интегральной форме:
|
CO |
2 |
r |
T |
T |
|
|
|
|||
ln |
|
|
|
KP |
7P |
|
CO2 |
; |
(3.31) |
||
|
|
С* |
|
|
|||||||
|
CМ |
CO2 |
R T T |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
KP |
|
|
|
||
cP6 T7P T7 qOC |
rCO |
C C* , |
(3.32) |
|
|
2 |
|
где qОС – теплоприток из окружающей среды; Т7Р – равновесная температура в конце процесса кристаллизации; С и С* начальная и равновесная концентрации СО2 в конце процесса кристаллизации.
Выразив С* из уравнения (3.31) и подставив его в уравнение (3.32), получим
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rCO |
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
OC |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
T |
|
T |
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
. |
(3.33) |
|||
|
|
|
cP6 |
|
|
|
T |
T |
||||||||||
7P |
7 |
|
cP6 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KP |
|
7P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CМ exp rCO2 |
CO2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R T |
T |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KP |
7P |
|
|
|
Тогда производительность ТХЭА по кристаллическому СО2 определится как
GCO2 |
'GB |
c |
P6 |
T |
T |
q |
|
|
|
7P |
7 |
OC |
. |
(3.34) |
|||
|
|
|
rCO2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективность ТХЭА оценивается относительной экономией условного топлива ВТ по сравнению с раздельной выработкой энергетической продукции, получаемой в ТХЭА:
B |
|
BРАЗД ВТХЭА |
100, |
|
|
УТ |
УТ |
(3.35) |
|||
|
ВРАЗД |
||||
T |
|
|
|
||
|
|
|
УТ |
|
|
45
где BУТТХЭА расход условного топлива в ТХЭА; BУТРАЗД расход условного топлива при раздельной выработке того же количества энергетической продукции.
BУТТХЭА ВУТКС ,
где ВУТКС расход условного топлива через камеру сгорания.
ВКС В QHP ,
УТ Т QУТ
где ВТ и QНР – расход и низшая теплотворная способность физического топлива; QУТ теплотворная способность условного топлива.
В общем случае имеем
BРАЗД ВКА ВСУ ,
УТ УТ УТ (3.36)
где ВУТКА расход условного топлива на выработку теплоты в замещаемом котельном агрегате в количестве, соответствующем суммарной теплопро-
изводительности ТХЭА; ВУТСУ расход условного топлива на выработку твердого СО2 в замещаемой сухоледной установке в количестве, соответствующем производительности ТХЭА.
ВКА |
Q |
|
; |
(3.37) |
|
Q |
|
||||
УТ |
КА |
||||
|
УТ |
|
|||
ВУТСУ GCO |
bУТСО2 , |
(3.38) |
|||
|
|
2 |
|
|
|
где Q теплопроизводительность; КА – КПД котельного агрегата; GCO2
производительность по СО2 ; bУТСО2 удельный расход условного топлива в сухоледной установке.
После подстановки выражений (3.37) и (3.38) в (3.36) получим уравнение для определения расхода условного топлива при раздельной выработке теплоты и кристаллического СО2:
ВРАЗД |
Q |
|
G |
|
bCO2 |
. |
УТ |
QУТ |
|
CO |
2 |
УТ |
|
|
КА |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Экономия условного топлива с выработкой теплоты и твердого СО2
|
|
Q /Q |
КА |
G |
|
bСО2 |
Q |
B /Q |
|
|||
ВТ |
|
|
УТ |
CO2 |
УТ |
|
HP T |
УТ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100. |
(3.39) |
|
|
Q /Q |
|
G |
bСО2 |
|
|||||||
|
|
|
|
УТ |
КА |
|
CO2 УТ |
|
|
|
||
46
3.2. Пример расчета схемы теплохладоэнергетического агрегата
Расчет схемы теплохладоэнергетического агрегата (см. рис. 3.1) выполнен для данных, представленных в табл. 3.1.
Исходные данные |
|
|
Таблица 3.1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование параметра |
Обозна- |
Значе- |
Ед. из- |
||
|
чение |
ние |
|
мерения |
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
Параметры окружающей среды: |
Т0 |
|
|
|
|
температура |
288 |
|
К |
|
|
давление |
р0 |
0,103 |
|
МПа |
|
влагосодержание |
dН |
8 |
|
г/кг с.в. |
|
Параметры топлива: |
QУТ |
|
|
|
|
теплотворная способность условного топлива |
29300 |
|
кДж/кг |
|
|
низшая теплотворная способность топлива |
QНР |
42700 |
|
кДж/кг |
|
количество воздуха, теоретически необходимого для |
L0 |
|
|
|
|
полного сгорания 1 кг топлива |
14,8 |
|
кг в./кг т |
|
|
процентное содержание углерода в топливе |
СТ |
85 |
|
% |
|
процентное содержание водорода в топливе |
НТ |
14 |
|
% |
|
Параметры воды: |
|
|
|
|
|
энтальпия сетевой воды при t = + 15 0С |
hС |
62,5 |
|
кДж/кг |
|
температура горячей воды |
ТГ |
353 |
|
К |
|
энтальпия горячей воды |
hГ |
335 |
|
кДж/кг |
|
удельная теплота конденсации водяных паров |
rН |
2511 |
|
кДж/кг |
|
Параметры замещаемых энергетических установок при |
|
|
|
|
|
раздельной выработке СО2 и теплоты (горячей воды): |
|
|
|
|
|
расход условного топлива на выработку СО2 абсорб- |
bУТ |
|
|
кг у.т./ |
|
ционно-десорбционным способом |
1 |
|
/кг СО2 |
|
|
нормативный коэффициент расхода условного топ- |
bЭ |
0,325 |
|
кг у.т./ |
|
лива на выработку электроэнергии на ТЭС |
|
|
|
/(кВт·ч) |
|
КПД котельного агрегата (0,85-0,90) |
КА |
0,9 |
|
|
|
КПД линии электропередачи (0,90-0,95) |
ЭП |
0,95 |
|
|
|
Относительные потери давлений в элементах газовых и |
|
|
|
|
|
воздушных трактов: |
|
|
|
|
|
в фильтре и во всасывающей магистрали |
ВС |
0,01 |
|
|
|
в теплообменнике ТО (0,02-0,03) |
ТО |
0,02 |
|
|
|
в регенераторах (0,015-0,02) |
Х |
0,02 |
|
|
|
в теплоутилизационной части и регенераторах (0,06- |
|
|
|
|
|
0,08) |
УР |
0,07 |
|
|
|
в теплоутилизационной части (0,03-0,05) |
У |
0,04 |
|
|
|
в теплоутилизационной части с влагоотделителем |
УВ |
0,05 |
|
|
|
Адиабатные КПД турбомашин: |
|
|
|
|
|
турбодетандер (0,75-0,88) |
*Дад |
0,88 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
47
Окончание табл. 3.1
1 |
|
2 |
3 |
4 |
турбонагнетатели (0,78-0,85) |
Над* |
0,85 |
|
|
турбины (0,85-0,89) |
Тад* |
0,89 |
|
|
турбокомпрессоры (0,78-0,85) |
Кад* |
0,85 |
|
|
Коэффициент сохранения теплоты в аппаратах теп- |
|
|
0,98 |
|
лоутилизационной части (0,95-0,99) |
|
|
|
|
Коэффициент полноты сгорания топлива в камере |
KC* |
0,98 |
|
|
сгорания ГТГ (0,94-0,99) |
|
|
|
|
Коэффициент восстановления полного давления в |
КС |
0,96 |
|
|
камере сгорания ГТГ (0,92-0,98) |
|
|
|
|
Коэффициент, учитывающий добавление топлива и |
|
|
0,98 |
|
потери воздуха на охлаждение турбины (0,97-0,98) |
|
|
|
|
Коэффициент, учитывающий конденсацию и отделе- |
|
|
|
|
ние влаги после охлаждения газовоздушного потока в |
' |
0,99 |
|
|
теплоутилизационной части |
Т1 |
|
|
|
Температура воздуха перед компрессором |
303 |
К |
||
Температура газов перед детандером в первом при- |
T6* |
167 |
К |
|
ближении при получении твердого СО2 |
|
|
|
|
Температура воздуха после теплообменника ТО (298- |
T* |
305 |
К |
|
305) |
|
1 |
|
|
ТКР |
|
|
||
Температура кристаллизации СО2 при нормальных |
194 |
К |
||
условиях |
rСО2 |
|
|
|
Удельная теплота кристаллизации СО2 |
575 |
кДж/кг |
||
Удельные теплопритоки к регенераторам из окру- |
qОС |
2 |
кДж/кг |
|
жающей среды (1-5) |
|
|
0,98 |
|
|
ДМ |
|
||
Механический КПД группы "детандер нагнетатель" |
|
|||
(0,95-0,99) |
|
|
|
|
Механический КПД газотурбогенератора (0,97-0,995) |
|
ГМ |
0,99 |
|
Средние изобарные теплоемкости воздуха и газов в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
первом приближении в процессах: |
|
|
|
|
в детандере |
сР6 7 |
1,01 |
кДж/(кг·К) |
|
в нагнетателе |
сР0 1' |
1,01 |
кДж/(кг·К) |
|
в турбине |
сР3 4 |
1,01 |
кДж/(кг·К) |
|
в компрессоре |
с1Р 2 |
1,01 |
кДж/(кг·К) |
|
Результаты расчета
1.Расход воздуха GВ = 2 кг/с.
2.Комплекс по уравнению (3.3) при Т3 = 1100 К:
1,01 1100 0,89 0,85 0,99 0,98 2,883. 1,01 303
48
3. Вычислим оптимальное значение комплекса по уравнению (3.9), предварительно вычислив
к |
В |
|
сРВ |
|
|
1,005 |
1,4; к |
Г |
|
|
сРГ |
|
1,210 |
|
1,31; |
|
1,4 1 |
0,286; |
|||||||||||||||
|
|
с |
0,718 |
|
|
|
|
|
|
|
с |
0,921 |
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|||||||||||||
|
|
|
В |
|
|
|
кГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
1,31 1 |
0,236; |
|
|
а |
|
|
0,236 |
0,827; |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
кГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,286 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8270,827 |
2,883 1 |
0,827 1 |
1/0,236 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,98. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,883 |
|
|
0,827 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4. Степень повышения давления в компрессоре по уравнению (3.5)
1
К 0,827 2,883 1,980,236 0,286 0,236 7,177.
5.Степень понижения давления в турбине
|
K |
|
7,177 |
3,62. |
|
|
|||
T |
1,98 |
|
||
6. Комплекс Х по уравнению (3.11) при Т6 = 167 К:
Х 1,014 167 0,88 0,85 0,98 0,98 0,99 0,42. 1,005 288
|
7. Степень повышения давления в нагнетателе определяется из уравне- |
||||||||||
ния (3.10) методом последовательных приближений. Примем H |
1,38. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 0,02 |
|
0,236 |
|
1/0,286 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
H |
|
|
0,42 1 |
|
|
|
1 |
|
||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1,01 1,38 0,96 0,02 0,96 1,98 0,07 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,38,
где кГ |
|
сРГ |
|
1,014 |
1,4; |
|
1,4 1 |
0,286. |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
с |
0,725 |
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Температура воздуха после сжатия в нагнетателе |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,38 |
0,286 |
1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
H |
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
T1' |
T0 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
320 К. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
288 1 |
0,85 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
9. Температура воздуха после сжатия в компрессоре |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7,18 |
0,286 |
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
К |
|
1 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
T2 |
T1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
576 К. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
305 1 |
0,85 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
10. Температура газов после расширения в турбине |
|
|||||||||||||||||||||
T4 |
T3 1 Т 1 Т |
|
|
1100 1 0,89 1 3,62 0,236 833 К. |
||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
49