книги / Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок

где vK— удельный объем конденсата рабочего пара; Q±— тепло, подведенное от горячего источника.

Полезную работу Ln реального цикла МГДГ можно выразить через изменение кинетической энергии потока, работу сжатия в электромагнитном насосе потери дав­ ления на тракте пара 2 Д р и жидкости 2 Д р ;к, а также отно­ сительные к.п.д. отдельных агрегатов (сопла г)с, сепаратора ilccn, генератора т| г, диффузора г]д и насоса г|п).

Исходя из формул (8.38) и (8.39) и обозначая GJGlK = = dn, после некоторых преобразований получим [17]:

Отводимое в цикле тепло Q2 найдется через энтальпию пара /п#с на выходе из сепаратора и энтальпию его конден­ сата гк по формуле

При определении электрического к.п.д. всей установки учитывают также затраты энергии на создание магнитного поля и потери в электрических преобразователях, выражен­ ные коэффициентом г|пр:

Из приведенных формул видно, что при заданных зна­ чениях т]с, г|ссш т|Г| т|д и т|к решающее значение имеют на­ чальная температура цикла Ти степень повышения давле­ ния о и отношение расходов пара и жидкости dn.

Как для идеальных, так и для реальных условий, чем выше Tlt тем больше и термический к.п.д. цикла и электри­ ческий к.п.д. всей установки. Термодинамического опти­ мума для Т1здесь, как и в других циклах, не существует.

С ростом ст увеличивается работа расширения, повышает­ ся термический к.п.д. цикла, но одновременно увеличива-

ются работа сжатия и потери по тракту. Все это приводит для каждых конкретных реальных условий к наличию своего оптимального значения ст0ПТ.

Из (8.40) можно установить также существование термо­ динамически оптимального соотношения расходов пара и жидкости. Подробно об этом изложено в [17].

Бинарные установки с жидкометаллическими МГДГ. Создание высокотемпературных атомных реакторов на дву­ окиси урана с предельной температурой центра ТВЭЛ более 3000 К приводит к оптимальной средней температуре подвода тепла в цикле до ~ 1000 К- В этих условиях наи­ лучшими являются жидкометаллические рабочие тела, позволяющие использовать соответствующие МГДГ в ви­ де надстройки над паротурбинной установкой, т. е. осущест­ вить бинарный энергетический цикл. Так, например, при верхней температуре цикла 1140 К и температуре на вы­ ходе из МГДГ 890 К такая надстройка к паротурбинному блоку 825 МВт с электрическим к.п.д. 40% может дать эко­ номию топлива на 8— 13%. При этом в МГДГ будет выраба­ тываться 175 МВт, а общая мощность бинарного блока сос­ тавит 1000 МВт. При реконструкции старых паротурбинных установок, например, мощностью 100 МВт с к.п.д. 32% путем надстройки цикла жидкометаллического МГДГ с к.п.д. около 7% общий к.п.д. бинарного блока можно по­ высить до 36,7%. Мощность же блока возрастет до 123,5 МВт [18].

В качестве примера рассмотрим схему бинарной уста­ новки с жидкометаллическим МГДГ, в которой конденса­

ция паровой фазы рабочего тела осуществляется смешением (рис. 8.17). На этом же рисунке показан ее термодинамичес­ кий цикл в Т — gA s-координатах. Здесь величина g учи­ тывает относительные массы рабочих тел, a As — соответ­ ствующее приращение энтропии 1 кг каждого вещества. Цикл паротурбинной установки (пл. 5678910) соответствует конденсационной паротурбинной установке К-500-240 (рх = 240 кг/см2, = 540°С, /П=560°С, р2 = 0,035 кгс/см2). Расход жидкометаллического рабочего тела (верхний цикл 1234) выбирают из условия обеспечения полной бинарности цикла.

Приведенная схема работает следующим образом. Нагреваясь в атомном реакторе, жидкий металл приобре­ тает двухфазное состояние (точка 1 верхнего цикла) и на­ правляется в разгонное сопло PC и затем в ускорительноконденсационную камеру КС, где за счет охлажденного жидкого металла происходит конденсация имеющейся па­ ровой фазы и в МГДГ поступает металлическое рабочее тело только в жидкой форме. По выходе из МГДГ это рабо­ чее тело разделяется на три потока. Первый из них идет в атомный реактор АР для подогрева и частичного испаре­ ния, второй — в парогенератор для выработки водяного пара (процесс 67 нижнего цикла), а третий — в паропере­ греватель ЯЯ, где, охлаждаясь, жидкий металл отдает свое тепло водяному пару (процесс 89) и затем в парогенератор ПГ для более глубокого охлаждения (процесс ab). Охлаж­ денный металл второго и третьего потоков насосом МН из парогенератора ПГ направляется в ускорительно-кон­ денсационную камеру КС для конденсации паровой фазы первого потока и, захватываясь этим потоком, снова посту­ пает в МГДГ.

Подробный анализ этой схемы приведен в [18]. Подан­ ным расчетов при начальной температуре жидкометалличес­ кого рабочего тела 850° С и его паросодержании хх = 0,1 внутренний к.п.д. действительного жидкометаллического цикла достигает 4,8%, а к.п.д. всего бинарного цикла — 46,6%. Выигрыш в г|£ по сравнению с используемой паро­ турбинной установкой составляет 2,3% абсолютных или 5,1 % относительных. При этом он зависит от степени сухос­ ти жидкометаллического рабочего тела хх. Оптимальное значение хх оказывается около 0,1.