Утилизация вторичных энергоресурсов газовых двигателей и газотурбинных установок с использованием тепловых насосов

• Автор: Антипов, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Условные обозначения

Глава I Анализ способов утилизации теплоты тепловых

двигателей и постановка задачи исследования

1.1. Утилизация теплоты без использования тепловых насосов

1.2. Тепловые насосы в системе утилизации теплоты

Выводы по первой главе

Глава II Коэффициент преобразования тепловых насосов

Выводы по второй главе

Глава III Утилизация теплоты газовых двигателей

3.1. Выбор типа газового двигателя

3.2. Газовое топливо

3.3. Газовые двигатели с искровым зажиганием
3.3.1. Основные параметры двигателя
3.3.2. Экономичность, мощность и температура
отработавших газов двигателя
3.3.3. Частичные и температурные характеристики
3.4. Работа теплового насоса совместно с газовым двигателем
Выводы по третьей главе
Глава IV Утилизация теплоты газотурбинных двигателей
4.1. Выбор типа и основных параметров ГТУ
4.2. Температура отработавших газов двигателей
4.3. Температурные характеристики ГТУ
4.4. Работа теплового насоса совместно с ГТУ
Выводы по четвертой главе
Глава V Экспериментальное исследование теплового насоса
Основные результаты и выводы
Литература

Условные обозначения
су ; ср; Ср1П - теплоемкость при постоянном объеме, давлении и средняя теплоемкость от 0 до Л), Дж/кг К;
Д - диаметр цилиндра, мм;
Б - площадь, м2;
вв, Ог, в* - расход воздуха, газа, воды, кг/с; вт - расход топлива, кг/ч;
Е - тепловая эффективность теплообменника; gc - удельный расход топлива, кг/кВт ч;
1=ср Т - энтальпия, Дж/кг; к=Ср/су - показатель адиабаты;
кт=С)/С)т - коэффициент использования теплоты топлива;
к|1=| - коэффициент использования теплоты топлива без применения ТН;
к - коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К;
Ц, и - работа компрессора и турбины, кДж/кг;
Ьо - количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг/кг;
Ик - мощность компрессора, кВт;
1Те - эффективная мощность, кВт;
N^^=N(/0,, - удельная мощность ГТУ;
Н^Ие/Уп - литровая мощность ДВС (п - частота вращения, 1/мин), кВт/л; р„ - давление окружающей среды, МПА;
ре, р, - среднее индикаторное и среднее эффективное давление, Мпа;
(Д - теплотворность топлива, кДж/кг;
()Т=36000Т(Д - химическая теплота топлива, кВт;
О - тепловой поток при утилизации теплоты, кВт;
СД, Ом, СХеп - тепловые потоки в воду, масло, в теплообменнике, кВт;
Qr, <3тн - тепловые потоки с отработавшими газами, в ТН, кВт;
(Х=МС - тепловой поток, соответствующий эффективной мощности, кВт; Чш=()у/СД - относительный тепловой поток в воду;
Чм=С>м/С!т - относительный тепловой поток в масло;
qr=Qr/QT - относительный тепловой поток в отработавшие газы; qoCT=Qoci/Qx - относительный тепловой поток остаточный;
R - газовая постоянная, Дж/кг К;
S - ход поршня, мм; энтропия, Дж/кг К;
Тс, te - температура отработавших газов, уходящих из ГТУ, К и °С;
Тух, tyx - температура уходящих газов, К и °С;
Тг, tr - температура отработавших газов, уходящих из ДВСК и °С;
То - температура нижнего источника низкопотенциальной теплоты, К;
Т - температура верхнего источника низкопотенциальной теплоты, К;
Тос, Тн — температура окружающей среды, К;
Тг - температура газа перед турбиной ВД, К;
Т„ -температура испарения (кипения) рабочего агента в испарителе ТН, К Тк - температура конденсации рабочего агента в конденсаторе ТН, К;
Т„, ТВ2 - температура теплопотребителя на входе и выходе из ТН, К;
Тнь Тн2 - температура ИНТ на входе и выходе из испарителя ТН, К; ДТ=Т-То - разность температур в ТН, К;
ДТИ - температурный напор в испарителе ТН;
ДТК -температурный напор в конденсаторе ТН;
ДТпо - потери в переохладителе ТН; 4 ~
ДТдр - потери в дросселе ТН;
ДТкр -потери в компрессоре ТН;
ДТК/ - потери при отнятии перегрева в конденсаторе ТН;
Ткр - критическая температура;
W=Gcp - водяной эквивалент рабочего агента, Вт/кг; а- коэффициент избытка воздуха; е - степень сжатия ДВС;
Pi - индикаторный КПД ДВС; г|е - эффективный КПД;
Цу - коэффициент наполнения ДВС; т|к - КПД компрессора;
Во-первых, эти двигатели работают на относительно дешёвом природном газе, причём могут использовать и другие газы (пропан, бутан, светильный, а также коксовый, колошниковый, доменный, генераторный и болотный газы). Особенно важно, что в стационарных установках можно применить двигатели, работающие на биогазе [82, 83], где отпадает или упрощается проблема хранения газов.
Во-вторых, поршневые двигатели незаменимы в установках малой мощности, т.к. их топливная экономичность мало зависит от абсолютной величины мощности.
В-третьих, газовые двигатели по сравнению с дизелями дешевле, при их создании может быть использован огромный опыт создания авиационных и автомобильных бензиновых двигателей, а также автомобильных газовых двигателей.
3.2. Газовое топливо
По теплотворности газы делятся на высококалорийные (23000^-38000 кДж/м3), среднекалорийные (15000-23000 кДж/м3) и низкокалорийные (4200-15000 кДж/м3).
К первой группе газов относятся природный, нефтяной и канализационный газы, содержащие большой процент метана [83]. В среднекалорийных газах основным горючим является водород. К ним относятся коксовый, светильный и синтезированный газы. К низкокалорийным газам относятся доменный и колошниковый, а также газы, образующиеся из твёрдого топлива (дрова, торф, уголь) в газогенераторах.
По способу хранения газы делятся на сжатые и сжиженные. К последним относятся пропан и бутан, которые при небольшом давлении (р=0,5 МПа) и температуре около 0°С превращаются в удобную для хранения жидкость. К сожалению, добыча этих газов невелика, бутан и пропан применяются для бытовых нужд и для питания автомобильных двигателей.