CC BY
22
УДК 621.592.3:62-135/-136.001.2
СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ПОДОГРЕВА ГАЗА В ДГА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПОДОГРЕВОМ И БЕЗ НЕГО
А.В. КОРЯГИН
Московский энергетический институт (технический университет)
В статье сравнивается эффективность детандер-генераторных агрегатов с промежуточным подогревом газа и без него. Определяются условия, при которых использование промежуточного подогрева рационально.
В [1] была рассмотрена схема детандер-генераторного агрегата с промежуточным подогревом газа и определено оптимальное давление промежуточного подогрева, обеспечивающее максимальную мощность детандера. Настоящая статья посвящена сравнению некоторых показателей и параметров работы ДГА в установках с подогревом газа только перед детандером и с промежуточным подогревом. Будут рассмотрены два наиболее интересных для практики случая. В первом из них определяется отношение температур газа перед детандером при наличии промежуточного подогрева и без него при равных электрических мощностях ДГА. Во втором - найдено отношение электрических мощностей двух ДГА, один из которых с промежуточным подогревом, другой - без него, при одной и той же температуре подогрева газа перед детандером.
В обоих случаях примем следующие условия: 1) для агрегата с
промежуточным подогревом температура газа перед детандером Г1 и температура промежуточного подогрева газа Тпром; 2) внутренние относительные КПД отсеков детандера с промежуточным подогревом равны между собой и равны внутреннему относительному КПД детандера без промежуточного подогрева По/1 = Поі2 = Поі ; 3) давление промежуточного перегрева выбирается оптимальным [1].
Определим отношение температур газа перед детандером при наличии промежуточного подогрева и без него при равных электрических мощностях ДГА.
Запишем выражения для мощности турбодетандеров [1]:
где р1, р2, рпром - давления газа на входе и выходе турбодетандера и
(1)
к-1
спп
Р2 2к
1 - ПОІ^г ,
^ с др Р1 )
(2)
промежуточного подогрева; Т^пп - температура газа перед детандером в схеме без
© А. В. Корягин
Проблемы энергетики, 2004, № 7-8
промежуточного подогрева; у0™ - температура газа перед детандером и после
промежуточного перегрева в схеме с промежуточным подогревом; сдр - коэффициент дросселирования газа в промежуточном подогревателе, равный отношению давлений после и до промежуточного подогревателя; Поі - внутренние относительные КПД отсеков детандеров; Єг - расход газа через турбодетандер; Я, к - универсальная газовая постоянная и показатель адиабаты. Приравняв эти мощности после несложных преобразований, получим
^бпп
1 -
- = 2-
Р2
к-1 2к
1-
( ^2^ Р1
к-1
к
(3)
при сдр=1
^бпп
1 +
Р2
Р1
к-1 ~2к
(4)
2
Из формулы (4) видно, что чем больше отношение давлений на входе и выходе, тем ниже температура подогрева газа у детандера с промподогревом по сравнению с детандером без промподогрева. В табл. 1 приведены результаты расчета температуры, до которой надо нагреть газ для турбодетандера без промподогрева, чтобы выработать такую же мощность, что и турбодетандером с промподогревом, при подогреве газа до температуры 80 °С для различных значений абсолютного давления р1 газа перед детандером. Абсолютное давление газа р2 после детандера во всех случаях принято равным 0,2 МПа.
Таблица 1
Требуемая температура газа перед детандером без промежуточного подогрева
Ръ МПа Сдр 1 сдр = 0,95 сдр = 0,9
*1, °С С ° 3 *1, °С С ° 3 *1, °С С ° 3
0,4 94,1 14,1 64,8 -15,2 28,3 -51,7
0,6 102,4 22,4 84,0 4,0 62,6 -17,4
0,8 108,2 28,2 93,6 13,6 76,9 -3,1
1 112,7 32,7 100,1 20,1 85,8 5,8
1,2 116,4 36,4 105,0 25,0 92,2 12,2
Из таблицы видно, что разница температур при высоком значении Сдр может быть существенной и она тем больше, чем выше перепад давлений газа на детандере. В то же время, при небольших перепадах давлений применение промподогрева нерационально даже при относительно малом дросселировании.
На графике рис. 1 приведены результаты расчетов требуемой температуры подогрева газа для получения заданной мощности (при вГ, р1 и р2 заданных). Из
результатов видно, что требуемая температура подогрева у турбодетандера с промподогревом ниже и разница увеличивается при росте мощности. При Сдр = 1 разница температур Ы составляет
к-1 ^ к-1
бпп
ибпп
1
1 +
Ґ \ Р2 2к 1 - ґ \ Р2
1Р1 бпп 1Р1
2 = Т1 2
2к
Мощность, кВт
Рис. 1. Температура подогрева газа детандером для выработки заданной мощности: 1 - детандер без промподогрева; 2 - детандер с промподогревом
Рассмотрим теперь, на сколько может быть увеличена мощность турбодетандера при использовании промежуточного подогрева при до одной и той же температуре газа перед детандером.
Взяв отношение мощности турбодетандера с промподогревом к мощности без промподогрева, получим
к-1
2
1 -
Р2
с др р1
2к
1-
Р1
к-1
к
и при сдр =1
N2 N!
1 +
Р2
і рі ;
*-і
2*
В табл. 2 приведены результаты расчета отношения мощностей при различных значениях давления рь Из результатов видно, что увеличение мощности зависит от отношения давлений и может достигнуть 10 %
(при р1/р2 = 6). При низком перепаде давлений потери при дросселировании перекрывают выигрыш от промперегрева.
Таблица 2
Относительное увеличение мощности при использовании промежуточного подогрева
р1, МПа сдр 1 ,9 0, 1 1 р о4 ,9 0, 1 1 р сдр
0,4 1,040 0,957 0,854
0,6 1,063 1,011 0,951
0,8 1,080 1,038 0,991
1 1,093 1,057 1,016
1,2 1,103 1,071 1,035
На графике рис. 2 показано значение коэффициента дросселирования, при котором ДГА с промперегревом и без него вырабатывают одинаковые мощности при равных температурах подогрева газа перед детандером.
р 1, МПа
Рис.2 Коэффициент дросселирования, при котором детандеры с промподогревом и без него вырабатывают одинаковую мощность (р2 = 0,2 МПа)
Т бпп т бпп т бпп т бпп
1 —1— = 1; 2 —1---------= 1,025; 3 —1------------= 1,05; 4 —1-= 1,075
лі и
1
1
Выводы
1. Промежуточный подогрев целесообразно применять при использовании теплоты с недостаточным температурным потенциалом.
2. Промежуточный подогрев эффективен при достаточно большом отношении давлений газа на выходе и входе детандера.
3. Эффективность использования промежуточного подогревателя определяется величиной коэффициента дросселирования газа в промежуточном подогревателе.
Summary
The comparison of gas expansion unit’s efficiency with or without intermediate gas heating has been made in the article. Conditions, in which intermediate heating usage is rational, have been determined.
Литература
1. А.В. Корягин. О разделительном давлении в детандер-генераторных
агрегатах // Изв. вузов. Проблемы энергетики. - 2004. - № 1-2. - С. 29 - 34.
Поступила 01.03.04
