Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Индикаторы ЕЭС России

Частота в ЕЭС России
Генерация и потребление (час)
План генерации и потребления
Генерация и потребление (сут)
Температура в ЕЭС России

Найдут ли применение в паросиловых установках другие вещества кроме воды

Стремление повысить экономичность (работы паросиловых установок заставляет инженеров-теплотехников исследовать тепловые свойства самых различных веществ в поисках наиболее совершенного рабочего тела. Вслед за водяным паром, пожалуй, наибольший интерес представляет ртуть. Как известно, ртуть является металлом, имеющим весьма низкую температуру плавления: при атмосферном давлении ртуть затвердевает при — 39 °С. Поэтому в обычных условиях ртуть находится в жидком состоянии. При атмосферном давлении температура  кипения ртути равна 357° С. Ртуть обладает большим атомным весом (200,6) и большим удельным весом (при нормальных условиях 13,6 грамма на кубический сантиметр).

С точки зрения целесообразности применения того или иного вещества в качестве рабочего тела паросиловой установки особый интерес представляют, как мы уже говорили, следующие свойства: (критическая температура, давление парообразования для максимально возможной температуры рабочего тела и давление парообразования для минимальной температуры рабочего тела.

Посмотрим, каковы эти свойства у ртути.

Критическая температура ртути равна примерно 1450 °C, а давление парообразования для температуры 500 °С составляет 8,3 атмосферы. Названные тепловые свойства характеризуют ртуть как рабочее тело с самой положительной стороны. Очевидно, что, используя ртуть, можно осуществить изотермический подвод тепла при наивысшей температуре (500—600 °С) рабочего тела, чего нельзя сделать применительно к водяному пару. При этом не потребуется даже создавать в установке высокого давления.

К сожалению, дело обстоит значительно хуже в отношении давления, соответствующего минимальной температуре рабочего тела. Давление парообразования ртути для температуры 30 °С составляет всего лишь 0,0000035 атмосферы. Конечно, нечего и думать о достижении столь малого давления в громоздком, имеющем большое число уплотнений, конденсаторе турбины. Если же давление в конденсаторе составляло бы 0,04 атмосферы, т. е. было бы равно давлению, обычно поддерживаемому в конденсаторах турбин, работающих на водяном паре, то температура конденсации ртутного пара составляла бы примерно 217 °С. Паросиловая установка, в которой рабочее тело охлаждается всего лишь до 200 °С, а затем бесполезно передает тепло окружающей среде, всегда будет малоэкономичной. Следует напомнить, что при давлении, равном атмосферному, ртуть кипит при температуре около 357 °С.

К названному существенному недостатку ртути как рабочего тела нужно еще добавить, что пары ртути весьма ядовиты, а стоимость ее сравнительно высока.

Из всего сказанного как будто бы следует, что, несмотря на ряд положительных качеств ртути (высокая критическая температура, относительно низкое давление при температуре испарения 500—600 °С), использовать ее в качестве рабочего тела все же не представляется целесообразным. Действительно, создавать паросиловую установку, работающую только лишь на ртутном паре, хотя и возможно, но совершенно невыгодно. Коэффициент полезного действия такой установки был бы гораздо ниже по сравнению с паросиловой установкой, работающей на водяном паре, а также дизельном топливо евро.

Тем не менее было бы слишком поспешно вообще отказаться от использования ртути в качестве рабочего вещества. Сопоставляя свойства водяного пара и свойства ртутного пара, легко убедиться в одном любопытном обстоятельстве. В области высоких температур, при подводе тепла к рабочему телу, ртутный пар имеет несомненные преимущества перед водяным, а в области низких температур, при отводе тепла от рабочего тела преимущества, безусловно, на стороне водяного пара. Напрашивается вопрос: нельзя ли устроить такую установку, которая при высоких температурах использовала бы ртутный пар, а при низких температурах —водяной?

На первый, взгляд такая задача кажется совершенно неразрешимой. Но только на первый взгляд. При более внимательном рассмотрении оказывается, что установку с одновременным использованием ртутного и водяного пара вполне можно создать. Более того, такие установки, именуемые бинарными, уже созданы и находятся в эксплуатации.

На рисунке ниже представлена простейшая схема ртутноводяной бинарной установки:

Схема бинарной установки

Принцип действия этой установки заключается в следующем. Испарение жидкой ртути и превращение ее в сухой, насыщенный, ртутный пар происходит в специальном ртутном котле, за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. Этот процесс происходит при постоянном давлении и, как всякий изобарический процесс парообразования, протекает три неизменной температуре. Если температура образования ртутного пара составляет, например, 600° С, то давление в ртутном котле должно быть всего лишь 8,3 атмосферы. Из котла ртутный пар поступает в специальную ртутную турбину, в которой, как обычно, происходит адиабатическое расширение. Ртутная турбина приводит в действие электрический генератор, а ртутный пар, совершивший определенную работу, поступает далее в испаритель-конденсатор.

В испарителе-конденсаторе ртутный пар конденсируется, и образовавшаяся жидкая ртуть возвращается в ртутный котел. При этом нет необходимости даже в специальном насосе для перекачки ртути: вследствие большого удельного веса жидкой ртути она может перетекать самотеком из испарителя-конденсатора в котел, конечно, при условии, что испаритель-конденсатор расположен на большей геометрической высоте, чем ртутный котел. ‘Конденсируясь в испарителе-конденсаторе, ртутный пар должен отдать тепло какому-то другому телу подобно тому, как водяной пар в конденсаторе обычной паросиловой установки, превращая в воду, отдает тепло охлаждающей воде, протекающей по трубкам конденсатора. Ртутный пар в испарителе-конденсаторе также отдает тепло охлаждающей воде. Но различие заключается в том, что вода, получая тепло от конденсирующегося ртутного пара, сама испаряется и .в дальнейшем также может быть использована в качестве рабочего тела. Таким образом, в задачу конденсатора-испарителя входит: конденсация ртутного пара и испарение воды за счет тепла, выделившегося при образовании жидкой ртути. Если температура получаемого водяного пара была бы в точности равна температуре конденсирующегося ртутного пара, а конденсатор-испаритель не имел бы никаких потерь (отдачи тепла в окружающую среду), то образование водяного пара за счет конденсации ртутного происходило бы без какого бы то ни было уменьшения возможной работы.

Ртутный пар поступает в испаритель-конденсатор обычно с давлением около 0,12 атмосферы, имея температуру примерно 257 °С. Учитывая практически неизбежную разность температур между ртутным и водяным паром, это позволяет получить водяной пар с температурой около 240 °С и с давлением порядка 34 атмосфер. Полученный в испарителе-конденсаторе водяной пар поступает сначала в пароперегреватель, а затем в пароводяную турбину, где расширяется до давления около 0,04 атмосферы, и далее поступает в конденсатор. Вода, полученная в конденсаторе, подается с помощью насоса в испаритель-конденсатор.

В ртутно-водяной бинарной установке, использующей и водяной и ртутный пар, удается, следовательно, осуществить изотермический подвод тепла при максимальной температуре рабочего тела и изотермический отвод тепла — при минимальной температуре рабочего тела. Если современные наиболее совершенные тепловые электрические станции, работающие на водяном паре высоких давления и температуры, имеют общестанционный К.П.Д. порядка 33-34%, то использование ртутно-водяных бинарных установок обещает повысить этот К.П.Д. до 44-45%. Не нужно и говорить о том, что это имело бы весьма большое значение для всего народного хозяйства.

Конечно, в таком новом и ответственном деле, как создание мощных ртутно-водяных теплосиловых установок, имеется много технических трудностей. Но все эти трудности преодолимы. Большой вклад в это дело внес коллектив Центрального котлотурбинного института (ЦКТИ) имени выдающегося русского теплотехника Ивана Ивановича Ползунова.



Читайте также:

Последние аварии на объектах электроэнергетики РФ

Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100