什么是带再热、再生和中间冷却的布雷顿循环

Brayton循环重新加热,再生和间隙。如讨论的那样,再加热和中间冷却与热再生互补。优德app热工程学

具有再热、再生和中间冷却的布雷顿循环

布雷顿循环 - 再热 - 中间冷却 - 再生
带有再热、中间冷却和热再生的布雷顿循环的t图

布雷顿循环中的再热、中间冷却和再生

就像讨论重新加热和中加工是互补的热再生。就其本身而言,它们并不一定会提高热效率,然而,当中间冷却或再热与热再生结合使用时,热效率可以显著提高,净功输出也会增加。这需要一个具有两级压缩和两级涡轮的燃气轮机。

爱立信周期
Ericsson循环- t图
爱立信周期 - TS图

第二个爱立信循环类似于布雷顿循环,但使用外部热量,并结合多次使用中间冷却和再加热。事实上,它就像一个布雷顿循环,在循环中有无限个再热和中间冷却器阶段。与采用绝热压缩和膨胀的布雷顿循环相比,理想的爱立信循环由以下几个部分组成等温压缩扩张流程,结合等压热再生他们之间。采用中间冷却、热再生和连续燃烧的方式,可以显著提高涡轮的热效率,实际上,理想爱立信循环的热效率等于卡诺效率。

提高热效率-布雷顿循环

有几种方法可以提高布雷顿循环的热效率。假设最高温度受冶金考虑的限制,这些方法是:

增加压力比
一般来说,提高压力比是提高布雷顿循环整体热效率最直接的方法,由于热力学效率主要取决于压力比,公关

热效率 - 布雷顿循环 - 压力比 - 方程

燃气轮机 - 压力比 - 热效率
具有不同压力比和相同涡轮入口温度的理想布雷顿循环。

如讨论的那样,增加压力比可以增加压缩机排气温度。由于涡轮机入口温度受到涡轮机叶片可以承受的最大温度的限制,因此压力额为影响可以添加到流动的热量。此外,随着压力比的增加,压缩机叶片的直径在压缩机的较高压力级中变得逐渐变小。因为叶片和发动机壳体之间的间隙尺寸随着压缩机叶片高度的百分比而增加,因为当叶片的直径较小时,压缩空气的更大百分比可以在更高的压力阶段泄漏叶片。这导致泄回泄漏,而且它会降低等式压缩机效率(稍后讨论)。最后,由压比下的热效率公式可以看出,随着压比的增加(由于指数的关系),热效率的增益较小。

热再生
布雷顿循环 - 热再生
Brayton循环的TS图,具有热再生。

通过这种方法可以显著提高燃气轮机发电厂的热效率减少燃料量必须在燃烧室里燃烧。这可以通过转移来实现涡轮废气产生的热量,它通常远高于环境温度,压缩机放电气流称为热再生。特别是在较低或中等的压力比下,在燃烧室中存在高温升高,涡轮废气在高于压缩机出口气体的温度下(在最后压缩阶段之后,但在燃烧室之前)仍可能含有大量的热量。为此,一种称为a再生器用来。有时工程师使用该术语经济学者这是旨在降低能量消耗的热交换器,特别是在预热流体的情况下。

热再生器允许在进入燃烧室之前预热压缩机的空气,从而减少必须在燃烧器中燃烧的燃料量。这种热回收形式是只有可能如果燃气轮机以低压比运行。

开启布雷顿循环,热再生
打开Brayton循环,具有热再生。

如前所述温差在涡轮机出口和压缩机出口之间至关重要,并确定可以回收的热量。在负差的情况下(即2> T.4),不可能进行热再生。有两种主要方式,如何改变这种差异:

  • 提高涡轮出口温度(T4) 通过重新加热膨胀阶段的流动(即使用带有再热燃烧室或再热器的多级涡轮)
  • 降低压缩机出口温度(T2) 通过间隔压缩阶段期间的流动(即用中间冷却器使用多级压缩机)

因此重新加热和中加工补充热再生。就其本身而言,它们不一定会提高热效率,然而,当中间冷却或再热与热再生结合使用时,可以显著提高热效率。

需要注意的是,从涡轮出口向压气机进口传递热量会降低效率,因为进口空气越热,体积越大,压气机的工作量就越大。工程师还必须考虑到压力损失由略微降低燃气轮机的功率的热交换器产生。

再生和热恢复

一般来说,热交换器用于再生可分为两种再生器换热器

  • 再生器是一种热交换器,其中来自热流体的热在将热储存介质中间歇地存储在冷流体之前。它具有单个流动路径,其中热和冷流体交替通过。
  • 恢复剂是一种热交换器单独的流动路径每一种流体沿着它们自己的通道,热量通过分离壁传递。在动力工程中,为了提高热力循环的整体效率,经常使用回热器(如省煤器)。例如,在燃气涡轮发动机中。回热器将废气中的部分废热转移到压缩空气中,从而在进入燃烧室之前对其进行预热。许多回热器被设计成逆流热交换器。
重新加热 - 再热演员
带再热和再生的布雷顿循环的t图
带再热和再生的布雷顿循环的t图

正如我们讨论过的最高温度受到冶金考虑的限制,但为了在接近周期峰值的温度下传递更多的热量气体可以再加热在再热器中。这涉及分裂涡轮机,即使用a多级涡轮与A.再热燃烧室再热。汽轮机的高压和低压阶段可能在同一个轴上驱动一个共同的发电机,但他们将有单独的情况。用再热器,经过一段时间后,气流被抽出局部扩张(点一个),通过热交换器回运行,将其加热至峰值温度(点b),然后通过汽轮机低压阶段。然后在这个阶段完成了从b点到4点的扩展。

用这种安排每单位质量的净工作流量可以增加。尽管再热增加了净功,但循环热效率不一定会增加,因为需要更多的总热量。另一方面,有再热时涡轮出口处(低压段)温度高于无再热时,因此存在热再生潜力。因此,再加热和再生是互补的,它们通常使用它们以增加燃气轮机的热效率。

压缩与中间冷却
布雷顿循环压缩与中间冷却
中间冷却的布雷顿循环Ts图

显著增加热效率对燃气轮机的电厂也可以通过实现间隔间隔可以在压缩机阶段之间应用减少压缩工作WC,从而增加了燃气轮机的总功率。

为此目的,热交换器被称为中间冷却器通常在多级压缩过程的各个阶段之间使用。一般来说,中间冷却器热交换器在许多应用中使用,包括空气压缩机,空调,冰箱和燃气轮机。中间冷却器也广为人知,也是汽车用作涡轮增压器或增压器,但在这里,它们增加了进气充电密度,从而增加了发动机的功率。

在燃气轮机动力装置中,热效率是最重要的间隔热再生被广泛使用。这涉及到拆分压缩机,即使用一个多级压缩机与一个或多个中冷器。压缩机的高压和低压级甚至可以与涡轮或发电机在同一轴上,但这不是一个规则。通过一个中间冷却器,气流经过部分压缩(c点)后被抽出,通过热交换器(中间冷却器)将其冷却到环境温度(d点),然后通过压缩机的高级。然后在第二个压缩机中完成从点d到点2的压缩。

用这种安排每单位质量流量的净功(↑W.= WT- ↓WC)可以增加减少压缩功(↓WC)。尽管中间冷却增加了净功,但循环热效率不一定会增加,因为进入燃烧室的空气温度会降低,并且需要更多的总热量才能达到所需的涡轮进口温度。另一方面,有中间冷却的压缩机出口处(高压段)温度低于无中间冷却的,因此存在热再生潜力(问回复增加)。注意,热再生需要比涡轮机出口温度更低的压缩机出口温度(仅仅是由于第2定律),并且该温差决定了用于热再生的热量。

因此再热和中间冷却与热再生是互补的。就其本身而言,它们不一定会提高热效率,然而,当中间冷却或再热与热再生结合使用时,可以显著提高热效率。

一些压力比较高的大型压缩机有几个级压缩,级之间有中间冷却。工程师还必须考虑到压力损失由略微增加压缩工作的所有热交换器产生。某些燃气轮机设计(中间冷却器的数量,再加热器和再生器)是工程问题,取决于燃气轮机的某些目的。

打开Brayton循环,再加热和中加工。
打开Brayton循环,再加热和中加工。
参考:
核和反应堆物理学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
  3. 《核反应堆物理》,北京:清华大学出版社,2001年。
  4. Glasstone,Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,弹簧斯;第4版,1994,ISBN:978-0412985317
  5. W.S.C.威廉姆斯。核子与粒子物理。克拉伦登出版社;1版,1991,ISBN: 978-0198520467
  6. 肯尼斯·s·克兰。核物理导论,第3版,Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
  7. g.r.keepin。核动力学物理学。Addison-Wesley Pub。co;第1版,1965年
  8. 罗伯特·里德·伯恩,《核反应堆运行导论》,1988年。
  9. 美国能源,核物理与反应堆理论系。DOE基础知识手册,第1卷和2. 1993年1月。

先进反应堆物理:

  1. K. O. Ott, W. A. Bezella,核反应堆静力学导论,美国核学会,修订版(1989),1989,ISBN: 0-894-48033-2。
  2. 《核反应堆动力学概论》,美国核学会,1985,ISBN: 0-894-48029-4。
  3. 李国强,核反应堆动力学,中国核科学研究院,1993,ISBN: 0-894-48453-2。
  4. 刘文杰,刘文杰,刘文杰。中子输运计算方法[j] .物理学报,1993,59(4):449 - 452。

其他参考资料:

柴油发动机 - 汽车回收

参见:

布雷顿循环

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