Коэффициент полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой

Прототип задания 11 (№ 27976)

Коэффициент полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой \(\eta = \frac{T_1 — T_2 }{T_1} \cdot 100\% \), где \(T_1\) — температура нагревателя (в кельвинах), \(T_2\) — температура холодильника (в кельвинах). При какой температуре нагревателя \(T_1\) КПД этого двигателя будет \(15\%\), если температура холодильника \(T_2\) = 340 К? Ответ дайте в кельвинах.

Решение

$$\frac{T_1 — 340 }{T_1} \cdot 100\% = 15\%, $$

$$\frac{T_1 — 340 }{T_1} = 0,15, $$

$$T_1 — 340 = 0,15 \cdot T_1,$$

$$0,85 T_1 = 340,$$

$$T_1 = 400.$$

Ответ: 400.

Прототип задания 11 (№ 27977)

Коэффициент полезного действия (КПД) кормозапарника равен отношению количества теплоты, затраченного на нагревание воды массой \(m_\textrm{в}\) (в килограммах) от температуры \(t_1\) до температуры \(t_2\) (в градусах Цельсия) к количеству теплоты, полученному от сжигания дров массы \(m_\textrm{др}\) кг. 2\)). Определите наименьшую возможную ширину опорных балок, если известно, что давление p не должно превышать 140 кПа. Ответ выразите в метрах.

Решение

$$\frac{{mg}}{{2ls}} \le 140,$$

$$\frac{{1260 \cdot 10}}{{2\cdot 18 \cdot s}} \le 140,$$

$$\frac{35}{s} \le 14,$$

$$s \ge \frac{35}{14},$$

$$s \ge 2,5.$$

Наименьшая возможная ширина опорных балок равна 2,5 м.

Ответ: 2,5.

Прототип задания 11 (№ 27979)

К источнику с ЭДС \(\varepsilon = 55\) В и внутренним сопротивлением r = 0,5 Ом, хотят подключить нагрузку с сопротивлением R Ом. Напряжение на этой нагрузке, выражаемое в вольтах, даeтся формулой \(U = \frac{{\varepsilon R}}{{R + r}}\). При каком наименьшем значении сопротивления нагрузки напряжение на ней будет не менее 50 В? Ответ выразите в омах.

Решение

$$\frac{{\varepsilon R}}{{R + r}} \ge 50,$$

$$\frac{55 \cdot R}{R + 0,5} \ge 50,$$

$$55R \ge 50R+25,$$

$$5R \ge 25,$$

$$R \ge 5.$$

Наименьшее значение сопротивления нагрузки должно быть равно 5 Ом.

Ответ: 5.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Блог Олега Кривошеина: Коэффициент полезного действия (КПД)

Задание №28267  Коэффициент
полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой (1), где T1 —
температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой
минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого
двигателя будет не меньше 25%, если температура холодильника T2=276 К? Ответ выразите в градусах Кельвина.

Решение. Подставляем данные в формулу (1) и
получаем

0,25 = (T₁— 276)/ T₁, отсюда 0,25 T₁ = T₁— 276,

276 = T₁— 0,25 T₁, 276 = 0,75 T₁, T₁ = 368.

Ответ 368.

 Задание №28277 Коэффициент полезного действия (КПД) кормозапарника
равен отношению количества теплоты, затраченного на нагревание воды массой mв (в килограммах) от температуры t1 до
температуры t2 (в градусах Цельсия) к количеству теплоты,
полученному от сжигания дров массы mдр кг. Он
определяется формулой (2),  где cв=4,2⋅103 Дж/(кг⋅К) —
теплоёмкость воды, qдр=8,3⋅10⁶ Дж/кг — удельная теплота
сгорания дров. Определите массу дров, которые понадобится сжечь в кормозапарнике,
чтобы нагреть m=80 кг воды от 17∘C до кипения, если известно, что КПД кормозапарника равен 14%. Ответ
выразите в килограммах.

Решение. Подставляем данные в формулу (2) и
получаем

0,14 = 4200*80*(100-17)/(8300000m), сократим дробь на 1000

0,14 = 42*8*83/(8300m), после сокращения дроби на 83 получим

0,14 = 42*8*/(100m), умножим обе части уравнения на 100 m и получим

14 m=336 или m=24.

Ответ 24.

Задания для самостоятельной работы.

Задание №28269  Коэффициент
полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой (1), где T1 —
температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой
минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого
двигателя будет не меньше 75%, если температура холодильника T2=275 К? Ответ выразите в градусах Кельвина.

Задание №28271  Коэффициент
полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой (1), где T1 —
температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой
минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого
двигателя будет не меньше 55%, если температура холодильника T2=270 К? Ответ выразите в градусах Кельвина.

Задание №28273  Коэффициент
полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой (1), где T1 —
температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой
минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого
двигателя будет не меньше 25%, если температура холодильника T2=285 К? Ответ выразите в градусах Кельвина.

Задание №28275  Коэффициент
полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой (1), где T1 —
температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой
минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого
двигателя будет не меньше 25%, если температура холодильника T2=300 К? Ответ выразите в градусах Кельвина.

Задание №28279  Коэффициент
полезного действия (КПД) кормозапарника равен отношению количества теплоты,
затраченного на нагревание воды массой mв
(в килограммах) от температуры t1 до
температуры t2 (в градусах Цельсия) к количеству теплоты,
полученному от сжигания дров массы mдр кг. Он
определяется формулой (2), где cв=4,2⋅103 Дж/(кг⋅К) — теплоёмкость воды, qдр=8,3⋅106
Дж/кг — удельная теплота сгорания дров. Определите массу дров, которые
понадобится сжечь в кормозапарнике, чтобы нагреть m=166 кг воды от 20∘C до кипения, если известно, что КПД
кормозапарника равен 21%. Ответ выразите в килограммах.

Задание №28281  Коэффициент
полезного действия (КПД) кормозапарника равен отношению количества теплоты,
затраченного на нагревание воды массой mв
(в килограммах) от температуры t1 до
температуры t2 (в градусах Цельсия) к количеству теплоты,
полученному от сжигания дров массы mдр кг. Он
определяется формулой (2), где cв=4,2⋅103 Дж/(кг⋅К) — теплоёмкость воды, qдр=8,3⋅106
Дж/кг — удельная теплота сгорания дров. Определите массу дров, которые
понадобится сжечь в кормозапарнике, чтобы нагреть m=83 кг воды от 20∘C до кипения, если известно, что КПД
кормозапарника равен 28%. Ответ выразите в килограммах.

Задание №28283  Коэффициент
полезного действия (КПД) кормозапарника равен отношению количества теплоты,
затраченного на нагревание воды массой mв
(в килограммах) от температуры t1 до
температуры t2 (в градусах Цельсия) к количеству теплоты,
полученному от сжигания дров массы mдр кг. Он
определяется формулой (2), где cв=4,2⋅103 Дж/(кг⋅К) — теплоёмкость воды, qдр=8,3⋅106
Дж/кг — удельная теплота сгорания дров. Определите массу дров, которые
понадобится сжечь в кормозапарнике, чтобы нагреть m=249 кг воды от 20∘C до кипения, если известно, что КПД
кормозапарника равен 28%. Ответ выразите в килограммах.

Задание №28285  Коэффициент
полезного действия (КПД) кормозапарника равен отношению количества теплоты,
затраченного на нагревание воды массой mв
(в килограммах) от температуры t1 до
температуры t2 (в градусах Цельсия) к количеству теплоты,
полученному от сжигания дров массы mдр кг. Он
определяется формулой (2), где cв=4,2⋅103 Дж/(кг⋅К) — теплоёмкость воды, qдр=8,3⋅106
Дж/кг — удельная теплота сгорания дров. Определите массу дров, которые
понадобится сжечь в кормозапарнике, чтобы нагреть m=83 кг воды от 10∘C до кипения, если известно, что КПД
кормозапарника равен 18%. Ответ выразите в килограммах.

Задание №28287  Коэффициент
полезного действия (КПД) кормозапарника равен отношению количества теплоты,
затраченного на нагревание воды массой mв
(в килограммах) от температуры t1 до
температуры t2 (в градусах Цельсия) к количеству теплоты,
полученному от сжигания дров массы mдр кг. Он
определяется формулой (2), где cв=4,2⋅103 Дж/(кг⋅К) — теплоёмкость воды, qдр=8,3⋅106
Дж/кг — удельная теплота сгорания дров. Определите массу дров, которые
понадобится сжечь в кормозапарнике, чтобы нагреть m=75 кг воды от 17∘C до кипения, если известно, что КПД
кормозапарника равен 15%. Ответ выразите в килограммах.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экологические курсы или курсы по энергосбережению

. »

Рассел Бейли, ЧП

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня нескольким новым вещам, кроме того

познакомив меня с новыми источниками

информации».

Стивен Дедак, ЧП

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они

очень быстро отвечали на вопросы.

Это было на высшем уровне. Буду использовать

снова. Спасибо».

Блэр Хейуорд, P.E.0003 «Веб-сайт прост в использовании. Хорошо организован. Я действительно буду пользоваться вашими услугами снова.

Я передам название вашей компании

другим сотрудникам.»

Рой Пфлейдерер, ЧП

Нью-Йорк

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком

с деталями Канзас

Авария в City Hyatt. »

Майкл Морган, ЧП

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится, что я могу просмотреть текст перед покупкой. Я обнаружил, что класс

Информативный и полезный

в моей работе. «

Уильям Сенкевич, стр.

Флорида

познавательный. Вы

— лучшие, которые я нашел. «

Рассел Смит, P.E.

Pennsylvania

Я считаю, что подход упрощает для рабочего инженера.

материала». На самом деле

человек изучает больше

от неудач. «

Джон Скондры, P.E.

Пенсильвания

«. Курс был хорошо поставлен вместе, и используется.

Путь обучения. «

Jack Lundberg, P.E.

Висконсин

» Я очень увлекаюсь тем, как вы представляете курсы; т. е. позволяя

Студент. Для рассмотрения курса

Материал перед оплатой и

Получение викторины. «

Arvin Swanger, P.E.

Virgina

«. курсы. Я, конечно, многому научился и

получил огромное удовольствие».0002 «Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством содержания материалов и простотой поиска

онлайн-курсов

.»

Уильям Валериоти, ЧП

Техас

«Этот материал во многом оправдал мои ожидания. Курс был прост для изучения. Фотографии в основном давали хорошее представление о

обсуждаемых темах.»

Майкл Райан, ЧП

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Нужен 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я настоятельно рекомендую это

всем инженерам. «

Джеймс Шурелл, P.E.

Ohio

Я ценю вопросы« Реальный мир »и соответствует моей практике. , и

не основаны на каком-то неясном разделе

законов, которые не применяются

к «нормальной практике».0005

Марк Каноник, ЧП

Нью-Йорк

«Большой опыт! Я многому научился, чтобы вернуться к своему медицинскому устройству

организации».

Иван Харлан, ЧП

Теннесси

«Материал курса имеет хорошее содержание, не слишком математический, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, ЧП

California

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представленной,

, а онлайн -формат был очень

и простые в

. Благодарность.»

Патрисия Адамс, ЧП

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия непрерывному обучению физкультуры в рамках временных ограничений лицензиата».

Джозеф Фриссора, ЧП

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Это помогает иметь

обзор текстового материала. предоставлены

фактические случаи».

Жаклин Брукс, ЧП

Флорида

«Общие ошибки ADA в проектировании объектов очень полезны. Проверка

потребовало исследования в

Документ Но Ответы были

Проще говоря.»

Гарольд Катлер, ЧП

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за разнообразие выбора

в инженерии дорожного движения, который мне нужен

, чтобы выполнить требования

Сертификация PTOE. «

Джозеф Гилрой, стр. способ заработать CEU для моих требований PG в штате Делавэр. До сих пор все курсы, которые я посещал, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

Курсы с дисконтированием ».

Кристина Николас, P.E.

New York

» только что завершены. дополнительные

курсы. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

необходимость путешествовать.0004

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для инженеров-профессионалов

для получения единиц PDH

в любое время. Очень удобно.»

Пол Абелла, ЧП

Аризона

«Пока все было отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня не так много

времени, чтобы исследовать, куда

получить мои кредиты от. »

Кристен Фаррелл, ЧП

Висконсин

2 90 «Это было очень познавательно. Легко для понимания с иллюстрациями

и графиками; определенно облегчает

усвоение всех

теорий.»

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов полупроводников. Мне понравилось проходить курс по телефону

My Sope Pace во время моего Morning

Subway Commute 9000

до работы. .»

Клиффорд Гринблатт, ЧП

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и получить

викторина. Я буду Emong Рекомендовать

You To Every PE, нуждающийся в

CE. тем во многих областях техники». 0004

«У меня есть перезагруженные вещи, которые я забыл. Я также рад получить финансово

на Ваше промо-электронное письмо , которая

на 40%.»

Conrado Casem, P.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Буду пользоваться вашими услугами в будущем.»

Чарльз Флейшер, П.Е.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест, и я фактически проверил, что я прочитал кодексы профессиональной этики

и правила Нью-Мексико

».

Брун Гильберт, Ч.П.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили времени и усилий.»

Дэвид Рейнольдс, ЧП

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Будет использовать CEDengineerng

, когда потребуется дополнительная сертификация

.»

Томас Каппеллин, ЧП

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все равно выполнили обязательство и поставили

Me, за что я заплатил — много

! » для инженера».0004

Хорошо расположено. «

Глен Шварц, P.E.

Нью -Джерси

Вопросы были подходящими для уроков, а материал урока —

.

для дизайна дерева.»

Брайан Адамс, ЧП

Миннесота

0004

Роберт Велнер, ЧП

Нью -Йорк

«У меня был большой опыт, когда я получил прибрежное строительство — проектирование

Building и

High Рекомендую его».

Денис Солано, ЧП

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики штата Нью-Джерси были очень

хорошо подготовлено. Мне нравится возможность загрузить учебный материал до

Обзор везде, где бы ни был и

всякий раз, когда ».

Тим Чиддикс, P.E.

Colorado

» Отлично! Сохраняйте широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, ЧП

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой чепухи. Хороший опыт.»

Тайрон Бааш, ЧП

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были наводящими и демонстрировали понимание

материала. Тщательный

и всеобъемлющий. «

Майкл Тобин, P. E.

Аризона

» Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложил курс, что

помогу моя линия

работы. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова.»

Анджела Уотсон, ЧП

Монтана

«Простота в исполнении. Никакой путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата.»

Кеннет Пейдж, ЧП

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о нагревании воды с помощью солнечной энергии.

Луан Мане, ЧП

Conneticut

«Мне нравится подход, позволяющий зарегистрироваться и иметь возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти тест.»

Алекс Млсна, ЧП

Индиана

«Я оценил количество информации, предоставленной для класса. Я знаю

Это вся информация, которую я могу

В реальных жизненные ситуации. «

Натали Дриндер, P.E.

South Dakota

курс.»0004

«веб -сайт прост в использовании, вы можете загрузить материал для изучения, затем вернуться

и пройти тест. .»

Майкл Гладд, ЧП

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, ЧП

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать сертификат PDH

. Спасибо, что сделали этот процесс простым.»

Фред Шайбе, ЧП

Висконсин

«Положительный опыт. Быстро нашел курс, который соответствует моим потребностям, и закончил

PDH за один час за

Один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

» Мне нравилось загрузить документы для рассмотрения контента

и приготовимости.

наличие для оплаты

материалов.»

Richard Wymelenberg, P.E.0005

«Это хорошее пособие по ЭЭ для инженеров, не являющихся электриками.»

Дуглас Стаффорд, ЧП

Техас

«Всегда есть место для улучшения, но я не могу придумать ничего в вашем

процессе, который нуждается в

улучшении.»

Томас Сталкап, ЧП

Арканзас

«Мне очень нравится удобство прохождения онлайн-викторины и немедленного получения сертификата

.»

Марлен Делани, ЧП

Иллинойс

«Обучающие модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

многим различным техническим областям

3 за пределами

40003 Специализация самого Без

. от существующих угольных электростанций в значительной степени зависят от повышения эффективности на стороне генерации. Топливо, операции и конструкция станции — все это влияет на общую эффективность станции, а также на выбросы углерода. Этот обзор основ эффективности угольных электростанций, часто проблемы, снижающие эффективность, и некоторые решения по улучшению эксплуатации и снижению затрат на выработку электроэнергии должны быть полезны для станций, где бы они ни находились.0004

Сцена: Двадцать лет назад молодой инженер стоит перед группой плакеток и наград в вестибюле большой угольной электростанции. Она с интересом отмечает, что некоторые из них относятся к наградам «лучшая тепловая мощность», а также отмечает, что последней награде уже более трех лет. Седой машинист станции, похожий на Сэма Эллиотта, покрытого угольной пылью, присоединяется к ней перед дисплеем.

«Почему эта станция перестала получать награду за тепловую мощность?» она спрашивает.

«Ну, мэм, так как мы добавили скрубберы, в этом больше нет смысла. А другие электростанции перешли на уголь из бассейна Паудер-Ривер (PRB), так что они тоже пострадали от тепловыделения. Итак, кто-то просто посчитал, что, поскольку нам пришлось отказаться от теплоты, чтобы соответствовать ограничениям по выбросам, больше не было смысла получать награду».

Перенесёмся в 2014 год, и сцена будет совершенно другой. Усовершенствованный контроль выбросов угольных электростанций является нормой, и уголь PRB в некоторой степени используется на большинстве электростанций в США, а Агентство по охране окружающей среды (EPA) предложило стандарты для сокращения выбросов углерода от существующих электростанций в соответствии с разделом 111 (d). ) Закона о чистом воздухе. Включая в себя множество возможных методов сокращения выбросов углерода, одним из основных элементов плана EPA является повышение полезной тепловой мощности предприятия (NPHR) на 6% или более. Хотя для неспециалиста это может показаться небольшим числом, инженеры электростанций знают, что улучшение теплопроизводительности на 6% потребует серьезных усилий на многих различных уровнях в рамках их коммунальных услуг.

В этой статье изложены основы эффективности электростанции и теплопроизводительности, чтобы можно было быстро понять, где лучше всего можно улучшить конкретный генерирующий актив. Затем рассматриваются способы достижения цели 6% NPHR.

Основы теплопроизводительности

Термин «теплопроизводительность» просто относится к эффективности преобразования энергии с точки зрения «сколько энергии необходимо затратить, чтобы получить единицу полезной работы». В электростанции внутреннего сгорания источником энергии является топливо, а полезной работой является электроэнергия, подаваемая в сеть, паровое тепло, поставляемое промышленному потребителю или используемое для отопления, или и то, и другое. Поскольку «полезная работа» обычно определяется как электроэнергия и пар, которые доставляются конечным потребителям, инженеры, как правило, работают с чистым тепловыделением станции (NPHR).

В США тепловая мощность обычно выражается с использованием смешанных английских единиц и единиц СИ БТЕ/кВтч. Хотя сначала это сбивает с толку, это просто указывает, сколько БТЕ/ч энергии требуется для производства 1 кВт полезной работы. В других странах обычно используются кДж/кВтч, ккал/кВтч или другие меры. В этой статье используется формат США.

Поскольку примерно 3412 БТЕ/час равняется 1 кВт, мы можем легко определить термодинамический КПД электростанции, разделив 3412 на теплопроизводительность. Например, угольная электростанция с теплопроизводительностью 10 000 БТЕ/кВтч имеет тепловой КПД 3 412/10 000, или 0,3412 (34,12%).

Метод ввода/вывода

Один из самых простых способов рассчитать NPHR – это разделить БТЕ/час подводимого топлива на чистую выработку (электроэнергии и пара для потребителей) в кВт. Однако определить тепловложение может быть довольно сложно.

По моему опыту, меньшинство электростанций внутреннего сгорания имеют хорошие показатели фактической скорости сжигания топлива на каждом блоке. Практическое отраслевое правило заключается в том, что точность объемных дозаторов в лучшем случае составляет +/– 5 %, а гравиметрических дозаторов — в лучшем случае +/– 2 %. На практике я обнаружил, что фактическая погрешность измерения скорости сгорания топлива может составлять от 5% до 10%.

На одной электростанции, на которой я работал, единственной возможностью оценить интенсивность сжигания угля было использование фотографий угольного склада, сделанных энергичной дамой с ее самолета Cessna, и сравнение предполагаемого размера склада с квитанциями поездов за месяц, чтобы определить, сколько угля было сожжено в целом. Потенциальная ошибка для этого метода может легко превышать 25%.

Другим важным фактором при измерении тепловложения является анализ качества топлива, особенно его теплотворной способности. (Более подробно см. «Введение в анализ качества топлива» в выпуске за январь 2015 года.) Вообще говоря, ошибка в расчете скорости сгорания топлива не может быть меньше, чем ошибка в анализе топлива, поэтому тщательный выбор методов и частоты отбора проб будет обеспечивают большую достоверность при расчете расхода топлива.

Короче говоря, метод ввода/вывода не является идеальным методом для отслеживания разницы в эффективности вашей угольной электростанции, если у вас нет точных питателей угля (рис. 1) плюс точное и регулярное определение теплотворной способности вашего топлива.

1. Важное значение имеют питатели угля. Часто игнорируемые до тех пор, пока что-нибудь не сломается, неточные устройства подачи угля могут затруднить определение тепловой мощности вашей установки. Предоставлено: Уна Ноулинг

Метод тепловых потерь и три поля эффективности

Серьезная проблема с использованием метода ввода/вывода для определения теплового потока заключается в том, что если ваш тепловой поток меняется от одной ситуации к другой, вы не имеете ни малейшего представления о что привело к изменению. Был ли котел менее эффективным при сжигании топлива? Снижается ли КПД турбины из-за высокого противодавления в конденсаторе? Увеличилась ли мощность службы станции? Поскольку метод ввода/вывода рассматривает электростанцию ​​как черный ящик, инженер должен полагаться на более точный метод определения теплопроизводительности.

Метод тепловых потерь для определения расхода тепла по существу разбивает электростанцию ​​на три подсистемы, в которых происходит процесс преобразования энергии:

■ Котел, в котором тепло топлива преобразуется в энергию пара.

■ Турбина, в которой тепло пара преобразуется в механическую энергию вращения.

■ Генератор, в котором энергия вращения преобразуется в полную и полезную электроэнергию.

Метод тепловых потерь для расчета тепловой мощности, по сути, рисует прямоугольник вокруг каждой из этих подсистем и определяет эффективность каждого процесса преобразования энергии. Произведение всех этих значений эффективности преобразования дает общую полезную теплопроизводительность электростанции:

NPHR, БТЕ/кВт x час = NTHR, БТЕ/кВт x час / ((КПД котла, % / 100) x (Полезная мощность, кВт / Полная мощность, кВт)) /21/15.]

Как видно из этого уравнения, для уменьшения NPHR необходимо увеличить КПД котла, уменьшить полезную теплоотдачу турбины или увеличить полезную выработку по отношению к валовой выработке.

КПД котла

Определение КПД вашего котла – это эффективное определение всех различных неэффективностей, возникающих в процессе сжигания топлива для получения энергии пара. Стандарты и испытательные организации, такие как Американское общество инженеров-механиков (ASME) и Немецкий институт нормирования (DIN), имеют схожие, но разные показатели для расчета потерь эффективности, но с общей точки зрения их можно сгруппировать в следующие категории.

Ощутимые потери тепла. Ощутимые тепловые потери можно рассматривать как тепло, которое можно почувствовать непосредственно с помощью термометра. Например, воздух для горения поступает на вашу электростанцию ​​при температуре окружающей среды, а дымовые газы выбрасываются из холодного конца воздухонагревателя котла при некоторой повышенной температуре. Чем ближе температура отработавших газов к температуре окружающей среды, тем меньше тепла теряется в окружающую среду.

Прочие потери явного тепла включают тепло, содержащееся в остатках и летучей золе, удаляемой из котла, а также в пиритах и ​​горных породах, которые выбрасываются из угольных мельниц. Количество избыточного воздуха, используемого для горения, оказывает значительное влияние на эти потери, поскольку каждый фунт избыточного воздуха, проходящего через котел, несет с собой потенциально полезную энергию.

Скрытая потеря тепла. Скрытые тепловые потери трудно обнаружить с помощью термометра, и они представляют собой потери энергии, связанные с фазовым переходом воды. Когда топливо сжигается в котле, не только вся влага, содержащаяся в топливе, испаряется в пар, но и весь водород, содержащийся в топливе, сгорает с образованием воды, которая также испаряется в пар. Если температура выхлопных газов, выходящих из воздухонагревателя котла, не ниже точки кипения воды, содержащейся в газе, вся эта скрытая теплота парообразования выйдет из котла и будет потеряна в окружающей среде.

Поскольку потери скрытого тепла в основном связаны с топливом, их нельзя легко изменить без замены или сушки топлива. (См. «Повышение эффективности установки и сокращение выбросов CO ₂ при сжигании высоковлажных углей» в выпуске за ноябрь 2014 г. )

Несгоревшие горючие потери. Несгоревшие потери с горением – это потери КПД от неполного сгорания топлива в котле. В первую очередь это измеряется в виде углеродного остатка в золе, но также включает образование монооксида углерода (CO). На эти потери обычно влияют как свойства топлива (летучесть топлива), так и методы эксплуатации (избыточный уровень воздуха, чистота топлива и т.п.). Важно отметить, что несгоревшие потери с горючими веществами — это не то же самое, что потери при воспламенении (LOI), поскольку несгоревшие потери с горючими веществами представляют собой потери энергии, тогда как LOI рассчитывается на основе массы золы.

Радиационные и конвекционные потери. Коммунальные котлы представляют собой огромные системы оборудования с многочисленными отверстиями для труб и инструментов и очень большой площадью поверхности, подверженной воздействию окружающей среды. В результате, независимо от того, насколько хорошо спроектирована изоляция и насколько усердно работает персонал предприятия в устранении утечек воздуха, энергия все равно будет теряться на излучение и конвекцию.

Маржа и неизвестные убытки. Из-за большого размера и сложности котла часто бывает нецелесообразно измерять все возможные источники потерь энергии на электростанции. В результате для оценки этих потерь обычно используется значение «маржи» или «неизвестного убытка». Типичные значения варьируются от 0,5% до 2,0%.

Если принять во внимание все эти потери эффективности, типичный котел общего назначения может использовать энергию топлива с эффективностью от 83% до 91%.

Повышение эффективности котла. Ощутимые потери тепла можно уменьшить, установив улучшенные средства контроля горения, позволяющие точно регулировать уровень избыточного воздуха в операторах печи для снижения избыточного уровня кислорода в печи. Предварительный подогрев воздуха для горения отходящим теплом завода также повысит эффективность, и некоторые заводы рассматривают схемы использования солнечных тепловых коллекторов в качестве подогревателей воздуха в светлое время суток.

Поскольку потери скрытого тепла в значительной степени зависят от качества топлива, а современные конструкции котлов не позволяют использовать конденсационные нагреватели воздуха, за исключением перехода на более сухое топливо, практически мало что можно сделать для уменьшения потерь скрытого тепла.

Потери несгоревших продуктов сгорания можно уменьшить за счет улучшения настройки котлов и горелок, при этом некоторые установки могут повысить чистую эффективность более чем на 1% в результате незначительной настройки или капитальных вложений.

Эффективность турбины

Эффективность турбины — это, по сути, эффективность турбины по преобразованию пара из котла в полезную энергию вращения. Упрощенный способ просмотра полезной тепловой мощности турбины (NTHR) состоит в том, чтобы суммировать увеличение энтальпии питательной воды и холодного промежуточного пара на границе котла и разделить это значение на общую выработку электроэнергии.

Определение КПД турбины. Как и в случае всей установки, тепловая мощность турбинного цикла может быть выражена на основе «брутто» или «нетто». Здесь терминология становится немного сложной, так как валовая и чистая эффективность используют в своих расчетах валовую мощность генератора. Однако, если электростанция имеет электрический питательный насос котла, то чистая тепловая мощность турбины также должна вычитать мощность, потребляемую питательным насосом; в противном случае это энергопотребление может исказить ваше значение NTHR, чтобы оно выглядело чрезмерно эффективным. В результате наше упрощенное уравнение NTHR для одного цикла повторного нагрева выглядит следующим образом:

Где:

NTHR = чистая тепловая скорость турбины, BTU/KWH

H _MSOUT = энтелпия основного пара, выходящего из котлового Envelope, BTU/HR

H _{251526152615266152661526615266152661526615266152661526. питательной воды, поступающей в кожух котла, БТЕ/ч}

H _HRH = энтальпия горячего промежуточного пара, выходящего из кожуха котла, БТЕ/ч БТЕ/час

Мощность _BFP = потребляемая мощность питательного насоса котла, кВт

Повышение эффективности турбинного цикла. В идеальных условиях система ультрасверхкритического турбинного цикла может преобразовывать пар в энергию вращения с эффективностью 54 % или выше, сверхкритические турбинные циклы могут достигать 50 % эффективности, а докритические турбинные циклы могут достигать 46 % эффективности. Однако система турбинного цикла вашей электростанции, по крайней мере, так же сложна, как и ваша котельная система, и существует множество мест, где эффективность может быть потеряна.

Негерметичность наконечника ковша и уплотнения может составлять 40% общей потери эффективности турбины. Шероховатость, эрозия и ремонт сопла могут составлять 35% потери эффективности, отложения на турбине — 15%, а эрозия и шероховатость ковша — 10%. Проблемы в этих областях могут привести к значительному снижению эффективности: известно, что отложения в турбине вызывают потерю эффективности почти на 5%, а утечки из корпуса турбины снижают эффективность на 3%.

Очень важно знать, что турбина является частью гораздо более крупной пароводяной системы, включающей конденсаторы, градирни, нагреватели питательной воды, деаэраторы, насосы и трубопроводы, каждая из которых имеет свои собственные потери эффективности. Например, увеличение противодавления конденсатора из-за грязных трубок размером 0,4 дюйма ртутного столба может снизить КПД цикла турбины на 0,5%. Одна разделительная перегородка в подогревателе питательной воды может снизить эффективность цикла турбины на 0,4%. Утечки в линиях отвода и заклинившие дренажные клапаны могут снизить эффективность нагревателя питательной воды, что приведет к чистому циклу потерь более 0,5%.

Улучшения турбинных лопаток доступны для большинства паровых турбин, при этом возможно улучшение до 2% при полной замене турбины низкого давления. Даже возобновляемая энергия может помочь в повышении теплоотдачи, поскольку некоторые производители изучили возможность нагрева питательной воды с помощью солнечной энергии для повышения эффективности своего турбинного цикла, а некоторые конструкции могут достичь повышения пиковой эффективности более чем на 5%. Конечно, со всеми обновлениями вы должны изучить экономику (см. врезку).

Имеет ли это экономический смысл? Очень хорошо предлагать многочисленные капитальные и эксплуатационные улучшения на вашей электростанции. Но какие усовершенствования имеют наибольший экономический смысл для владельца электростанции? Некоторые усовершенствования завода могут быть метафорически простым делом, в то время как другие усовершенствования могут потребовать внешнего рыночного фактора, такого как налог на выбросы углерода, чтобы стать экономически эффективными. В Таблице 1 представлен очень общий рейтинг усовершенствований, которые могут быть реализованы в электростанциях, работающих на пылеугольном топливе, ряд потенциальных улучшений теплопроизводительности и их относительные экономические периоды окупаемости. Обратите внимание, что в этот список не включены многие конкретные элементы обслуживания, которые можно найти на некоторых электростанциях и которые могут значительно повысить эффективность при ремонте или модернизации. Таблица 1. Много вариантов на выбор.  У каждой электростанции есть уникальные возможности и проблемы для повышения теплопроизводительности. Значения, показанные в этой таблице, являются только общими и основаны на исследованиях энергоэффективности. Источник: Уна Ноулинг

Электрическая эффективность

Для системы генератора мы не так озабочены эффективностью преобразования энергии вращения в электрическую энергию, поскольку современные генераторы имеют тенденцию преобразовывать два типа энергии с 9КПД 8% и выше. Однако значительная часть неэффективности, наблюдаемой в этом блоке, связана с обслуживанием станции или потреблением вспомогательной энергии самой электростанцией.

Поскольку на электростанции требуется большинство крупных энергоемких систем, мало что можно получить, устраняя или отключая основные системы оборудования. Даже отказ от дополнительного потребления электроэнергии может иметь непредвиденные последствия. Однажды в паляще жаркий июнь я работал на электростанции в инженерном отделе, когда молодому человеку из корпоративного офиса пришла в голову умная идея выключить свет в офисе, включить кондиционер до 85F и отключить кофеварки, воду. фонтаны и автоматы с газировкой. Причина заключалась в том, что цены на электроэнергию превышали 1000 долларов за МВтч, поэтому он хотел иметь возможность продавать каждый возможный ватт. Чего джентльмен не учел, так это потенциальных последствий размещения группы инженеров в темном жарком офисе без холодных напитков и кофе. Это было некрасивое зрелище.

Поскольку более 80 % электроэнергии на электростанции потребляется электродвигателями, именно они должны быть в центре внимания при повышении эффективности использования электроэнергии. Только основные вентиляторы электростанции (приточный воздух, принудительная тяга и вытяжная тяга) могут потреблять от 2% до 3% валовой мощности станции. Одним из вариантов снижения энергопотребления вентилятора является использование частотно-регулируемых приводов переменного тока, особенно если установка работает при более низких нагрузках в течение продолжительных периодов времени. Переключение всех основных вентиляторов предприятия с обычных на частотно-регулируемые приводы может улучшить показатель NPHR более чем на 0,5 %.

Утечки воздуха и газа могут составлять до 25 % потребляемой вентиляторами мощности, поэтому уменьшение утечек в воздухонагревателях и воздуховодах может привести к значительной экономии энергии вентиляторов. Уменьшение избыточного воздуха в вашем котле также уменьшит потребность вентилятора. Программы оптимизации электростатических фильтров могут как повысить электрическую эффективность, так и улучшить улавливание твердых частиц.

Креативное улучшение теплоотдачи

Другие возможности, которые могут показаться не влияющими на тепловыделение, на самом деле могут привести к значительному повышению эффективности.

Например, на одной из электростанций мне рассказали об улучшенной конструкции бункера регенерата на угольном складе, который сократил время заполнения угольных бункеров на 2 часа в день. Приблизительный анализ затрат и выгод показал, что новая конструкция бункера для предотвращения налипания влажного угля сэкономила чистую сумму в размере 1700 долларов США в год в течение пятилетнего периода из-за сокращения времени работы системы транспортировки угля. Хотя это звучит как мелкая картошка, метафорически говоря, это также значительно уменьшило усилия оператора угольного склада в процессе восстановления, что привело к улучшению человеческого фактора.

Сотрудники другой электростанции определили с помощью анализа влияния качества топлива, что единственным препятствием, мешающим им перейти на уголь с более высокой теплотворностью и меньшей влажностью, была модернизация сажеобдува. Чистая стоимость модернизации составила 1,3 миллиона долларов США, модернизация привела к чистому повышению теплотворной способности более чем на 2% за счет возможности использования более эффективных, но более шлакообразующих углей, а также одновременного преимущества в виде предотвращения катастрофических выпадений шлака из-за недостаточного покрытие обдува. Срок окупаемости этих инвестиций был определен в пределах от 18 до 24 месяцев (Рисунок 2).

2. Мы делали это раньше — мы можем сделать это снова. Генераторам, столкнувшимся с необходимостью соблюдения норм выбросов углерода, следует подходить к проблеме со всех сторон уравнения теплопроизводительности и работать со своим опытным персоналом, чтобы найти новые и инновационные способы получения максимальной отдачи от сжигаемого угля. Источник: Библиотека Конгресса США (1919 г.)

Заключительные мысли

Я никогда не был на электростанции, где нельзя было бы добиться значительных улучшений энергоэффективности. По моему многолетнему опыту, инженеры и операторы электростанций — это умные, целеустремленные люди, которые гордятся своей работой и своим предприятием и понимают, что необходимо сделать для повышения эффективности предприятия. Столетие относительно дешевого угля и сосредоточение внимания на контроле за выбросами на предприятиях, к сожалению, отвлекло внимание от поддержания и повышения теплопроизводительности предприятия.

Хотя некоторые представители отрасли рассматривают предложенные EPA стандарты выбросов углерода как невыполнимую задачу, многие инженеры и операторы предприятий, с которыми я разговаривал, были оптимистичны в отношении того, что им может быть предоставлено финансирование и инструменты, чтобы начать выигрывать эти награды в области теплопроизводительности.