Пгу с предварительным отделением CO2. Закона к реформатору в расчетах Использовались следующие термодинамические

Название	Закона к реформатору в расчетах Использовались следующие термодинамические
Анкор	Пгу с предварительным отделением CO2
Дата	01.06.2022
Размер	344.35 Kb.
Формат файла
Имя файла	Zadacha1 (1).docx
Тип	Закон #562360

Газотурбинная электростанция работает на улавливании _CO2 перед сжиганием, как ^{показано}^напредставленном ^{рисунке}. Определите термический КПД цикла и температуру отходящих газов турбины на выходе:

Во-первых,мыначнемсреакции,происходящейвреформере:

Применениепервогозаконакреформатору:

ВрасчетахИспользовалисьследующиетермодинамическиесвойства:

Энтальпия пластов	Удельная теплота

Принимая условия окружающей среды в качестве опорной температуры, тепло, подводимоек реформеру,рассчитываетсякак:
Q_R ⁼^78,820^кДж^на^кМоль^CH₄

На каждый кмоль метана, подаваемого в реформер, необходимо подвести 78820 кДж тепла, чтобы произошел реформинг метана с воздухом.
Далее мы проанализируем воздушный компрессор, используя соотношения из главы 5. Температура на выходе компрессора рассчитывается как:

Аналогично,первыйзаконприменяетсянаодномконцетеплообменника:

Обратите внимание, что смесь реформата должна выходить из HX при температуре 673 К (а не 573 К, как ошибочно указано в постановке задачи).

Q_HEx^{= 59}^,^{107 кДж на кМоль CH}₄

Применениепервогозаконанадругомконцетеплообменникадаетуравнение1:

Анализируяреакторсдвига,мыотмечаемпроисходящуюреакцию:

Попервому закону:

Q_s⁼^{-105,127 кДж}^на^кМоль^CH4
Потребность в тепле реактора сдвига составляет -105,127 кДж на каждый кМоль метана.

Дляанализакомпрессорасепараторасначаланужноопределитьудельнуютеплотугазовой смеси:

Рассчитываетсяработа,необходимаядлявыполненияпроцесса:

W_SC^{= 63,005}^кДж^{на кмоль CH}₄
Следующийшаг-анализгорения.Начнемстого,чтоотметимпроисходящуюреакцию:

Попервому законуполучаемуравнение2:

^О^б^ъ^еди^ни^в^у^равн^е^ни^я¹^и²^,^мо^ж^н^о^ре^шить^не^и^з^в^ес^т^н^ы^е^a^и^:

a= 5.238

⁼⁷³²^.^{1 K}

Анализгазовойтурбины:

W_T⁼^530,521^кДж^на^{кмоль CH}4

Чистаяработа,произведеннаяцикломмощности,можетбытьрассчитанасогласно:

Где :
⁼²⁸²^,⁷⁰⁷^к^Д^ж^{на к}^м^о^л^ь^CH4

Поэтому:

^{= 530,521}^-^282,707^-^63,005⁼^184,809^кДж^{на кмоль}^CH4

На каждый кмоль метана, используемого в системе, вырабатывается 184,809 кДж чистой энергии.

Такимобразом,термическийКПДэнергетическогоцикла получаетсяследующимобразом:

Чтобыопределитьтемпературу выхлопатурбины,запишемследующееуравнение:

Поэтому:

⁼⁸⁵⁶^.^{4 K}

Тепловая эффективность довольно низкая; это простой цикл. Низкая эффективность объясняется низким коэффициентом давления и более низкой максимальной температурой в газотурбинном цикле, разделением CO2 и несколькими необратимостями теплообмена в компонентах теплообмена.

Добавление парового цикла в качестве нижнего цикла может повысить эффективность.

Проблема 2 (60%)

Определите состав химического цикла и отходящего потока топлива на выходе из восстановительного реактора:

Начнемстого,чтохимическаяреакцияпроисходитввосстановительномреакторе:

Обратите внимание, что поток отработанного топлива представляет собой СO₂ + 5H2O.

Обозначимкакколичествомолей,поступающихвреакторокисления:

Используяопределениестепениреакции:

^{Учитывая,}^чтоM_NiO⁼^74,7^{кг/кмоль}^иM_Ni⁼^58,7^{кг/кмоль,}^и^решая^для^a^,^{получаем:}

a = 5.714
Другими словами, 70% NiO, поступающего в восстановительный реактор, вступает в реакцию с одним молем метана. Таким образом, 5,714 моль NiO поступает в восстановительный реактор, а 1,714 моль NiO остается непрореагировавшим.
Отметим,чтомассовоесоотношениеNiOиYSZсоставляет3:2,когда=1:

ледовательно, число молей ZrO2 равно , а химический состав _цик_л_а_равен

Определите состав химического цикла и воздушного потока на выходе из реактора окисления:

Состав химического контура в восстановительный реактор включает только NiO, поскольку

^XOx⁼^1.^Весь^Ni^{окисляется}^до^NiO^в^{окислительном}^{реакторе,}^и^состав^{задается:}

⁵^.⁷¹^{4 NiO}₍_S₎ ⁺²^.^3ZrO2₍_S₎
Для воздушного потока: 4^NiO₍_S₎ + 2^O2 → 4^NiO₍_S₎. Таким образом, _на_{окисление}_Ni(s)расходуется ²^моль^O2^(из^{6 поступивших)}Состав выходящего воздушного потока таков:
⁴^O² ⁺^22.56N₂

Определите температуру воздуха на входе в реактор окисления:

Применениепервогозаконакреакторуокисления:

Экзотермическая энтальпия реакции используется для нагрева реактивов до температуры реактора окисления, 1500K. Решение вышеприведенной задачи дает:
T = 759.5 K

Определите температуру химического цикла на входе в восстановительный реактор:

Применениепервогозаконаквосстановительномуреактору:

Входящий поток охлаждается до 900 К за счет эндотермической реакции восстановления и нагревания потока топлива до 900 К. Решая вышеприведенное уравнение, получаем:
T = 1246 K

Определите температуру на выходе из теплообменника 2:

Применениепервогозаконактеплообменнику2дает:

Решив для температуры выхода, получаем:
T = 1392 K

Определите тепловой КПД установки со 100% степенью извлечения CO₂, ^{предполагая}работу сжижения 20 кДж на моль метана:

ТепловойКПДустановкирассчитываетсякак:

Вэтомрасчетемыотмечаем(удельныетеплотырассчитаныкаквзадаче

Пгу с предварительным отделением CO2. Закона к реформатору в расчетах Использовались следующие термодинамические

Проблема 2 (60%)

Обратите внимание, что поток отработанного топлива представляет собой СO2 + 5H2O.

Определите температуру воздуха на входе в реактор окисления:

Определите температуру химического цикла на входе в восстановительный реактор:

Определите температуру на выходе из теплообменника 2:

Обратите внимание, что поток отработанного топлива представляет собой СO₂ + 5H2O.