Тема 2.
ПАРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ (ПТУ)
Вопрос 1.
Схема и принцип действия паротурбинной установки
Принцип работы ПТУ на перегретом паре.
Перегретый пар после парогенератора поступает в турбину, в которой он расширяется, и давление его уменьшается. Потенциальная энергия давления пара в турбине преобразуется в техническую работу на валу турбины. Эта робота далее может быть преобразована в электроэнергию с помощью электрогенератора или использована для привода различных машин (например: компрессоров, вентиляторов, насосов и т.п.). Расширенный пар после турбины поступает в конденсатор, в котором от него отводится теплота с помощью охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор из окружающей среды конденсатным насосом. В конденсаторе пар конденсируется, превращаясь в жидкость в состоянии насыщения (кипящая жидкость). Эта жидкость питательным насосом подается в парогенератор, состоящий обычно из трех секций: экономайзера (подогревателя воды), испарителя (парового котла), пароперегревателя. В экономайзере вода подогревается до состояния насыщения, в испарителе жидкость испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар, и в пароперегревателе этот пар перегревается до состояния перегретого пара. Затем перегретый пар поступает в турбину и цикл повторяется.
Достоинства ПТУ:
- большой ресурс работы;
- надежность;
- сравнительная простота эксплуатации;
- возможность использования различных топлив.
Недостатки:
- низкая эффективность;
- усложнение конструкции при повышении эффективности;
- необходимость водоподготовки;
- высокая стоимость.
Вопрос 2. Термодинамическая модель элементов пту
ПТУ состоит из элементов, в которых протекают поточные процессы.
Система уравнений поточного процесса.
1) Уравнение неразрывности
(1)
2) Уравнение первого закона термодинамики
(2)
3) Уравнение сохранения механической энергии
-lтех
(3)
4) Уравнение второго закон термодинамики
(4)
5) Уравнение состояния (может применяться для перегретого пара)
.
(5)
Применим уравнения (2),
(3) и (4) к элементам ПТУ: турбине, насосу,
котельному агрегату, конденсатору. Для
всех этих элементов скорости рабочего
тела на входе в элемент и на выходе из
него мало отличаются (с2
с1).
Поэтому можно принять
.
Также разность потенциальных энергий
положения на выходе и входе элементов
и поэтому можно принять
1) Турбина
Для турбины характерен адиабатный
процесс:
.
Кроме того,
;
.
Тогда
(2т)
(3т);
(4т)
Т.е. видно, что хотя процесс адиабатный, но энтропия увеличивается за счет потерь энергии на трение, которые переходят в теплоту (за счет диссипации энергии).
2) Насос
Для насоса:
;
;
;
;
.
Тогда
(2н).
(3н).
(4н)
3) Котельный агрегат (парогенератор)
Для парогенератора
;
;
;
;
.
Тогда
или
(2КА)
(3КА)
(4КА),
где
- средняя температура подвода теплоты.
4) Конденсатор
Для конденсатора
;
;
;
;
.
Тогда
(2К)
(3К)
(4К).