Вопрос 3. Теоретические циклы Ренкина

3.1 Теоретический цикл Ренкина на перегретом паре в р-, Т-s и i-s диаграммах.

1-2_s – процесс изоэнтропного расширения пара в турбине;

2_s-2' - процесс конденсации пара в конденсаторе;

2'-3_s – процесс повышения давления конденсата (воды) в изоэнтропном процессе в питательном насосе;

3_s -4 – подогрев воды в экономайзере до состояния насыщения (кипения);

4-5 – процесс испарения (парообразования) в испарителе (паровом котле);

5-1 – процесс перегрева пара в пароперегревателе.

На диаграммах можно показать удельную работу и удельную теплоту:

3.2 Существуют также цикл Ренкина для сухого насыщенного пара и цикл Ренкина для влажного насыщенного пара.

3.3 Термический к.п.д цикла Ренкина – это отношение полезной работы за цикл к количеству теплоты, подведенной за цикл:

Иногда изменением температуры и энтальпии при повышении давления воды в насосе пренебрегают и принимают и . Тогда

Вопрос 4. Действительный цикл паротурбинной установки

Действительный цикл паротурбинной установки сопровождается потерями при расширении пара в турбине и при повышении давления в насосе за счет трения.

Эти потери учитываются относительным внутренним КПД турбины

и относительным внутренним КПД насоса

.

В этих формулах:

l_T – удельная работа турбины в действительном процессе 1-2

;

l_H – удельная работа, затраченная на повышение давления в действительном процессе в насосе 2'-3

,

где р₂, р₁ – давление на входе и выходе насоса соответственно.

Параметры в точках цикла находятся с использованием i-s диаграммы водяного пара и таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения.

Полезная работа в действительном цикле (внутренняя работа)

Абсолютный внутренний к.п.д. цикла (внутренний к.п.д.) – отношение внутренней работы к количеству теплоты, подведенной в действительном цикле

Так как , то работой насоса можно пренебречь. Тогда получим внутренний к.п.д. цикла в виде

Работа, произведенная турбиной, не может быть полностью использована, так как часть ее расходуется на механические потери в трущихся частях турбины. Поэтому работа, полученная на валу турбины, меньше внутренней работы l_i на величину механических потерь, которые учитываются механическим КПД

,

где l_е – удельная работа, полученная на валу турбины, или эффективная работа.

Произведение внутреннего и механического КПД называется эффективным КПД ПТУ:

Этот КПД определяется также по формуле

,

где - эффективная мощность турбины (мощность на валу турбины);

- низшая теплота сгорания топлива;

- массовый расход пара;

- массовый расход топлива.

Так как преобразование механической энергии в электрическую связано с потерями в электрогенераторе, то вводят понятие КПД электрогенератора

где l_эл – работа 1 кг пара, превращенная в электрическую энергию;

N_эл – электрическая мощность электрогенератора.

Для оценки экономичности паротурбинной установки в целом необходимо знать КПД котельного агрегата _КА, который определяется из уравнения энергетического баланса для котельного агрегата и равен отношению полезно использованной теплоты к теплоте сгорания топлива:

.

Необходимо также знать КПД паропровода _пар, который учитывает потери, обусловленные теплообменом с окружающей средой.

Поэтому КПД паровой электростанции будет равен