Тема 1.

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 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

Таким образом, подвод теплоты к рабочему телу происходит в 3-х элементах парогенератора (котельного агрегата) и соответственно в 3-х процессах: 3_s–4; 4–5; 5–1. Теплота в котлоагрегате производится в результате сжигания топлива и передается рабочему телу через стенки экономайзера, испарителя и пароперегревателя путем теплопередачи. Топливом обычно являются природный газ, уголь или мазут. Максимальная температура на выходе из пароперегревателя обычно составляет 550-600 ^оС.

Таким образом, с точки зрения термодинамики ПТУ - это тепловой двигатель внешнего сгорания.

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

(3)

4) Уравнение второго закон термодинамики

(4)

5) Уравнение состояния (может применяться для перегретого пара)

. (5)

Применим эту систему (а точнее 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). Кроме того разность кинетических энергий . 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)

или ;

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

.

(3н).

3) Котельный агрегат (парогенератор)

Для парогенератора ; ; ; ; .

Тогда

или . (2_КА)

(3_КА)

(4_КА),

где - средняя температура подвода теплоты.

4) Конденсатор

Для конденсатора ; ; ; ; .

Тогда

или (2_К).

(3_К)

(4_К).