3. Принцип роботи паросилових установок

Паросилова установка призначена для вироблення з води робочого тіла — водяної пари — і перетворення теплової енергії в механічну.

Паросилова установка складається з таких основних елементів, як живильний бак, живильний насос, паровий котел з пароперегрівником,

36

паропровід, паровий двигун (парова поршнева машина чи парова турбіна) і конденсатор з циркуляційним і конденсатним насосами.

Діє паросилова установка так. Воду з живильного бака ЖБ при атмосферному тиску засмоктує живильний насос ЖН і під тиском, що дорівнює тиску в котлі, подає в котел К, де вона підігрівається продуктами згоряння палива і перетворюється на насичену злегка зволожену пару. Проходячи далі крізь пароперегрівник Пп, що є складовим елементом котла, пара досушується і перегрівається під тиском, таким, як і в котлі, і по паропроводу Пр надходить до парового двигуна Дв, де в результаті розширення пари відбувається перетворення деякої кількості її теплової енергії в роботу — механічну енергію.

Для збільшення частки тепла пари, що перетворюється в роботу, спрацьована пара з двигуна випускається в конденсатор Кд, де підтримуеться певний вакуум — низький тиск (для парових машин 0,1—0,15 бар, для парових турбін 0,03—0,05 бар). Дія конденсатора полягає в тому, що циркуляційний насос Ц.Н засмоктує і проганяє по змійовику холодну воду. Спрацьована пара, стикаючись з холодними стінками змійовика, конденсується (перетворюється в рідину конденсат) і, різко зменшуючись в об'ємі, створює в конденсаторі розрідження. Цим забезпечується глибоке розширення пари в двигуні і підвищення його коефіцієнта корисної дії.

Конденсатний насос КдН перекачуе конденсат у живильний бак Ж.Б.

4. Ідеальні цикли паросилових установок

37

Для вивчення циклу паросилової установки треба з'ясувати процеси, які впливають на стан робочого тіла. Тому спростимо схему, виключивши ті елементи, в яких не відбуваються зміни стану робочого тіла, а також ті, що безпосередньо не відносяться до робочого тіла.

Цикл Ренкіна

За спрощеною схемою паросилової установки, наведеною на рис.37,б розглядається цикл Ренкіна. Для дослідження циклу паросилової установки зобразимо кругові замкнуті процеси зміни стану робочого тіла на pv-діаграмі, на якій наперед нанесені пунктиром нижня (х = 0) та верхня (х = 1) межові криві.

Нехай початковий стан робочого тіла — конденсат (вода), одержаний в конденсаторі. Цьому стану відповідає точка 3, що лежить на нижній межовій кривій і на ізобарі-ізотермі насичення при тиску такому, як у конденсаторі. Кінцевий стан конденсату (води) піcля стиску його в насосі до такого тиску, як у котлі, зобразиться точкою 4, що лежить лівіше від нижньої межової кривої. Враховуючи те, що конденсат (вода) майже не стискається і що об'єм рідини під час стиску в насосі не змінюється, процес 3 4 можна вважати ізохорним. У котлі вода нагрівається по ізобарі 4 5 до температури кипіння (насичення) при такому тиску, як І в котлі. Після цього по ізобарі-ізотермі 5 6 у котлі відбувається процес пароутворення, а в пароперегрівнику по ізобарі 6 1 і при тиску, такому, як у котлі, пара перегрівається. В такому стані (точка 1) пара надходить у двигун, де вона розширюється по адіабаті 12. В кінці розширення (точка 2) тиск знижується до тиску в конденсаторі. Процес конденсації пари відбувається по ізобарі-ізотермі 2 3, і робоче тіло повертається в початковий стан (точка 3).

Якщо вважати, що об'єм конденсату (води) безмежно малий порівняно до об'єму пари, об'ємом конденсату можна знехтувати (v₃=v₄= 0) і допустити, що нижня межова крива збігається з віссю ординат. При цьому цикл паросилової установки спроститься і матиме вигляд, зображений на рис. б.

Описаний вище оборотний цикл ідеальної паросилової установки, в якій не враховуються механічні й теплові втрати, називають циклом Ренкіна.

Тепло, підведене до робочого тіла з верхнього джерела (котла), становитиме:

Тепло, відведене від робочого тіла у нижнє джерело чи охолодник (винесене водою, що циркулює в змійовику конденсатора)

Корисне тепло циклу Ренкіна — це різниця підведеного й відведеного тепла, тобто

Термічний ккд циклу – це відношення корисного тепла до підведеного:

(10.4)

38

Крім термічного коефіцієнта корисної дії другою важливою характеристикою циклу паросилової установки є питома витрата пари (d₀), тобто кількість пари, яку треба пропустити через двигун для одержання 1 МДж енергії.

Для ідеальної паросилової установки питому витрату пари визначають за формулою:

Шляхи підвищення економічності циклу паросилової установки

Термічний к. к. д. паросилової установки, що працює за циклом Ренкіна, зростає зі збільшенням температури пари перед двигуном.

Термічний к.к.д. циклу Ренкіна буде тим більший, чим вищий тиск р₁ свіжої пари перед двигуном.

Чим менший тиск спрацьованої пари, тобто тиск пари за двигуном (у конденсаторі), тим вищий термічний к.к.д. циклу Ренкіна.

Для підвищення економічності паросилових установок і використання тепла охолодної води застосовують комбінований процес вироблення паросиловими установками електричної і теплової енергії, який називають теплофікацією. Електричні станції, в яких здійснюється цей процес, називаються теплоелектроцентралями (ТЕЦ). Паросилові установки, встановлені на теплоелектроцентралях, ви­робляють для споживачів електричну енергію і теплову енергію у вигляді пари чи гарячої води для виробничих і побутових потреб.

Залежно від особливостей теплопостачання споживачів на ТЕЦ встановлюють парові турбіни різних конструкцій.

При постійній потребі споживачів у теплоносії, що надходить у вигляді пари, застосовують протитискові турбіни, в яких вся спрацьована пара під тиском р₂, вищим, ніж у конденсаційних турбінах, відводиться для теплофікаційних потреб. Отже, при використанні протитискових турбін конденсатори не встановлюють.

Якщо споживач потребує періодичного теплопостачання (наприклад, для опалювання приміщень у зимовий період), на ТЕЦ застосовують турбіни з погіршеним вакуумом, що можуть працювати зі змінним (у порівняно невеликому інтервалі) кінцевим тиском парй р₂. ТЕЦ з такими турбінами у різні періоди працюють так. У періоди, коли тепло для теплофікації не потрібне, турбіни працюють як конденсаційні з дуже низьким тиском р₂, а ТЕЦ у цей час виробляє тільки електричну енергію. В періоди, коли виникає потреба в постачанні споживачів гарячою водою для опалювання приміщень, тиск спрацьованої пари р₂ підвищують. Цим забезпечується підвищення температури охолодної води, що циркулює в змійовику конденсатора і використовується для теплофікаційних потреб.

Проте на теплових електростанціях найчастіше застосовують турбіни з відбором пари, в яких передбачена можливість відбору пари в різних місцях на шляху проходження в турбіні! Звичайно для цього обладнують одне або два місця відбору пари з потрібним тиском. Пару відбирають тільки тоді, коли в цьому є потреба споживачів. Решту часу турбіна працює як конденсаційна і виробляє тільки електричну енергію.

Теплофікація має величезне народногосподарське значення, оскільки при цьому різко зростає економічність паросилових установок. Використання тепла палива в теплофікаційних установках досягає 70%, тобто в два рази перевищує цей показник для установок, що працюють без теплофікації