Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы

Жылуэнергетика факультеті

Студенттің өзіндік жұмысы

Орындаған: ТЭк12-02 группасының

студенті Абилхасанова А.

Қабылдаған: Муханова Д.

Алматы 2013

Паротурбинная установка — это непрерывно действующий тепловой агрегат, рабочим телом которого является вода и водяной пар. Паротурбинная установка является механизмом для преобразования потенциальной энергии сжатого и нагретого до высокотемпературы пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Включает в себя паровую турбину и вспомогательное оборудование. Паротурбинные установки используются для привода турбогенератора на тепловых и атомных электростанциях. На электрической станции механическая энергия превращается в электрическую энергию с помощью электрического генератора. Принципиальная схема паротурбинной установки для привода электрогенератора изображена на рисунке.

Свежий пар из котельного агрегата (1), где он получил тепло от сгорания топлива, поступает в турбину (2) и, расширяясь в ней, совершает механическую работу, вращая роторэлектрогенератора (3). После выхода из турбины, пар поступает в конденсатор (4), где происходит его конденсация. Конденсат отработавшего в турбине пара при помощи конденсатного насоса (5) проходит через подогреватель низкого давления (ПНД) (6) в деаэратор (7). Из деаэратора питательный насос (8) подаёт воду через подогреватель высокого давления (ПВД) (9) в котельный агрегат. Подогреватели (6) и (9) и деаэратор (7) образуют систему регенеративного подогрева питательной воды, которая использует пар из нерегулируемых отборов паровой турбины.

В термодинамике цикл Карно или процесс Карно — это обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двухизотермических процессов. В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу и обменивается теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником. Цикл Карно назван в честь французского учёного и инженера Сади Карно, который впервые его описал в своём сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» в 1824 году. Поскольку обратимые процессы могут осуществляться лишь с бесконечно малой скоростью, мощность тепловой машины в цикле Карно равна нулю. Мощность реальных тепловых машин не может быть равна нулю, поэтому реальные процессы могут приближаться к идеальному обратимому процессу Карно только с большей или меньшей степенью точности. В цикле Карно тепловая машина преобразует теплоту в работу с максимально возможным коэффициентом полезного действия из всех тепловых машин, у которых максимальная и минимальная температуры в рабочем цикле совпадают соответственно с температурами нагревателя и холодильника в цикле Карно.

Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно

.

Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдаёт холодильнику

.

Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

.

Цикл Ренкина — термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью водяного пара. Цикл Ренкина был предложен в середине XIX века инженером и физиком У. Ренкином. Термодинамические исследования цикла Ренкина показывают, что его эффективность в большей степени зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара.

.

В так называемом Органическом цикле Ренкина вместо воды и водяного пара используются органические жидкости, например н-пентан или толуол. За счет этого становится возможным использовать источники тепла, имеющие низкую температуру, например солнечные пруды (Solar pond), которые обычно нагреваются до 70–90 °C. Термодинамическая эффективность подобного варианта цикла невелика из-за низких температур, однако низкотемпературные источники тепла значительно дешевле высокотемпературных. Также цикл Ренкина может быть использован с жидкостями, имеющими более высокую температуру кипения, чем вода, для получения большей эффективности. Примером таких машин является турбина, работающая на парах ртути, используемая как высокотемпературная часть в ртутно-водяном бинарном цикле Ртутнопаровая турбина.

2. Действительный цикл паротурбинной установки.

Термический КПД обратимого цикла Ренкина характеризует максимальную степень преобразования теплоты в работу в этом цикле. В действительности же все процессы цикла неизбежно сопровождаются некоторыми потерями. Из них прежде всего следует учесть потери вследствие трения при течении потока пара в соплах и на лопатках турбины, а также при сжатии воды в насосе. При наличии трения эти процессы являются необратимыми и следовательно весь цикл становится необратимым. Согласно второму закону термодинамики для необратимых процессов справедливо соотношение ds >dq/T. Поэтому действительный процесс адиабатного (dq =0) расширения пара в турбине сопровождается ростом энтропии (ds >0) и в T,s –диаграмме, он изображается линией 1 –2д. Действительный процесс адиабатного сжатия воды в насосе также сопровождается ростом энтропии и в T,s –диаграмме он изображается линией 2 -3д.

3. Влияние параметров водяного пара на экономичность цикла пту.

Рассматривая эффективный КПД паротурбинной установки, можно заметить, что наиболее существенную роль в нем играет внутренний КПД цикла. Учитывая, что работа насоса составляет лишь 1 –2% по отношению к работе турбины, приближенно его можно представить как , откуда видно, что его значение определяется величиной термического КПД цикла. Из формулы ясно, что термический КПД, вычисляемый через значения энтальпии водяного пара в характерных точках цикла, являющиеся сложной функцией температуры и давления, в свою очередь зависит от температуры и давления используемого в цикле водяного пара Т =f(p1, t1, p2). При анализе обратимых циклов весьма полезно использование понятия средней температуры подвода (отвода) теплоты, с помощью которого термический кпд любого обратимого цикла можно представить в виде Т =1 – Т2,ср/ Т1,ср . Применим это выражение для анализа зависимости термического КПД от начального давления водяного пара р1 при неизменных начальной температуре t1 и конечном давлении пара р2. У этих циклов одинаковы начальная температура пара t1 и средняя температура отвода теплоты Т2ср. Температура же насыщения, при которой к пару подводится большая часть теплоты, больше в цикле с большим давлением р1 и средняя температура подвода тепла Т1ср в этом цикле больше. Отсюда следует, что термический кпд цикла возрастает при росте начального давления.

4. Цикл паротурбинной установки со вторичным перегревом пара.

В разделе 2 было показано, что возможность повышения термического КПД цикла Ренкина за счет увеличения начального давления пара ограничивается требованием не превысить предельного значения влажности пара в конце расширения в турбине по условию безопасности ее работы. Этого можно избежать, изменив конфигурацию цикла введением вторичного перегрева пара при некотором промежуточном давлении. Схема ПТУ со вторичным перегревом пара показана, а соответствующий oбратимый цикл. В этой установке пар состояния 1 вначале расширяется обратимо адиабатно в части высокого давления турбины (ЧВД) до некоторого промежуточного давления ра (тч.а) после чего возвращается в паровой котел (КА), где при постоянном давлении pa =pb вторично перегревается до температуры Тb, равной или несколько меньшей, чем начальная температура Т1. После этого пар состояния b обратимо адиабатно расширяется в части низкого давления (ЧНД) турбины до давления р2 в конденсаторе (К), затем полностью конденсируется (состояние 2´) и образовавшаяся вода, сжатая обратимо адиабатно в насосе (Н) до начального давления р1, подается в котлоагрегат. Здесь при изобарном подводе теплоты (в данном случае при давлении, большем, чем критическое давление рк) приготавливается пар начальных параметров р1 и Т1 и далее цикл повторяется.