Лекция №2. Тепловой цикл паротурбинной установки

И показатели ее экономичности. Особенности турбоустановок аэс

2.1. Тепловой цикл паротурбинной установки тэс и показатель ее термодинамической эффективности

Энергетический процесс современных паротурбинных установок (ПТУ) основан на использовании термодинамического цикл Ренкина с полной конденсацией отработавшего в турбине водяного пара. Схема простейшей теплоэнергетической установки, посредством которой реализуется данный цикл, представлена на рис. 2.1, а на рис. 2.2 приведен идеальный цикл Ренкина в Т,s-диаграмме. Обозначения термодинамических параметров в соответствующих узлах и точках цикла (давление р, МПа (кПа), температура t,^оС) и параметра теплового состояния рабочих сред (удельные энтальпия h, кДж/кг и энтропия s, кДж/(кг-К)) даны на представленных рисунках. Там же показаны расходы пара G₀, кг/с в паровую турбину и теплоты Q₀, кДж/ч перед ней.

Рис. 2.1. Простейшая схема ПТУ Рис. 2.2. Идеальный цикл ПТУ в Т,s-диаграмме

Сокращенные обозначения основного оборудования ПТУ и краткая характеристика происходящих в ней процессов следующие:

ПТ – паровая турбина, в которой в процессе расширения пара его тепловая энергия преобразуется в механическую энергию вращающегося ротора с передачей на ротор электрогенератора (ЭГ) работы турбины L_т - процесс 1-2;

К_Р – конденсатор турбоустановки, в котором отработавший в турбине пар конденсируется при постоянном давлении р_к и отдает теплоту Q_к охлаждающей воде (на рис. 2.1 представлено как удельное количество теплоты q₂, кДж/кг) – процесс 2-2¹;

ПН - питательный насос, в котором осуществляется адиабатное сжатие питательной воды (процесс 2¹-3 при затрате работы L_н на сжатие 1 кг воды);

К – энергетический котел (далее котел), в котором в процессе подвода теплоты при сгорании органического топлива (на рис. 2.1 представлено как удельное количество подводимой теплоты q₁, кДж/кг) осуществляется подогрев воды до температуры кипения (процесс 3-3¹), ее испарение (процесс 3¹-4) и перегрев водяного пара (процесс 4-1).

Эффективность цикла Ренкина с подводом q₁ и отводом q₂ удельных количеств теплоты определяется его термическим КПД

(2.1)

где h₀ - энтальпия водяного пара перед турбиной; h_пв - энтальпия питательной воды; h_2t - энтальпия пара после турбины при изоэнтропийном расширении в ее проточной части; h_к¹- энтальпия конденсата за конденсатором ПТУ; Н₀ = h₀ - h_2t - располагаемый теплоперепад турбины; Н_пн = h_пв - h_к¹ - подогрев питательной воды в адиабатном процессе ее сжатия, который эквивалентен работе, затрачиваемой на повышение давления в питательном насосе; Q₀¹= h₀ - h_к¹- расход теплоты без учета подогрева воды в данном насосе.

Термический КПД цикла без учета подогрева воды в питательном насосе

(2.2)

Термический КПД идеальной паротурбинной установки (рис. 2.1) можно выразить и через отношение полезной теоретической работы 1 кг пара в цикле L к теплоте, переданной 1 кг рабочей среды в котле (q₁= h₀ - h_пв), следующим образом:

. (2.3)

Располагаемый теплоперепад турбины Н₀ расходуется на производство электроэнергии и приводные двигатели установок собственных нужд, среди которых основной составляющей является расход энергии на привод питательного насоса.