Лекція №6 Паротурбіні установки

1.Принціпова схема паротурбінної установки та цикл Ренкіна.

2.Шляхи покращення ККД паросилових установок.

3. Теплофікаційний цикл.

4.Поняття про атомні електростанції:

- принципові схеми АЕС;

- ядерні реактори.

Література

1.Драганов Б.Х. та інші Теплотехніка: Підручник.-Київ;«ІНКОС»,2005.-504с.

2.Корець М.С. Машинознавство, К., Знання України, 2001.-С

3.Алексеев Г.Н. Общая теплотехніка.-М.: Высшая школа.- 1980._552с.

4.Нащокин В.В. Техническая термодинаміка и теплопередача-М.: Высшая школа, 1978-496с.

5.Термодинамика /Н.М. Беляев.- К.: Вища школа.1987.-344с

6.Теплотехника / А.П. Баскаков и др. –М.: Энергоиздат, 1982._264с.

1.Принціпові схеми та цикли паротурбінних установок

Паросилова установка складається з котла 1 (рис.1) з пароперегрівником 2, парової турбіни 3, конденсатора 5, циркуляційного насоса 6.

Рис. 1. Схема паросилової установки:

1 - паровий котел; 2 - пароперегрівник; 3 - парова турбіна;

4 – електрогенератор; 5 - конденсатор; 6 - циркуляційний насос.

У паровому котлі вода перетворюється в суху насичену пару, і в пароперегрівнику ця пара перегрівається до високої температури. У паровій турбіні пар використається як робоче тіло, що діє на робоче колесо, приводячи його в обертання. У конденсаторі пара, що відробила в турбіні, конденсується й перетворюється у воду. Для цього циркуляційні насоси прокачують через конденсатор холодну воду з ріки або градирні. Живильні насос призначений для подачі конденсату, що утворився, у паровий котел. Така паросилова установка називається конденсаційної.

Стан води в конденсаторі визначається тиском р₂ та температурою Т₂. У котлі вода підігрівається до кипіння й перетворюється в перегріту пару з температурою T₁ при тиску р₁. Розширюючись, перегрітий пара робить роботу в турбіні, при цьому його параметри зміняться від p₁ ,T₁ до p₂ ,T₂, тобто до значень, що відповідають параметрам у конденсаторі.

Для оцінки ефективності роботи паросилових установок з термодинамічної точки зору розглянемо їх ідеальні цикли. Ідеальним циклом паросилової установки є цикл Ренкина, у якому передбачається, що всі елементи установки працюють ідеально, тобто без втрат теплоти.

Цикл Ренкіна

На рис.2. у координатах Т-s показаний ідеальний цикл паросилової установки, що одержав назву циклу Ренкіна. Точка 3 відповідає стану конденсату при виході з конденсатора. Так як конденсат має температуру насичення t_н, що відповідає тиску пари в конденсаторі, то точка 3 лежить на нижній прикордонній кривій. Процес стиску води в насосі через нестисливість рідини та сталість температури цього процесу, можна вважати ізохорним та ізотермічним. Кінцевий стан води в результаті цього процесу визначається тиском p₁ у котлі, майже незмінним питомим об’ємом ₃ і температурою насичення при р=р₁ .

Рис.2. Цикл Ренкіна:

а)- цикл в Т-S діаграмі; б)- цикл в І-S діаграмі: (1-2)- адіабатне розширення в паровий турбіні;(2-3)- конденсація пари; (3-4-5-6)- нагрів, випаровування та перегрів пари в котлі.

У координатах Т-S цій процес збігаються у точку 3, тому що температура й ентропія води в результаті стиску в насосі залишаються незмінними. Ізобарний підігрів води до кипіння (лінія3-4), процес пароутворення (лінія4-5) і перегрів отриманої пари до температури Т₁ здійснюються в котлі. Перегріта пара, стан якого характеризується точкою 1, надходить у турбіну, де адіабатне розширюється до тиску р₂ у конденсаторі (адіабата 1-2). Так як пара в результаті розширення стає вологою, то точка 2 знаходиться лівіше верхній прикордонній кривій. Конденсація пари, що відбуває при незмінному тиску в конденсаторі, зобразиться лінією 2-3.

Корисна робота циклу зобразиться площею S₁₂₃₄₅₁ . З діаграми Т-s видно, що кількість теплоти, необхідне для одержання 1 кг пари з температурою перегріву Т_п =Т₁ ,визначається сумою площею:

q₁ =S_3'34512'.

Кількість теплоти q₂, відведене від 1 кг робочого тіла в конденсаторі, зображується площею S_2'233'. Корисно використовувана теплота q₁—q₂ визначається площею, обмеженої контурами циклу на діаграмі. Ця площа може бути виражена як різниця площ S_3'34512' і S_2'233'. . Площу S_3'34512' можна представити різницею i₁ – i₃, а площа S_2'233'. — різницею i₂ — i₃ . Таким чином, різниця цих площ може бути представлена як

i₁ — i₃ — i₂ + i₃ = i₁ — i₂,

де i₁ — ентальпія перегрітої пари перед турбіною; i₂ — ентальпія відпрацьованої пари наприкінці адіабатного розширення, тобто перед входом у конденсатор. З іншого боку, q₁ можна виразити як:

q₁ = i₁ — i₃

де i₃ — ентальпія конденсату при виході з конденсатора. Термічний КПД циклу в цьому випадку

(8.1)

Всі величини, що входять у це вираження, легко визначаються за таблицям та діаграмами водяної пари.

Про економічність циклу паросилової установки дозволяє судити питома витрата пари — витрата пари в кілограмах, що доводиться на виробіток 1 кВт·год енергії. Так як кожний кіло­грам пара здійснює в ідеальному двигунові (i₁ — i₂) кДж/кг роботи, то витрати пара, кг/(кВт·год),

. (8.3)