Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Проектирование и эксплуатация турбин АЭС» для специальности 1-43 01 08 «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций»

T

Рис 1.10 Термодинамический цикл ПТУ на насыщенном паре

Подведенная теплота q1 описывается площадью фигуры 12a’bc1, тогда как отведенная теплота в конденсаторе q2 описывается площадью фигуры

12ak1.

Исходя из данных рис. 1.8 подведенную теплоту к рабочему телу в паропроизводящей установки q1 и отведенную теплоту в конденсаторе q2 можно выразить через формулы (1.1) и (1.2):

где h0 – энтальпия свежего пара, кДж/кг; hп.в – энтальпия питательной воды, кДж/кг;

hкt – энтальпия отработавшего пара, поступающего в конденсатор, кДж/кг;

h'к – энтальпия основного конденсата, кДж/кг.

Полезная теоретическая работа, осуществляемая 1 кг пара, равна разности между подведенной и отведенной теплотой (1.3):

Разность энтальпий h0 – hкt представляет собой работу, производимую 1 кг пара в идеальной турбине (располагаемый теплоперепад), а разность энтальпий hп.в – h'к представляет собой работу, затрачиваемую на сжатие 1 кг воды в питательном насосе.

22

Полезная теоретическая работа, совершаемая 1 кг пара, эквивалентна площади фигуры aa’bcka на рис 1.10. Отношение этой работы к подведенной теплоте называется термическим, КПД идеальной установки (1.4):

Как видно из вышеприведенного выражения, при расчете термического КПД учитывается сжатие рабочего тела в питательном насосе. В действительности вклад этого процесса составляет малую долю при расчете КПД, поэтому можно это не учитывать в дальнейшем, и тогда получим выражение (1.5):

где H0 – располагаемый (теоретический) теплоперепад в турбине, кДж/кг.

Рассмотрим процесс расширения пара в турбине в h,s – диаграмме (рис.

1.11).

Рис. 1.11 – Построение процесса расширения пара в турбине в h,s – диаграмме

Значение располагаемого теплоперепада H0 удобно определить с помощью h,s – диаграммы. Для этого необходимо определить начальную энтальпию

23

Рис 1.12 Действительный тепловой цикл в T,s – диаграмме

В результате увеличения энтропии отработавшего пара при неизменном давлении энтальпия его повышается, разность начальной и конечной энтальпий, представляющая собой действительную работу, производимую 1 кг пара в турбине, соответственно уменьшается и становится равной (1.7):

Действительную работу, которую совершает 1 кг пара внутри турбины, принято называть использованным (действительным) теплоперепадом Hi турбины.

Отношение действительного теплового перепада к располагаемому

Отношение действительного теплового перепада к подведенной энергии q1 называется абсолютным внутренним КПД турбоустановки (1.9):

Так же можно выразить данный КПД через мощности, умножив на расход рабочего тела G (1.10):

где Ni – внутренняя мощность турбины;

Q – тепловая мощность котла (парогенератора);

Эффективная мощность Ne, которая может быть передана валу приводимой машины, меньше внутренней мощности Ni на величину механических потерь

Nм турбины (потери в подшипниках и на привод маслонаcоса) (1.11):

Отношение эффективной мощности к внутренней называется механическим КПД турбины (1.12):

Отношение эффективной мощности к теоретической называется относительным эффективным КПД турбины (1.14):

25

Отношение эффективной мощности турбины к расходуемому количеству теплоты, подведенной в котле, называется абсолютным эффективным КПД турбоустановки (1.15):

Отношение мощности на зажимах электрического генератора Nэ к эффективной мощности Ne называется КПД электрического генератора (1.16):

Отношение электрической мощности генератора к теоретической мощности идеальной турбины называется относительным электрическим КПД турбоагрегата (1.17):

В целом стоит отметить, что величина абсолютного электрического КПД ηэ не характеризует эффективности всей электрической станции в целом, так как не учитывает потерь тепла в парогенераторе, расхода энергии: на привода насосов, которая является основной составляющей так называемых собственных нужд станции, потерь давления в трубопроводах и т.д. Иногда подсчитывают абсолютный электрический КПД турбинной установки «нетто», вычитая из мощности агрегата мощность, необходимую для привода питательного насоса (1.19):

где Qту = G0(h0 – h'к) – тепловая мощность, подведенная в цикле ко всему рабочему телу, МВт.

Из формулы следует (1.18), что существуют два пути повышения экономичности турбоустановки.

Первый путь направлен на увеличение термического КПД цикла за счет повышения разности средней температуры подвода теплоты в паропроизводящей установик и температуры, при которой отводится теплота в конденсаторе.

26

Второй путь заключается в совершенствовании конструкций турбины и генератора, главным образом в уменьшении потерь в проточной части турбины, механических потерь и потерь в генераторе.

Классификация КПД и мощностей турбин и турбинных установок приведена в табл. 1.2

Таблица 1.2

Мощности и КПД турбин и турбинных установок

Как отмечалось ранее эффективность электрической станции в целом необходимо дополнительно учитывать потери теплоты в котле (парогенераторе), расход энергии на привод питательных насосов, потери давления и теплоты в паропроводах и др.

Одним из показателей эффективности является удельный расход пара на выработку 1 кВт∙ч электроэнергии составляет (1.20):

Экономичность конденсационных турбоустановок, кДж/(кВт∙ч), как правило, оценивается по удельному расходу теплоты на один выработанный ки- ловатт-час и подсчитывается по формуле (1.21):

ηэ

1.8 Влияние начальных и конечных параметров цикла на КПД турбины

Как было отмечено ранее, повысить эффективность преобразование подведенной к установке теплоты в первую очередь можно путем увеличения термического КПД.

27

В цикле Ренкина подвод теплоты при нагреве питательной воды до температуры насыщения, при ее испарении, и, при цикле перегретого пара, осуществляется при разных температурах. Отвод же теплоты в конденсаторе в зоне влажного пара в этом цикле, как и в цикле Карно, происходит при постоянной температуре Tк. Чтобы заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно, достаточно переменную температуру T на участке подвода теплоты заменить эквивалентной температурой Тэ, при которой площадь фигуры, ограниченной контуром эквивалентного цикла будет равна площади фигуры, ограниченной контуром цикла Ренкина, т.е. КПД цикла Ренкина ηt будет равен КПД эквивалентного цикла Карно ηк (1.22):

Из выражения (1.22) можно выразить эквивалентную температуру (1.23):

С помощью данной величины можно сделать вывод о влиянии начальных и конечных параметров на КПД цикла.

1.8.1 Влияние давления свежего пара на КПД

Если при неизменных температурах отработавшего Tк и свежего T0 пара повысить начальное давление пара р0, то вследствие повышения температуры насыщения возрастает эквивалентная температура подвода теплоты Тэ до Тэ1 (рис. 1.13), то согласно формуле (1.22) это приведет к увеличению абсолютного КПД цикла.

28