Реферат

Дана курсова робота містить 2 розділи, 9 малюнків, 28 формул і 9 використаних першоджерел.

Метою курсової роботи є підвищення ефективності паротурбінних установок шляхом удосконалення внутрішньої регенерації теплоти відпрацьованих у паровій турбіні, розробка рекомендацій по створенню схем ПТУ, що мають максимальний ККД і забезпечують мінімальне забруднення навколишнього середовища.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

Парогенератор, парогенератор, пара, турбіна, паротурбінна установка, регенеративний цикл, коефіцієнт корисної дії.

Вступ

В даний час переважна частина електроенергії виробляється на теплових електростанціях за допомогою паротурбінних установок з використанням водяної пари.

Теплова паротурбінна електростанція (ТПЕС), теплова електростанція, на якій для приводу електричного генератора використовується парова турбіна (ПТ). Основне призначення ТПЕС, як і будь-якої електростанції, – виробництво електричної енергії.

Необхідний для ПТ пар виробляється в парогенераторі. Використання пари з високими параметрами (тиском і температурою) збільшує питому роботу пари, зменшує витрату пари, тепло і палива, тобто збільшує ККД (коефіцієнт корисної дії) ТПЕС. Як живильна вода для парогенераторів використовують конденсат відпрацьованої в турбіні пари, пором регенеративних відборів турбіни, що підігрівається.

Сучасні ТПЕС працюють по термодинамічному циклу, основою якого служить цикл Ренкіна водяної пари. Необхідний тиск пари забезпечується подачею в парогенератор відповідної кількості що підлягає перетворенню на пару води (за допомогою живильного насоса). Потрібна температура пари досягається його перегрівом в пароперегрівачі парогенератора; в той же час виробляється проміжний перегрів пари: пару з проміжного рівня турбіни відводять в котельну для повторного перегріву, а потім направляють в наступний рівень турбіни. Турбоагрегат і пором, що забезпечує його, парогенератор з їх допоміжним устаткуванням і трубопроводами пари і води утворюють енергоблок ТПЕС.

Економічність енергозбереження електростанції характеризується величиною розрахункових питомих витрат на виробництво електроенергії. Розрахункові питомі витрати визначаються одноразовими (за роки будівництва станції) капіталовкладеннями, а також щорічними витратами виробництва з моменту введення устаткування в експлуатацію і на ТПЕС.

Теоретичним циклом паротурбінних установок є цикл – Ренкіна.

Теоретична частина

1.1. Цикл Карно

Сучасна промислова теплоенергетика базується на використанні паросилових установок (ПСУ). Джерелом енергії в таких установках є теплова енергія продуктів згоряння органічного палива (вугілля, газ та нафтопродукти) або енергія ядерних перетворень важких елементів. Продукти згоряння не виконують ролі робочого тіла. Вони є лише проміжними носіями теплової енергії, яку передають робочому тілу – воді та водяній парі. Основною перевагою води як робочого тіла є те, що вона дешева, легкодоступна, поширена у природі і практично не вступає у взаємодії з матеріалом ПСУ.

Як було показано раніше, здійснити ідеальний цикл Карно в ДВЗ, де ро­бочим тілом є продукти згоряння, неможливо, оскільки процеси теплообміну робочого тіла у циклі відбуваються при змінній температурі. Застосування води як робочого тіла дає можливість побудувати тепловий двигун, що пра­цював би за циклом Карно. Пояснюється це тим, що процеси передачі теплоти можна здійснювати при різних р і і під час фазового перетворення води, тобто при кипінні і конденсації, що є ізобарично-ізотермічними.

Як відомо, цикл Карно складається із двох ізотерм і двох адіабат. Розгля­немо, якими властивостями повинно володіти робоче тіло, щоб задовольнити побудову циклу Карно. Так, температура передачі теплоти від гарячого джерела має бути максимально можливою, що визначається міцністю мате­ріалу лопаток турбіни і теплофізичними властивостями води. Сучасний рівень техніки матеріалознавства дає можливість у разі лопаток із звичайних сталей застосовувати температуру пари до 575 °С, а у разі лопаток із нержавіючих сталей – до 600-650 °С.

З другого боку за цієї температури робоче тіло повинно мати достатньо велику теплоту фазового перетворення, яка, як відомо, з ростом температури зменшується і при критичній температурі дорівнює нулю. Одночасно з ростом температури насичення росте і тиск, що призводить до необхідності обвантаження і ускладнення конструкції установок. Виходячи із цих міркувань, максимальним тиском вважається тиск до 30 МПа.

Рис. 3. Принципова схема та цикл Карно паросилової установки

Температура відведення теплоти тісно пов'язана з температурою навколишнього середовища, що є холодним джерелом. Тому температура потрійної точки води повинна бути не вище температури навколишнього сере­довища, тобто вода має бути в рідкому стані. Таким чином, використовуючи вологу пару, можна побудувати цикл Карно, в якому підведення і відведення теплоти відбуваються в ізотермічних умовах при температурах і .

Розглянемо принципову схему паросилової установки (рис. 3, а), що працює за циклом Карно, і його зображення в координата p-v і T-s (рис. 3, б, в). Характерні точки циклу нанесені на схемі в кружечках у відповідних місцях.

Для здійснення такого оборотного циклу процес передачі теплоти відбувається у паровому котлі ПК за ізобарично-ізотермічних умов (лінія 4-1). Суха насичена пара (точка 1) з параметрами і надходить у парову турбіну ПТ. У турбіні відбувається адіабатичне розширення водяної пари (лінія 1-2), завдяки чому виконується корисна робота, яка перетворюється в електричну енергію в генераторі Г. При цьому температура і тиск знижуються до значень та , а ступінь сухості зменшується від 1 до . З такими параметрами пара надходить в конденсатор К, де, охолоджуючись водою ОБ, віддає деяку кількість теплоти частково конденсується при постійних і . Ступінь сухості при цьому зменшується від до . 3 такими параметрами волога водяна пара подається до компресора КМ, де адіабатично стискується (лінія 3-4). Кількість відведеної теплоти і ступінь сухості мають бути такими, щоб при стисненні в компресорі не вийти за межі насиченого стану (точка 4). Потім пара надходить у паровий котел і цикл замикається.

Визначимо термічний ККД такого циклу. Значення температури гарячого джерела визначається критичною температурою води (374,15 °С) і для розрахунків може бути прийнятою 350 °С, що відповідає тиску = 16,5 МПа. Нижня температура визначається параметрами потрійної точки, середньорічною температурою повітря у даній місцевості й умовами теплообміну. Для забезпечення надійного теплообміну температура водяної пари в конденса­торі повинна бути хоч на 10 °С вище середньорічної. Розрахунки показують, що для наших умов = 30 °С. Тиск, що відповідає цій температурі, ~ 0,004 МПа. Тоді

(1.1)

Як бачимо, термічний ККД циклу Карно за таких умов має достатньо велике значення. Тепер розглянемо технічні можливості створення такої установки. При адіабатичному розширенні сухої насиченої пари із точки 1 (=16,5 МПа, = 350 °С) до тиску = 0,004 МПа вологість її збільшується приблизно до 41 %, що негативно впливає на роботу парової турбіни. В процесі конденса­ції вологість пари підвищується приблизно до 58 %. Тому компресор буде працювати за ще важчих умов. Якщо розрахувати роботу адіабатичного стиснення компресора за цих умов (площа 3-4---3, рис 5, б), то вона не набагато менша за роботу турбіни. Тобто на процес стиснення необхідно витратити таку ж роботу, яку практично отримують у циклі. Це є основною причиною, чому недоцільно будувати паросилову установку за циклом Карно.

Зниження початкового тиску і підвищення кінцевого тиску покращує роботу установки, але термічний ККД циклу при цьому різко зменшується.