Понятие термодинамического цикла. Прямые и обратные циклы.

Термодинамическими циклами называют такие замкнутые процессы изменения состояния рабочего тела, благодаря которым тепловая энергия превращается в механическую или, наоборот, механическая – в теплоту заданного потенциала.

Циклы бывают прямыми и обратными.

Обратимые и необратимые циклы.

Прямые и обратные циклы могут быть как обратимыми, так и необратимыми.

классификация термодинамических циклов

В зависимости от степени обратимости (внешней и внутренней) все прямые и обратные циклы разделяются на:

– идеальные циклы, являющиеся полностью обратимыми, как внешне, так и внутренне;

– теоретические циклы, где все процессы только внутренне обратимые (отсутствует трение и другие внутренние потери). Внешняя необратимость процессов заключается в наличии разностей температур между источниками теплоты и рабочим телом, как при его нагреве (ΔТ₁>0), так и при охлаждении (ΔТ₂>0);

– реальные циклы, где все процессы внутренне и внешне необратимы.

Показатели термодинамической эффективности прямых циклов

В качестве показателя эффективности прямого термодинамического цикла, предназначенного для выработки механической (электрической) энергии, выбирают такой коэффициент, максимум которого обеспечивает достижение наибольшей полезной работы цикла, отнесенной к единице расходуемой теплоты.

Теплофикационные теплоэнергетические установки вырабатывают не только электрическую энергию, но и отпускают потребителям теплоту определенного температурного потенциала.

Циклы паровых теплоэнергетических установок

Типы паровых ТЭУ. Цикл ренкина.

В энергетике ведущее положение занимают ТЭС, основным типом двигателей которых являются паровые турбины или паротурбинные установки (ПТУ). Паровые турбины являются главным двигателем также и на атомных электростанциях. В ближайшей перспективе не ожидается замены мощных паровых турбин другими типами двигателей, в том числе и газотурбинными установками.

Все паротурбинные тепловые электростанции (ТЭС) строят двух типов: конденсационные и теплофикационные. Аналогично называют и соответствующие паровые турбины.

На конденсационной электростанции (КЭС) вырабатывается только электрическая энергия, а теплота конденсации отработавшего пара отдается охлаждающей воде и выбрасывается в окружающую среду.

В теплофикационных установках теплота частично отработавшего пара (или его определенная часть) отдается тепловым потребителям.

Электрические станции с теплофикационными установками называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Пути повышения эффективности циклов ПТУ

конденсационного типа. Способы карнотизации циклов

Карнотизацией циклов называют все способы повышения термического КПД цикла, связанные с приближением к и к .

Основными величинами, определяющими термодинамическую эффективность реального цикла ПТУ, являются: 1) средняя температура подвода теплоты в цикле ; 2) средняя температура отвода теплоты в цикле ; 3) удельная работа сжатия ; 4) коэффициент использования теплоты топлива .

Регенеративные циклы паротурбинных установок

Регенерацией теплоты называют внутренний теплообмен между двумя различными участками цикла, предназначенный для повышения средней термодинамической температуры подвода теплоты и снижения средней термодинамической температуры отвода теплоты.

Регенеративный подогрев питательной воды за счет теплоты охлаждения работающего в турбине пара практически может осуществляться при конденсации отбираемой части пара в водяных подогревателях.

Циклы с промежуточным перегревом пара

Многоступенчатый подвод теплоты в цикле является одним из способов повышения его термического и внутреннего КПД. В паротурбинных установках такой подвод теплоты осуществляется в виде промежуточных перегревов пара.

В этой установке перегретый пар из котла ПК попадает в часть высокого давления турбины (ЧВД), где он работает до состояния, изображенного на диаграмме точкой а, после чего возвращается в ПК для вторичного перегрева в промежуточном пароперегревателе (ПП). Затем пар в состоянии, соответствующем точке b, попадает в часть низкого давления турбины (ЧНД), где работает до тех пор, пока его давление не будет равняться давлению в конденсаторе (К) (точка 2). Поступивший в конденсатор пар полностью конденсируется, сжимается питательным насосом (ПН) до начального давления и подается в ПК.

Первоначально промежуточный перегрев применяли для уменьшения влажности пара в последних ступенях турбины и снижения потерь от этой влажности. Действительно, если допустить, что при введении промежуточного перегрева начальные параметры пара (точка 1) остаются прежними, то его применение сместит точку конечного состояния пара вправо на величину отрезка с2.

Показатели эффективности циклов ТЭЦ

Теплофикационные теплоэнергетические установки (ТЭЦ) вырабатывают не только электрическую энергию, но и отпускают потребителям теплоту определенного температурного потенциала.

Для оценки эффективности реальных теплофикационных циклов применяют коэффициент использования теплоты топлива К_ит, учитывающий наравне с работой цикла l_ц полезно использованную теплоту q_т, т. е.

.

Для оценки эффективности теплофикационных циклов в ряде случаев применяют удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении у, равную отношению полезной работы цикла к отведенной тепловому потребителю теплоте q_т

.

Особенности циклов теплофикационных пТУ

Теплофикационные ПТУ отличаются тем, что в них при относительно высоком давлении отводится какая-то часть работающего в турбине пара, которая используется для теплоснабжения.