Термодинамические циклы паротурбинных установок
Паротурбинная установка (ПТУ), энергетическая установка, в которой происходит преобразование теплоты сжигаемого топлива в механическую работу при помощи пара. Включает паровой котел и паровую турбину.
Цикл Карно для ПТУ, цикл, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов и совершаемый в области влажного насыщенного пара. Практическое осуществление этого цикла нецелесообразно. Это связано с газодинамически несовершенным течением влажного пара в проточной части турбин и компрессоров, что приводит к снижению внутренних относительных КПД этих устройств и, следовательно, к снижению внутреннего КПД ПТУ.
Цикл Ренкина, цикл ПТУ, в котором пар после турбины полностью конденсируется (до жидкого состояния), а полученный конденсат адиабатно сжимается в насосе до давления в котле. В цикле возможен перегрев пара. Принципиальная схема и цикл с перегревом пара представлены на рисунке.
В паровом котле К происходит изобарный процесс подогрева воды до температуры кипения 4-5 и парообразование 5-6. Пар поступает в пароперегреватель ПП, где изобарно перегревается 6-1. Перегретый пар адиабатно расширяется в турбине Т, процесс 1-2, в результате кинетическая энергия пара преобразуется в механическую работу вращения вала турбины и связанного с ней генератора Г. Затем пар поступает в конденсатор КН, где за счет охлаждающей воды изобарно конденсируется, процесс 2-3. Конденсат адиабатно сжимается в насосе Н, процесс 3-4, и поступает в котел.
Таким образом, подвод теплоты в цикле Ренкина происходит изобарно в процессе 4-5-6-1: q1 = h1 – h4. Отвод теплоты происходит изобарно в процессе 2-3: q2 = h2 – h3. Работа (располагаемая) получатся в турбине в адиабатном процессе 1-2: lT = h1 – h2. Работа затрачивается в насосе в адиабатном процессе 3-4: lН = h4 – h3. Полезная работа, получаемая в цикле: lПТУ = lT – lН = q1 – q2. Термический КПД цикла: 
. Поскольку работа, затраченная в насосе гораздо меньше работы произведенной турбиной, то для прикидочных расчетов величиной lН можно пренебречь. Величина термического КПД зависит от параметров пара на входе и выходе из турбины. КПД увеличивается если: увеличивается начальное давление р1 и температура t1, а также уменьшается конечное давление р2.
Цикл Ренкина является основным циклом ПТУ.
Цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара, цикл, в котором пар последовательно адиабатно расширяется в нескольких ступенях турбины, между которыми осуществляется его дополнительный перегрев (см. рисунок). В паровом котле 1 происходит изобарный нагрев воды до температуры кипения и парообразование 6-7-8. В пароперегревателе 2 пар изобарно перегревается, процесс 8-1, а затем адиабатно расширяется, процесс 1-2, в цилиндре высокого давления турбины 3. В промежуточном перегревателе 4 пар вторично изобарно перегревается, процесс 2-3, и поступает в цилиндр низкого давления 5, где адиабатно расширяется – процесс 3-4. Отработанный пар изобарно конденсируется в конденсаторе 6, процесс 4-5. Конденсат адиабатно сжимается в насосе 7, процесс 5-6. Промежуточный перегрев пара применяют для увеличения термического КПД паротурбинной установки. Полезная работа, получаемая в цикле: lПТУ = (h1 – h2) + (h3 – h4). Подведенная теплота: q1 = (h1 – h6) + (h3 – h2). Термический КПД цикла: 
.
Теплофикационный цикл ПТУ, цикл, в котором теплоту пара, выходящего из турбины, используют в нагревательных приборах различного назначения (отопление, горячее водоснабжение, технологические нужды и т.д.). В цикле Ренкина пар после турбины поступает в конденсатор, где происходит его конденсация при температуре около 35оС. Воду с такой температурой нельзя применять для бытовых и технологических целей из-за ее низкого температурного потенциала. Если повысить давление на выходе из турбины, например, до 0,1-0,15 МПа, то повысится и температура конденсации. В этом случае пар можно использовать для нагрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения. При давлениях на выходе из турбины до 0,5 МПа пар можно использовать для технологических нужд. Такую систему совместной выработки электроэнергии и теплоты называют теплофикацией. Эту систему реализуют на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Термический КПД теплофикационных циклов меньше по сравнению с циклом Ренкина, так как выше давление пара на выходе из турбины, но степень использования теплоты будет выше. Характеристикой эффективности циклов ТЭЦ является коэффициент использования теплоты 
, где lц – полезная работа в теплофикационном цикле; qпот – теплота отданная потребителям; q1 – теплота подводимая в цикле.
Регенеративный цикл ПТУ, цикл, в котором вода, перед поступлением в паровой котел, последовательно нагревается в регенеративных подогревателях за счет теплоты пара отбираемого из турбины (см. рисунок). В паровом котле 1 происходит нагрев воды и парообразование. В пароперегревателе 2 пар изобарно перегревается и поступает в турбину 3. Часть пара адиабатно расширяется до конечного давления и поступает в конденсатор 4, а другая часть расширяется частично и поступает в регенеративный подогреватель 6, куда насосом 5 подается и конденсат после конденсатора. Количество регенеративных подогревателей достигает 10. В регенеративном подогревателе конденсат нагревается и поступает в котел. За счет применения регенеративного подогрева уменьшается подведенная теплота в паровом котле и отведенная теплота в конденсаторе, экономится топливо и увеличивается термический КПД в результате увеличения средней температуры подвода теплоты. Величину термического КПД определяют по формуле: 
, где q1 – подведенная в цикле теплота; lК – работа пара полностью расширяющегося в турбине; l1 – работа пара поступающего в отбор.
Дата добавления: 2018-11-25; просмотров: 482;
