5730

Термодинамічні цикли паротурбінних установок

Реферат

Энергетика

Термодинамічні цикли паротурбінних установок Тут ми розглянемо основні термодинамічні цикли, що використовуються при проектуванні та розробці теплоенергетичних установок (ТЕУ): ТЕС, АЕС, ТЕЦ, та проаналізуємо можливі шляхи підвищення їх ефективності...

Украинкский

2012-12-18

277.5 KB

6 чел.

Термодинамічні цикли паротурбінних установок

Тут ми розглянемо основні термодинамічні цикли, що використовуються при проектуванні та розробці теплоенергетичних установок (ТЕУ): ТЕС, АЕС, ТЕЦ, та проаналізуємо можливі шляхи підвищення їх ефективності.

При цьому пам’ятаємо, що для заданого інтервалу температур, у якому працює теплова машина, максимальну корисну роботу забезпечує оборотний цикл Карно. Він зображений на рис.2.1 фігурою 1234′1. Термічний ККД цього циклу рівний відношенню корисної роботи, площі фігури 1234′1.

                                 maxl =  S1234′1 = (T1T2)∙(S2S3);

до кількості тепла, що отримало робоче тіло за цикл (площа фігури 12’3’3’4’1),

                                       Q1= S12’3’4’1 =  T1∙(S2S3);

                     .

Фізико – хімічні властивості води роблять технічну  реалізацію циклу Карно 1234′1 неможливою. Справді, на ділянці 3-4 (волога пара) пару можна адіабатно стиснути компресором до точки 4. Дальше (ділянка 4-4′) вода переходить у рідкий стан (від точки 4 до 4′) і адіабатне стиснення необхідно продовжити водяним насосом. Оскільки точки на ділянці 4′- 4 відповідають температурі Т > Ткр, то відповідно до властивостей води, не існує ізотермічного процесу, яким можна перетворити воду в пару і навпаки, тобто ізотермічний процес 4′-1 не може бути реалізованим.  Теоретично можна собі представити реалізацію циклу Карно на насиченій парі при тисках і температурах, що нижчі від критичних кр = 22.13МПа, tкр = 374.1оС ) для води. Схема такої установки показана на рис.2.2, лише живильний насос необхідно замінити на компресор вологої пари. Проте компресор, що працює з низьким початковим тиском на вологій парі, є дуже громіздким і неефективним. Недоліків циклу Карно на вологій парі можна уникнути, якщо в конденсаторі повністю сконденсувати пару і стискати воду перед подачею в котел  простим і компактним водяним насосом. Цикл, який при цьому отримують, був запропонований в середині ХІХ ст. фізиком Ренкіном і сьогодні носить його ім’я.    

2.1 Термодинамічний цикл найпростішої паротурбінної установки

Замкнутий термодинамічний процес, який може бути без труднощів реалізованим для води, називається циклом Ренкіна. Він зображений на рис.2.1 фігурами 3456123 та 34566’34. Перша відповідає циклу з перегрівом пари, а друга – на насиченій парі.

Теплова схема найпростішої ПТУ зображена на рис.2.2. Вона включає такі основні елементи: котлоагрегат (КА), парову турбіну (ПТ), електрогенератор (ЕГ), конденсатор турбіни (КТ) та живильний насос (ЖН). Проаналізуємо на Т – S діаграмі  процеси, що відбуваються з теплоносієм (робочим тілом), який виконує цикли Ренкіна на насиченій та  перегрітій парі. 

2.1.1. Цикл Ренкіна на насиченій парі

Приймемо за початок циклу  процес 3 - 4.        

3-4: конденсат з початковою температурою Т3 ≈ Т6′ стискається живильним насосом, див. рис.2.2, від Р3 до тиску Р4 = Р1 і подається у економайзер котла; при цьому насосом виконується робота стиснення l34 = v∙(P1P3), v – питомий об’єм води, v ≈ 10-3 м3 , і дещо зростає температура ( Т3 →Т4).  

         4-5: у економайзері вода, отримуючи тепло q1′, нагрівається до температури насиченої пари Т5 = Тн, що відповідає тиску Р1;

5-6: у парогенераторі при Т5 = Т6 = const та тиску Р1 вода кипить, отримуючи тепло q1′′ і теплоносій у вигляді сухої насиченої пари  подається у турбіну;

6-6’: у турбіні пара адіабатно розширюється (ідеальний процес), виконуючи роботу l66′ = h6h6′, кінцеві параметри пари P6′, T6′, h6′ (ентальпія); при цьому, див. рис. 2.1, знижується сухість пари х і в кінці розширення вона може досягти критичної для турбіни величини 85%;

6’-3: процес конденсації пари у КТ, відбувається при сталих температурі і тиску (P6′, T6′) і пара перетворюється у рідину (воду) з ентальпією h3.    

Термічний ККД , будь-якого циклу означається як відношення роботи, що виконана за цикл  lц ,  до затраченого в циклі тепла q зт , тобто

                                                . (2.1)

У нашому випадку lц = h6h6′ , а q зт = h6h4 , тому для термічного ККД циклу Ренкіна на насиченій парі отримуємо вираз

                                                          (2.1а)

величина якого за певних умов може бути близька до ККД циклу Карно з температурами Тн та Тк, див рис. 2.1.

Цикл на насиченій парі має суттєвий недолік – високу вологість пари, що подається у турбіну. З рис. 2.1 бачимо, що вона змінюється у межах 30 – 10%, а це призводить до ерозії лопаток частини низького тиску (ЧНТ) турбіни. Проте цикли на насиченій парі широко застосовуються на АЕС, а прийнятна сухість пари (у межах 90-86%) забезпечується паросепаратором, який встановлюють після частини високого тиску (ЧВТ) турбіни.  

 2.1.1. Цикл Ренкіна на перегрітій парі

Для підвищення сухості пари та збільшення її працездатності використовують перегрів пари (підвищення її температури до T > Tн ) у спеціальному теплообміннику, що розміщений у газоходах котла. Цикл Ренкіна з перегрівом пари зображений на рис. 2.1 і відповідає фігурі 3456123. Термодинамічні процеси для до точки 6 ідентичні відповідним у циклі на насиченій парі. Але починаючи з процесу 6-1 вони інші.

6-1: у газовому пароперегрівачі пара отримує від топкових газів тепло q1′′′ і при тому ж сталому тиску Р1 нагрівається до температури Т1 > Tн. Перегріта суха пара з параметрами (P1, T1, h1) подається у турбіну;

1-2: у турбіні пара адіабатно розширюється (ідеальний процес) до тиску Р2, виконуючи роботу lц = h1- h2 і спрацьована пара подається у конденсатор з параметрами (P2, T2, h2);

2-3: у конденсаторі пара при температурі T2 = Tк віддає охолоджуючій воді тепло q2 і переходить у рідину з ентальпією h3.

З рис. 2.1 бачимо, що загальна кількість тепла, що отримало робоче тіло у котлі q1 = S12′3’4561, кількість тепла, що робоче тіло передало охолоджувачу q2 = S22’3′42 , а робота, виконана робочим тілом за цикл lц = S1234561.

Термічний ККД циклу Ренкіна з перегрівом пари знаходять за співвідношенням

    , (2.2)

hi – ентальпія робочого тіла у відповідній точці циклу.

Порівняємо ККД циклів Ренкіна без перегріву пари та з перегрівом пари. Для цього використаємо тотожні перетворення

                        h1 h2 = h6h6 + (h1h6) - (h2h6’);

                                  h1 h4 =  (h6h4) + (h1h6).

Підставивши це у вираз (2.2), отримаємо

  , (2.3)

тобто ηt >  , якщо α  > β.

Інакше кажучи це буде, коли відношення теплоперепаду пароперегріву lпп до теплоперепаду насиченої пари lнп у циклі більше ніж відношення теплоти пароперегріву q1пп до теплоти, що отримана насиченою парою у циклі q1нп.

Але можлива зворотна ситуація, коли цикл на насиченій парі є термодинамічно вигіднішим від циклу з пароперегрівом. Проте, як вже згадувалося, циклу на насиченій парі властива вища вологість пари, що є його недоліком який усувається пароперегрівом.

Теплова схема найпростішої ПТУ,  показана на рис. 2.2. Якщо використовується насичена пара, то у котлоагрегаті (КА) відсутній пароперегрівач.

   Важливою характеристикою ТЕУ є маса пари, що   зат-

рачається на  виро- біток 1кВт∙год електроенергії, 1кВт∙год = 3.6∙103 кДж.

    Цю величину роз- раховують таким чином. Один кілограм пари виконує у циклі роботу lц = h1h2 кДж.   За тепловим балансом турбіни знаходимо

                D0∙(h1- h2) = 3.6∙103Ne;  d0 = D0/Ne = 3.6∙103/(h1 - h2). (2.4)

Для параметрів перегрітої пари на вході в турбіну та насиченої у конденсаторі               

Р1 = 9.0 МПа,  t1 = 500˚C, Р2 = 4∙10-3МПа  отримуємо

                                      d0 = 2.6 кг/кВт-год.

Знаючи do, за електричною потужністю електростанції дуже просто оцінити паропродуктивність її КА та потреби у воді підживлення.

2.2. Аналіз залежності термічного ККД циклу Ренкіна від його      

       характерних температур

Для аналізу шляхів підвищення ηt виразимо його через характерні температури циклу. Враховуючи, що нагрівом води у ЖН можна знехтувати, приймемо Т3 Т4. Представимо теплоту q1, затрачену на процес 4-5 нагріву конденсату через середню ізобарну теплоємність води у цьому процесі Срв, див. рис. 2.1

     q1 =Срв∙(T5 T4). (2.5)

Відповідно, кількість тепла q1′′, що у процесі 5 – 6  затрачається на ізобарне випаровування води при температурі Т5, рівна питомій теплоті кипіння

             q1′′ = r(T5). (2.6)

Теплоту ізобарного перегріву сухої пари розраховуємо подібно до  (2.5)

      , (2.7)

  – середня питома ізобарна теплоємність пари у процесі 6-1, робота ізоентропного розширення пари в турбіні за І началом термодинаміки рівна  ΔА12 =    -U12 і її представимо як

     . (2.8)

Отже термічний ККД циклу визначається через температури характерних точок циклу (1, 2, 4 та 5) у такий спосіб

   . (2.9)

Виконаємо тотожне перетворення

(2.10)

і підставивши у (2.9) поділимо чисельник і знаменник на , в результаті отримаємо

     . (2.11)

                                               ,  , . (2.11а)

Вираз (2.11) дозволяє проаналізувати вплив характерних температур циклу Ренкіна на його термічний ККД.

  1.  З (2.11) одразу бачимо, що t зростає при збільшенні різниці Т1 - Т2, тобто при зростанні температури перегрітої пари Т1 та зменшенні температури конденсації Т2. Збільшення Т1 обмежене жаростійкістю конструкційних матеріалів ПП, а зменшення Т2 – температурою зовнішнього середовища (20˚-30˚), або тиску в конденсаторі Р2 (2.4 - 4.3)∙103Па, що відповідає (97 - 96)% вакууму. Тому доцільним є застосування вторинного перегріву пари після того як вона відпрацювала у ЧВТ турбіни. Зауважимо, що збільшення Т1 (вторинний перегрів пари) має ще один позитивний наслідок – зростає сухість Х пари у кінці циклу, що зменшує ерозійний знос лопаток турбіни.
  2.  Проаналізуємо вплив росту температури пароутворення Т5 у котлі на t. Тут ситуація не така прозора. Справа у тому, що ріст Т5 (особливо при Т5  Ткр.) веде до зменшення теплоти пароутворення r(T5), а отже і параметра b(T5), зауважимо, що при критичній температурі теплота кипіння рівна нулю, це однозначно збільшує ηt, див. (2.11), оскільки другий доданок у знаменнику зменшується. Проте ріст Т5 одночасно призводить до збільшення третього члена, що пропорційний до , а це зменшує ηt. Але при зростанні Т5 зменшується перший доданок у знаменнику (2.11). Тому внаслідок взаємної компенсації першого та третього доданків знаменника (2.11), величина ККД з ростом Т5 змінюється мало. Звідси висновок – збільшення тиску в котлі (підвищення параметрів насиченої пари) у більшості випадків вигідне  з точки зору росту ηt.
  3.  Цікавим є вплив росту температури  Т4 (живильної води) на величину ККД ПТУ. Наближення Т4  до Т5 зменшує третій член у знаменнику (2.11) і таким чином збільшує ККД циклу. Отже економічно доцільно нагрівати живильну воду перед КА, зокрема теплом, яке за інших обставин втрачається у КТ. Такий процес реалізується шляхом використання регенеративного підігріву живильної води.
  4.  Висновки

Для підвищення ККД ПТУ доцільно застосовувати такі заходи:

  •  підвищувати параметри свіжої пари на виході з КА шляхом первинного перегріву пари;
    •  знижувати тиск (температуру насиченої пари) у КТ;
    •  підвищувати параметри пари після ЧВТ турбіни, застосовуючи вторинний перегрів;
    •  підвищувати температуру живильної води шляхом її регенеративного підігріву перед подачею у котел.

2.3.  Внутрішній ККД циклу Ренкіна

У реальному процесі розширення пари в турбіні частина енергії пари затрачається на роботу проти сил тертя (дроселювання), на залишкову кінетичну енергію та на турбулізацію пари, що супроводжується зростанням ентропії та ентальпії вихідної пари. Тому реальний процес розширення у процесі 1 – 6, див. рис. 2.1, не ізоентропний і, порівняно з ідеальним процесом, ентальпія пари в кінці  розширення зростає з h2 до h (реальний процес протікає по кривій 1-2р, а не 1-2 як ідеальний). Внаслідок цього  питома корисна робота ПТУ зменшується і рівна, див. рис.2.1,

         l2р = h1- h.         (2.12)

 Відношення реальної роботи  l ПТУ до теоретичної (ідеальної) lц називається відносним внутрішнім ККД  ПТУ

                                     .       (2.13)

Для парової турбіни вв = 0.85 - 0.92.

 Відношення реальної корисної роботи до затраченої в циклі теплоти називається внутрішнім ККД  ПТУ

                             .       (2.14)

Якщо врахувати (2.13), то (2.14) можна перетворити

                   .      (2.15)

Переважно на ТЕС використовуються такі параметри пари: Р1 = 17 МПа; t1 = 5500C, Р2 = 0.004 МПа. Для цих параметрів t(Ренкіна) = 0.46; вв = 0.85, тому

          ηв = 0.850.46 ≈ 0.39. (2.16)

Отже, у найоптимістичнішому випадку (коли знехтувати іншими втратами) майже 61% тепла, що генерується у топці КА викидається в оточення і створює теплове забруднення довкілля. Це означає, що конденсаційні електростанції (КЕС) є дуже марнотратними і проблема підвищення їх ефективності актуальна до тих пір, поки основним джерелом електроенергії  буде перетворення теплової енергії у електричну паровими турбінами.

 2.4. Підвищення термічного ККД ПТУ шляхом проміжного  перегріву пари

У п. 2.2 (п.1) даної теми вказувалося на те, що збільшення t циклу завдяки зниженню тиску і температури конденсації пари обмежене природними умовами (температурою охолоджуючої води). Підвищення температури первинного перегріву пари Т1, див. рис.2.1, обмежується жаростійкістю матеріалів ПП (Т1 ≤ 600 – 650 0С). Це обмеження частково можна обійти використовуючи процедуру проміжного перегріву пари (ППП), схема якого показана на рис. 2.3.

У ПТУ з ПП пара після ЧВТ турбіни, див. рис. 2.3, подається у ППП і розширюється у ЧНТ, процес 4-2. Важливо, що при використанні процесу ППП вологість пари Х2 на виході з ЧНТ (точка 2 діаграми 2.4) менша ніж Х′2 (точка 2′) без ППП, а це значно зменшує ерозійний знос лопаток ЧНТ турбіни.

Термодинамічна діаграма циклу з ППП зображена на рис. 2.4.  Параметри енергоносія у точках діаграми 5.4 такі: 1 - {P1, T1, h1};  2 - {P2, T2, h2};  3 - {P3, T3, h3};  4 - {P3, T4, h4}; 5 - {P1, T5, h5};  6 - {P1, T6, h6};  7 - {P1, T6, h7}. Загальна робота, що її виконує енергоносій у циклі з ППП

                                lц = q1q2 = (h1h3) + (h4h2) > h1h2. (2.17)

Відповідно, загальна кількість тепла, що отримує q1 і віддає q2 енергоносій за цикл, див. рис.2.4,

                                   , (2.18)

                                     q2 = h2 - h5,                                       

тому термічний ККД циклу має вид (див. (2.2))

                       (2.19)

                                               ; (2.20)

                                                          .  (2.21)

У виразах (2.19) – (2.21) lпп  та  lбп – роботи, що виконуються теплотою пари, яка отримана у процесі проміжного перегріву та теплотою, що її отримала пара у основному ци- клі без проміжного перегріву, див. рис. 2.4.

З виразу (2.19) випливає, що

                             ,   якщо  , (2.22)

тобто проміжний перегрів пари ефективний тоді, коли відносна робота перегріву пари більша від відносної втрати тепла пароперегріву у КТ.

Спеціальними дослідженнями встановлено, що проміжний пароперегрів ефективний () лише при певному співвідношенні параметрів свіжої Ро та перегрітої Рпп пари, а саме

                                         Рпп = (0.15 – 0.20)∙Ро .  (2.23)

У сучасних ПТУ проміжний перегрів пари застосовується після частини високого тиску (ЧВТ) турбіни і лише один раз, оскільки двократний перегрів суттєво збільшує капітальні затрати на ПТУ.

Проміжний перегрів переважно реалізують  у теплообміннику, що розміщається у газоходах котла.

На АЕС, що працюють  за дво- та три контурними схемами на рідкометалічних чи газових теплоносіях, теплообмінник ППП розміщається у блоці парогенератора. Крім підвищення працездатності пари, проміжний перегрів на АЕС має ще одну важливу функцію – підвищення сухості пари на виході з турбіни до прийнятної величини  85 – 90%.  

2.5. Підвищення ККД  ТЕУ підігрівом живильної води

У п. 2.2 (п.3) даної теми вказувалося на те, що термічний ККД циклу Ренкіна можна збільшити, наближуючи температуру живильної води Т4 на вході у КА до температури кипіння Т5, див, рис.2.1. Для цього відбирають частину пари  mr  посеред процесу у турбіні і подають у регенеративний підігрівник змішування (РПЗ), або у регенеративний поверхневий підігрівник (РПП)див. рис. 2.5 та 2.6. У РПЗ пара змішується з конденсатом  mк, внаслідок чого загальна температура суміші m = mr + mk яка подається до КА, зростає.

Покажемо, що цикл з регенеративним відбором пари має більший термічний ККД ніж стандартний Ренкіна і проаналізуємо його залежність від параметрів процесу.

Параметри теплоносія у характерних точках циклу такі:

1-{P1, T1, h1}; r -{Pr, Tr, hr}; 2 - {P2, T2, h2}; 3 - {P2, T2, h3}; 4 - {Pr, T4, h4}; 5 -{P1, T5, h5}; 6 -{P1, T5, h6}.  Тут мається на увазі, що процес 4 - 5 відповідає стисненню конденсату від Рr  до Р1 – тиску у економайзері  КА.

У регенеративному циклі (РЦ) частина пари mr виконує цикл 1r4561, див. рис. 2.5, а друга частина mк - 123561. Конденсат коштом відібраної пари отримує тепло, що визначається заштрихованою площею 3443. Завдяки цьому теплу у КА для нагріву маси m (за кошт палива) потрібно менше тепла    (рівного площі 11’4’4561). Зауважимо, якщо б тепло mr  не поверталося б у цикл, то його частина у конденсаторі втрачалася б повністю. Саме через те, що тепло пари mr повністю використовується, зростає загальний ККД ПТУ. 

Позначимо частку відібраної пари через  ; а частку пари, що пройшла через конденсатор . Тоді питома робота, що виконується енергоносієм  у  циклі буде

         lц = αr(h1hр) + αk(h1h2),         (2.24)

тут перший доданок відповідає роботі частини пари, що відібрана для РП, а другий - роботі частини пари, що пройшла через конденсатор. Подібним чином, загальна кількість тепла, що використана у циклі

 q1= αr(h1hr)  + αk(h1h3),

відповідно, термічний  ККД ПТУ з регенеративним  циклом

                                

                   , (2.25)

                                       .          (2.26)

- ККД циклу без регенерації. 

- енергетичний коефіцієнт, рівний відношенню  роботи, яка виконана відібраною парою, до роботи, виконаної парою, що пройшла через конденсатор.

З формули (2.25) випливає, що ККД циклу з регенерацією завжди більший від звичайного циклу Ренкіна оскільки чисельник (2.25) більший від знаменника. Крім цього бачимо, що  тим більший, чим більша величина . З виразу (2.26) випливає, що величина енергетичного коефіцієнту залежить від величини відбору пари та параметрів пари у відборі. Більше того, можна показати, що при певних значеннях параметрів відбору  досягає максимальної величини на 8 -12% більшої від .

Регенеративний підігрів живильної води сьогодні застосовують на всіх ПТУ електростанцій. Потоки пари, що відводяться з турбіни у регенеративні підігрівники (РП), виконують роботу без втрат у КТ.  При цьому, для заданої електричної потужності ПТУ Ne, витрата пари через КТ зменшується, а ККД  ПТУ зростає. У реальних ПТУ через РП  проходить не весь потік пари, а лише його частина, див. рис. 2.6. При такій схемі витрата пари через турбіну від відбору до відбору зменшується. Внаслідок цього висота лопаток у ЧВТ турбіни зростає, а у ЧНТ зменшується, що також збільшує відносний внутрішній ККД турбіни.

 Залежність між ККД циклу з кількома регенеративними відборами та внутрішній ККД  відповідного циклу Ренкіна (з пароперегрівом) ηi  може бути представлена так, див. рис. 2.7

                  .  (2.27)

                                       (2.27а)

У виразі (2.27) сумування по j відбувається по всіх регенеративних відборах; αk,   - частка пари, що поступає у конденсатор та така, що відбирається у j –му відборі;  - ентальпія пари у j – му відборі, див. рис.2.7; Аr– відношення роботи всіх потоків пари, що відведені з турбіни, до роботи потоку, що проходить через конденсатор.

З рівняння (2.27) бачимо, що , якщо Аr > 0. Чим більша ця величина, тим вища ефективність регенераційних відборів.

РП можуть бути різних конструкцій. Переважно використовують РПЗ та регенеративні підігрівники поверхневі. У РПЗ підігрів забезпечується барботажем пари у живильній воді і вона може нагріватися практично до температури насичення гріючої пари відбору. У РПП температура нагріву завжди на 3 – 5оС нижча від температури насичення гріючої пари. Щоб її підвищити, використовують охолоджувачі перегрітої пари, у яких живильна вода додатково нагрівається перегрітою парою. Але, навіть, у такому випадку температура нагрітої води нижча від температури насичення гріючої пари (недогрів пари). Робота потоку відібраної пари тим більша, чим менший недогрів, тому найефективнішими є РПЗ. Якщо у ПТУ є відбори пари на промислові потреби чи теплофікацію, то залежність між ККД ТЕЦ з регенеративними відборами та без них така

              , (2.28)  Аст – сума відношень робіт потоків пари, що відводяться споживачам тепла до роботи конденсаційного потоку.

Отже, для ТЕЦ регенераційні відбори теж підвищують ККД, але це підвищення менше ніж у випадку КЕС.

Якщо у ПТУ використовують промперегрів пари, то у цьому випадку теплова економічність ПТУ залежить від розміщення РП першого відбору щодо  місця подачі пари на промперегрів (по ходу пари), див. рис. 2.8. Нагрів води у цьому РП (він залежить від розміщення наступних відборів) значно вищий від усіх інших і визначається параметрами перегріву пари та параметрами проміжного перегріву.

Встановлено, що для схем з промперегрівом пари, як і без нього, існує температура живильної води, при якій внутрішній ККД ПТУ  ηі  досягає максимального значення. Причому ця температура практично не залежить від числа РП, а визначається місцем розміщення першого відбору пари, див. рис.2.9.

Зі збільшенням числа відборів пари їх ефективність зменшується, а капіталовкладення зростають. Тому економічно доцільними є 7 – 9 відборів пари у яких використовують як РПЗ, так і РПП, див. рис.2.9.

2.6. Висновки.

Отримані у п.2.2 шляхи підвищення ефективності ПТУ, що ґрунтувалися на збільшенні  температури перегрітої пари, або на підвищенні температури парогенерації, а також підвищенні температури живильної води можуть бути реалізовані за такими схемами:

1. Застосування  проміжного перегріву пари між ступенями турбіни. Цей метод також підвищує сухість пари і таким чином надійність роботи ПТ.

2. Регенеративними відборами пари з турбіни для підвищення температури живильної води перед ПГ.

3. Комбінацією цих двох варіантів, що і використовується у сучасних теплоенергетичних установках.

4. Існують більш екзотичні шляхи підвищення ефективності ТЕУ через використання послідовних циклів, у яких конденсатор I циклу  є нагрівником ІІ. Можна показати, що для бінарного циклу (1) + (2)

                                       ηt = ηt(1) + ηt(2)∙(1–ηt(1)).

5. Ефективність регенеративного підігріву пари залежить від відношення роботи всіх потоків пари, що відведені з турбіни, до роботи потоку, що проходить через конденсатор.

6. Переважно використовують РПЗ та поверхневі підігрівники (РПП). У РПЗ підігрів забезпечується барботажем пари у живильній воді і вона може нагріватися практично до температури насичення гріючої пари відбору. Робота потоку відібраної пари тим більша, чим менший недогрів, тому найефективнішими є РПЗ.

7. Для ПТУ з промперегрівом пари теплова економічність залежить від розміщення РП першого відбору стосовно  місця подачі пари на промперегрів (по ходу пари). Нагрів води у цьому РП (він залежить від розміщення наступних відборів) значно вищий від усіх інших і визначається параметрами перегріву пари та параметрами проміжного перегріву.

8. Як для схем з промперегрівом пари, так і без такого, існує температура живильної води, при якій внутрішній ККД ПТУ  ηі  досягає максимального значення. Причому ця температура практично не залежить від числа РП , а визначається місцем розміщення першого відбору пари.

2.6. Питання для самоконтролю

1. Поясніть, чому в теплоенергетиці не використовують цикл Карно, адже він має максимальний ККД?

2. Намалюйте TS діаграму циклу Ренкіна для насиченої та перегрітої пари і порівняйте їх ККД.

3. Намалюйте TS діаграму циклу Ренкіна і поясніть процеси, що відбуваються у циклі. Яка різниця між реальним та ідеальним циклами?

4. Означіть термічний ККД циклу і поясніть у чому різниця між внутрішнім та термічним ККД?

5. Якими засобами і яким чином можна підвищити ефективність роботи парових турбін?  Звідки це випливає?

6. Що необхідно знати для розрахунку внутрішнього  ККД ? Чи ця величина постійна для ПТУ яка працює за заданим циклом, але з  частковими навантаженнями?

7. У чому привабливість способу  підвищення ККД ПТУ шляхом проміжного перегріву? Чи не можна, скажімо, підвищити таким чином внутрішній ККД  турбіни до 0.95 ? Доведіть це використовуючи еквівалентний цикл Карно.

8. Перелічіть і  поясніть суть процесів, що призводять до  зменшення внутрішнього ККД. Чи можливо суттєво знизити їх інтенсивність?

9. Поясніть фізичний механізм підвищення ККД шляхом проміжного перегріву пари? Яка кількість перегрівів пари використовується практично?

10. У чому полягає фізична суть можливості підвищення ККД ПТУ використанням регенеративних відборів пари? Адже ж ми вилучаємо частину високо потенційної пари з циклу і не даємо виконати їй максимальну роботу?

11. Намалюйте і поясніть схему термодинамічного циклу з регенеративними відборами. Яка кількість відборів використовується на практиці і чому вона обмежена?

12. Чи підвищиться ККД, якщо скомбінувати режими проміжного перегріву та регенеративного відбору?  З чим зв’язані принципові обмеженням на  підвищення ККД? Намалюйте теплову схему такої ПТУ.

13. Які ще відомі вам  способи підвищення ККД теплових машин? На чому вони повинні ґрунтуватися? Який параметр стану відповідає за  обмеження допустимої величини ККД?

14. Як залежить ККД ПТУ від температури живильної води при використанні РП? Що є основним у цій залежності? Який тип РП найефективніший?

15. Поясніть, чи впливають на ефективність РП (щодо ККД) відбори пари з ПТУ на технологічні та теплофікаційні нужди?


0

Рис. 2.1. Схема циклів Ренкіна та Карно на перегрітій та насиченій парі у TS координатах.

2’

TK

(P1, T1, h1)

2

3

4

q1’’’

Кp.

q1’’

q1

T

1

6

x=0.7

(P1, T4, h4)

(P2, T3, h3)

(P1, T5, h6)

TH

(P1, T5, h5)

x=0.9

x=1.0

6’

6’’

3’

S

4’

4’’

T1

2p (P2, T2, h2)

            

            

ПТ

~

ЖН

 КТ

 ЕГ

Рис. 2.2. Теплова схема найпростішої ПТУ. Конденсат стискають ЖН до тиску Р1, підігрівають у КА до температури Т5, у ПП до температури Т1 і розширюється у ПТ до тиску Р2, після чого охолоджується у КТ до температури Т3.

 ПП

 КА

Рис. 2.3. Теплова схема ПТУ з проміжним перегрівом пари. ППП – проміжний пароперегрівач; ЧВТ – частина високого тиску турбіни; ЧНТ – частина низького тиску.

ППП

КА

ЧВТ

~

ЖН

КТ

ЕГ

ЧНТ

5

6

q1’’                                                                                       

              7

 q1

2

0

T

1

3

2

 q1’’’

q2=h2h2

X=0

q1’’’’

 X2

Рис. 2.4.  Цикл ПТУ з про- міжним перегрівом пари. Х - сухість пари. Зверніть увагу на те, що у циклі з проміжним перегрівом пари сухість пари  на вихлопі з турбіни зростає, тобто X2  <  X2. Крім того, площа S25671342 > S2’56712’, тобто у циклі з проміжним пароперегрівом робоче тіло виконує більшу роботу ніж у звичайному циклі Ренкіна, відповідно збільшується ККД циклу.

 

S

4

X=1

      

X′2

4

Lц=q1q2

TН

TК

 Кр

1

2

r

6

5

4

3

4’

3’

0

S

T

X=0

X=1

q1

q1’’

q1’’’

lц= αрl0+αкlk

Рис. 2.5. Цикл ПТУ з регенеративним                                            відбором пари. Х- сухість пари.

1

Kp

X<1

Рис. 2.6. Теплова схема ПТУ з n - регенеративними відборами пари. РПЗ1…РПЗnрегенеративні підігрівники змішувальні 1,…,n.

ПТ

ЕГ

ЖН

КТ

1

n

……

ПТ

ЕГ

 РПЗ1

РПЗn

……

ПГ

 ПП

1

r

3

2’

2’’

4’

4

5

6

Kp

T

S

TккK

Тн

j

Рис.2.7. Цикл з 4-ма регенеративними відборами для перегрітої пари. К– критична точка; Тн – температура насиченої пари у ПГ; Тк – температура конденсації пари у КТ.

Рис.2.8. Теплова схема ПТУ з проміжним перегрівом пари та 4-ма регенеративними відборами. РПЗ1,...,РПЗ4 – регенеративні підігрівачі 1,...,4.

ЕГ

ЖН1

КН

КТ

РПЗ1

РПЗ2

РПЗ3

РПЗ4

ППП

ЖН2

ЖН3

ЖН4

0.465

0.464

0.463

0.462

0.461

0.460

0.459

0.458

200

220

240

260

280

tжв, ºС

300

ηе

 z =

9

8

7

6

Рис. 2.9. Залежність електричного ККД ПТУ ηе від температури живлення води tжв для різної кількості РП z’=5…9, (Р0 = 23.5 МПа, Рпп = 2.94 МПа). відбір пари з точки РП1, рис.2.8.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75880. Структурні та мовні особливості словникових статей словників-тезаурусів, двомовних, асоціативних, частотних словників 48 KB
  Идеографические словари. Словари-тезаурусы сделанные по конкретным проблемным областям например по электронике геологии торговле политике широко используются в системах автоматического поиска. Переводные словари. Франкорусские словари представлены в частности словарем К.
75881. Структурні та мовні особливості словникових статей словників історичних та етимологічних, словників мовних форм (орфографічних, орфоепічних, морфемних), словників мовленнєвого використання, ономастиконів 47 KB
  Щербой в статье Опыт общей теории лексикографии: Историческим в полном смысле этого термина был бы такой словарь который давал бы историю всех слов на протяжении определенного отрезка времени начиная с той или иной определенной даты или эпохи причем указывалось бы не только возникновение новых слов и новых значений но и их отмирание а также их видоизменение. С 1984 издается Словарь русского языка XVIII в. К числу наиболее полных словарей такого типа для русского языка принадлежит четырехтомный Этимологический словарь русского языка М. Не...
75883. Проблеми створення комп’ютерних систем розпізнавання усного мовлення. Методи виділення й упізнавання елементів мови при обробці усного мовлення 29.83 KB
  Задача распознавания речи состоит в автоматическом восстановлении текста произносимых человеком слов фраз или предложений на естественном языке. Только в последние десятилетия компьютерная техника достигла такого уровня когда стала осмысленной задача распознавания слитной или даже спонтанной устной речи. На этом этапе выяснилось что для решения задачи распознавания речи недостаточно уметь распознавать отдельные звуки и слова команды с надежностью сравнимой с надежностью распознавания отдельных команд человеком. Поэтому задачу...
75884. Структурні компоненти словників. Особливості словникових статей нетрадиційних лінгвістичних словників 282.5 KB
  Каждая зона содержит особый тип словарной информации. Первая зона – лексический вход словарной статьи вокабула или лемма. Лексический вход обычно выделяют полужирным шрифтом и поэтому в жаргоне лексикографов и редакторов эта зона часто называется черным словом. В толковом словаре после лексического входа чаще всего следуют зона грамматической информации и зона стилистических помет.
75885. Структурні компоненти словників. Особливості словникових статей нетрадиційних лінгвістичних словників. Основные структурные компоненты словаря 37.09 KB
  Каждая зона содержит особый тип словарной информации. Первая зона лексический вход словарной статьи вокабула заголовок словарной статьи или лемма син. Поэтому в жаргоне лексикографов и редакторов эта зона часто называется черное слово. В толковом словаре после лексического входа чаще всего следует зона грамматической информации и зона стилистических помет.
75886. Гіпертекст. Базові функції гіпертексту. Види гіпертексту 28.87 KB
  Общеизвестным и ярко выраженным примером гипертекста служат вебстраницы документы HTML язык разметки гипертекста размещённые в Сети. Узлы связаны разнообразными отношениями типы которых задаются разработчиками программного обеспечения гипертекста или самим читателем. Компьютерные реализации гипертекста бывают иерархическими или сетевыми. Иерархическое – древовидное – строение гипертекста существенно ограничивает возможности перехода между его компонентами.
75887. Морфологічний та синтаксичний аналіз письмової сови. Кількісні характеристики морфем, граматичних категорій та синтаксичних конструкцій 25.93 KB
  МОРФОЛОГИЯ как часть грамматики это учение о слове о его грамматических классах частях речи морфологических категориях и формах. ЗНАМЕНАТЕЛЬНЫЕ ЧАСТИ РЕЧИ имя существительное имя прилагательное имя числительное местоимение глагол наречие категория состояния традиционно выделяют по совокупности признаков к которым относят: 1 обобщенное грамматическое частеречное значение отвлеченное от лексических и частных морфологических значений слов данной части речи; 2 характерный для каждого класса комплекс морфологических категорий и...
75888. Комп’ютерні технології і сучасна лексикографічна наука 26.72 KB
  Множество различных компьютерных лексикографических программ можно разделить на две больших группы: программы поддержки лексикографических работ и автоматические словари АС различных типов включающие лексикографические базы данных. Автоматические словари. Иными словами различаются автоматические словари конечного...