Денисов-Винский Н.Д. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок

Подождите немного. Документ загружается.

[

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ

ЦИКЛ

ПАРОТУРБИННОЙ

УСТАНОВКИ

]

Термический КПД обратимого цикла Ренкина характеризует максимальную степень

преобразования теплоты в работу в этом цикле. В действительности же все процессы цикла

неизбежно сопровождаются некоторыми потерями. Из них прежде всего следует учесть потери

вследствие трения при течении потока пара в соплах и на лопатках турбины, а также при сжатии

воды в насосе. При наличии трения эти процессы являются необратимыми и, следовательно,

весь цикл становиться необратимым.

Рис. 5.

Рис. 6.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

Работа пара в турбине в необратимом процессе:

Поэтому потеря работы из-за необратимости

составляет:

Эта величина на диаграмме (рис.7.) представлена

вертикальным отрезком, в на рис.5 - площадью

заштрихованной фигуры 2 – 2д – a – b – 2.

Из sT – диаграммы также видно, что эта величина

равна увеличению количества теплоты, отдаваемой

паром при конденсации в конденсаторе.

Если состояние 2д находится в области влажного

пара, а процесс конденсации его протекает при

температуре окружающей среды, то потеря работы в

турбине совпадает с потерей эксергии пара

и представлена в sT – диаграмме площадью той же заштрихованной

фигуры 2 – 2д – a – b – 2.

Рис. 7.

hhl



hhlll

ттт







2220

ssTsTe

дсист



Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

При необратимом процессе сжатия воды в насосе абсолютная величина затрачиваемой

работы:

и дополнительная затрата работы составляет:

а потеря эксергии определяется как:

В качестве показателя эффективности преобразования теплоты в работу для необратимого

цикла используется внутренний (абсолютный) КПД, представляющий собой аналог

термического КПД, но в формулу для определения которого входят теплота и работа,

характерные для необратимых процессов:



 hhl

hhlll

дн

нн







330

ssTe

дн











 

дд

hhhh

2321















Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

Характеристикой необратимости реальных процессов, протекающих в различных устройствах,

является внутренний относительных КПД. Для турбины он определяется как:

и для современных турбин его значение составляет 0,85 – 0,91.

Внутренний относительный КПД насоса:

Параметры состояний рабочего тела, достигающихся в результате необратимых процессов,

можно найти, зная внутренний относительный КПД данного устройства. Так, энтальпия воды

после её необратимого сжатия в насосе находится как

Следует отметить, что доля мощности, затрачиваемой на привод насоса, составляет 1 – 1,5%

мощности турбины.













дн







iд

hhhh

02323







Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

[

ВЛИЯНИЕ

ПАРАМЕТРОВ

ВОДЯНОГО

ПАРА

НА

ЭКОНОМИЧНОСТЬ

ЦИКЛА

ПТУ

]

Рассматривая эффективный КПД паротурбинной установки, можно заметить, что наиболее

существенно на него влияет внутренний КПД цикла. Учитывая, что работа насоса составляет

лишь 1 - 2 % работы турбины, приближенно внутренний КПД цикла определяется значением

термического КПД цикла.

При анализе обратимых циклов весьма полезно

использование понятия средней температуры

подвода (отвода) теплоты, с помощью которого

термический КПД любого обратимого цикла

можно представить в виде формулы теоремы

Карно.

Применим это выражение для анализа

зависимости термического КПД от начального

давления водяного пара p

при неизменных

начальной температуре T

и конечном давлении

пара.

Рис. 8.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

Существуют оптимальные параметры повышения давления свежего пара перед турбиной,

а также параметры пара в конце процесса его расширения. Поиск оптимальных параметров

изображён на рисунке 10.

Рис. 9. Рис. 10.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

Рассмотрим далее влияние начальной температуры пара на КПД цикла ПТУ. Очевидно, что

при повышении начальной температуры пара повышается и средняя температура подвода

теплоты, что при неизменных значениях начального давления и давления в конденсаторе

приводит к увеличению термического КПД цикла. Кроме того, это в противоположность

рассмотренному ранее влиянию начального давления смещает процесс расширения пара в

турбине в область более высоких значений

степени сухости пара (рис. 11), что приводит к

увеличению внутреннего относительного КПД

турбины, а следовательно, и внутреннего КПД

цикла возможность повышения начального

давления пара.

Совокупность давления и

температуры начального состояния пара,

при адиабатном расширении из которого

конечная влажность пара не превышает

10 - 12 %, называют сопряженными

параметрами.

Рис. 11.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

Таким образом, увеличение начальной

температуры пара является эффективным

методом повышения экономичности цикла

ПТУ. В реальных установках предел

повышения температуры ограничивается

температуростойкостью металлов,

применяемых для изготовления

высокотемпературных частей агрегатов –

пароперегревателя котла, главного

паропровода, головной части турбины.

Изменение термического КПД цикла

ПТУ в зависимости от начальных

параметров пара в интервалах температур

и давлений, используемых в

промышленности, показано на рис.12.

Термический КПД цикла паротурбинной установки существенно зависит от давления пара в

конденсаторе, поскольку оно определяет температуру конденсации пара, которая является

средней температурой отвода теплоты в цикле. При уменьшении давления p

до p

2а

(рис.13)

температура конденсации пара, понижаются и термический, а также и внутренний КПД цикла

возрастают. Пример изменения термического КПД цикла в зависимости от давления в

конденсаторе приведен на рис.14.

Рис. 12.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

Давление пара в конденсаторе всегда следует снижать до минимального возможного значения,

которое определяется температурой воды, охлаждающей конденсатор, зависящей, в свою

очередь, от условий окружающей среды и системы водоснабжения (река, пруд-охладитель,

градирни и др.). Оно зависит также от площади поверхности конденсатора, расхода

охлаждающей воды и принятой разности температур конденсирующегося пара и охлаждающей

воды.

Рис. 13. Рис. 14.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год

[

ЦИКЛ

ПАРОТУРБИННОЙ

УСТАНОВКИ

ВТОРИЧНЫМ

ПЕРЕГРЕВОМ

ПАРА

]

В предыдущих главах было показано, что возможность повышения термического КПД цикла

Ренкина за счёт увеличения начального давления пара ограничивается требованием не

превышать предельное значение влажности пара в конце расширения в турбине по условию

безопасности её работы. Этого можно избежать, изменив конфигурацию цикла введением

вторичного перегрева пара при некотором промежуточном давлении.

Рис. 15. Рис. 16.

Н.Д. Денисов-Винский

E-mail: denisov.vinskiy@yandex.ru

Курс «Общая энергетика», НОУ ВПО МИЭЭ, 2010 год