Примеры решения задач по физике

ЦИКЛЫ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Базовый цикл ПТУ – цикл Ренкина

Современный базовый (простой) цикл паротурбинной установки (ПТУ) был предложен в пятидесятых годах XIX века шотландским инженером-физиком У.Ренкиным, поэтому его часто называют циклом Ренкина.

Это цикл ПТУ на перегретом водяном паре и сжатии рабочего тела в жидкой фазе. Схема такой ПТУ представлена на рис.16.1, а ее цикл в T,s- и h,s- диаграммах показан на рис.16.2, 16.3.


Основные параметры рабочего тела, характеризующие простой цикл ПТУ, имеют обозначения: ро и to – давление и температура пара перед турбиной, рк – давление в конденсаторе турбины. Эти три термических параметра определяют конфигурацию цикла ПТУ.

Простой цикл ПТУ состоит из четырех процессов: 1-2 – адиабатное расширение пара в турбине; 2-3 – изобарный отвод теплоты от рабочего тела в конденсаторе турбины, в результате чего пар превращается в жидкость в состоянии насыщения при давлении рк; 3-4 – адиабатное сжатие воды в насосе от давления рк до ро; 4-1 – изобарный подвод теплоты к рабочему телу в паровом котле от температуры питательной воды tпв до температуры перегретого пара to.

 


В цикле ПТУ приняты следующие обозначения энтальпий: hо – энтальпия пара перед турбиной; hк – энтальпии пара на выходе из турбины при обратимом процессе его расширения; ctк’ – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из конденсатора; ctпв – энтальпия в конце обратимого процесса сжатия воды в насосе. Введение обозначения “ct” для энтальпии жидкой фазы воды сделано теплоэнергетиками в целях отличия энтальпии жидкой фазы воды от паровой. Индекс “пв” относится к параметрам воды на входе в паровой котел, в теплоэнергетике такая вода называется питательной.

Расчет простого обратимого цикла ПТУ

Для расчета цикла ПТУ первоначально определяются энтальпии рабочего тела в его характерных точках по двум известным параметрам с использованием таблиц и h,s- диаграмм термодинамических свойств воды и водяного пара [13].

Удельная техническая работа сжатия воды в обратимом адиабатном процессе насоса может быть рассчитана исходя из того, что процесс 3-4 как изоэнтропный, так и изохорный (до ро≤100 бар) :

, (16.1)

при этом для получения работы насоса в килоджоулях на килограмм давления в выражение (16.1) необходимо подставлять в килопаскалях.

Удельная теплота, подведенная в цикле ПТУ к рабочему телу, обозначается как q1. Она изобарно (ро=const) подводится в паровом котле к воде и водяному пару (процесс 4-а-в-1) и может быть представлена как сумма теплоты экономайзера qэк, испарительной поверхности qисп и пароперегревателя парового котла qпп. Расчет этих величин выполняется по следующим формулам:

, (16.2)

где qэк=cto’-ctпв, qисп=ho’-cto’=ro, qпп=ho-ho’;

ro - удельная теплота парообразования при давлении ро.

Удельная теплота, отведенная в цикле ПТУ от рабочего тела, рассчитывается как разница энтальпий изобарного процесса 2-3:

. (16.3)

Удельная техническая работа паровой турбины определяется как разность энтальпий адиабатного процесса 1-2:

. (16.4)

Удельная работа идеального цикла ПТУ обозначается как lt и может определяться как разность технических работ турбины и насоса или подведенной и отведенной теплоты

. (16.5)

КПД обратимого цикла ПТУ называется термическим. Он обозначается как ht и определяется как

 . (16.6)

Поскольку работа насоса несоизмеримо мала по сравнению с работой турбины (изобара ро практически совпадает с линией х=0 в h,s- диаграмме), то при расчете КПД ПТУ иногда пренебрегают величиной lн. Такой термический КПД (без учета работы насоса) получил название «нетто». Расчетное выражение этого КПД имеет вид

 . (16.7)

Удельный расход пара и теплоты относится к показателям тепловой экономичности цикла ПТУ. Эти величины показывают, сколько пара или теплоты данного цикла ПТУ требуется для выработки турбиной единицы работы в кВт∙ч.

Выражение удельного расхода пара в килограммах на киловатт·час имеет вид

 . (16.8)

Удельный расход теплоты в килоджоулях на киловатт·час имеет вид

 . (16.9)

Расчет необратимого цикла простой ПТУ

Действительный (необратимый) цикл ПТУ в h,s- диаграмме показан на рис.16.4. Необратимость этого цикла характеризуется наличием трения в адиабатных процессах расширения пара в турбине и сжатия воды в насосе.

Необратимость процесса расширения пара в турбине характеризуется внутренним относительным КПД турбины hoi

 , (16.10)

необратимость процесса сжатия воды в насосе характеризуется адиабатным коэффициентом насоса hн

 . (16.11)

Используя эти коэффициенты, определяют параметры в конце необратимых адиабатных процессов 1-2’ и 3-4’:

 ;  .

Удельная теплота и работа в этом цикле определяются разностью энтальпий соответствующих процессов:

Тепловая экономичность необратимого цикла ПТУ характеризуется внутренним абсолютным КПД

 . (16.12)

Внутренний абсолютный КПД ПТУ без учета работы насоса “нетто” определяется как

 . (16.13)

Удельные расходы пара и теплоты на выработанный киловатт·час реального цикла ПТУ определяется как

 ;  .

Система КПД цикла ПТУ

Эффективность энергетических преобразований в ПТУ теплоты, подведенной к рабочему телу в паровом котле Q1, через мощности: Wт – теоретическую, Wтi – внутреннюю турбины, Wе – эффективную на валу турбины в Wэ – электрическую мощность генератора характеризует система КПД:

 , (16.14)

где  – термический КПД,

 – внутренний относительный КПД турбины,

 – механический КПД турбины,

 – электрический КПД генератора.

Удельные расходы пара и теплоты на выработанный киловатт×час электрической работы ПТУ определяются как

, (16.15)

. (16.16)

Электрическая мощность ПТУ Wэ и расход пара на турбину D определяются соотношением

. (16.17)

16.2. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара

Схематическое изображение цикла ПТУ с вторичным перегревом приведено на рис. 16.5. Вторичный перегрев пара позволяет увеличить КПД цикла и снизить влажность пара на выходе из части низкого давления турбины (ЧНД).

 


Изображение необратимого цикла ПТУ с вторичным перегревом пара в h,s- диаграмме показано на рис.16.6.

Энтальпия пара на выходе из ЧВД турбины (на входе в ВПП) обозначена как hвп’, а на выходе из ВПП (на входе в ЧНД турбины) – как hвп”. Температура пара на выходе из ВПП обозначена как tвп. В данном цикле tвп= tо, в общем случае они могут быть неодинаковыми. Остальные обозначения аналогичны простому циклу ПТУ.

Необратимость процессов расширения пара в турбине характеризуется внутренними относительными КПД частей высокого и низкого давления турбины – hoiчвд и hoiчнд:

; (16.18)


 . (16.19)

Используя внутренние относительный КПД турбины и адиабатный коэффициент насоса, определяют параметры в конце необратимых адиабатных процессов 1-2’, 3-4’ и 5-6’:

 ;

 ;

 .

Удельные величины теплоты рабочего тела, подведенной и отведенной в цикле ПТУ, рассчитываются как

. (16.20)

Удельная техническая работа турбины определяется как сумма работ ЧВД и ЧНД турбины:

. (16.21)

Удельная техническая работа насоса, работа цикла и внутренний абсолютный КПД определяются так же, как и в простом цикле ПТУ:

;

;

.

Внутренний абсолютный КПД ПТУ без учета работы насоса “нетто” определяется как

. (16.21)

Теории функций комплексного переменного примеры решения курсы 223 фз
Математика, сопротивление материалов, электротехника лекции, задачи