Проектирование тепловых электрических станций
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?тенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скорость потока - сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потока превращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбины и в работу производства электроэнергии.
На рис. 1 показана одна турбина, на самом деле турбина имеет несколько ступеней расширения пара.
После турбины пар направляется в конденсатор. Это обычный теплообменник, внутри труб проходит охлаждающая вода, снаружи - водяной пар, который конденсируется, вода становится жидкой.
Схемы установки
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема паросиловой установки.
Эта вода поступает в питательный насос, где происходит увеличение давления до номинальной (проектной) величины.
Далее вода с высоким давлением направляется в котельный агрегат (на рис. 1 он обведен штриховой линией). В этом агрегате вода сначала нагревается до температуры кипения от дымовых газов из топки котла, затем поступает в кипятильные трубы, где происходит фазовое превращение вплоть до состояния сухого насыщенного пара.
Наконец, сухой насыщенный пар идет в пароперегреватель, обогреваемый топочными дымовыми газами из топки. Состояние пара на выходе из пароперегревателя характеризуется точкой 1. Так замыкается цикл. Этот цикл паросиловой установки предложил немецкий инженер Ренкин, и потому его и назвали циклом Ренкина.
Рассмотрим цикл Ренкина на трех термодинамических диаграммах P v, T s, i - s(hs)
Рис. 2. Цикл Ренкина на термодинамических диаграммах
Цикл Ренкина на термодинамических диаграммах
Нумерация точек совпадает с нумерацией на рис. 1. Процесс 1 - 2 - расширение пара в соплах турбины; 2 - 3 - процесс конденсации пара; 3 - 4 - процесс в питательном насосе;4 - 5 - процесс нагрева воды и ее кипение; 5 - 1 - процесс перегрева пара. Заштрихованы те области диаграмм, площадь которых численно равна работе и теплоте за цикл, причем qц = wц.
Из технологической схемы на рис. 1 и диаграммы Т - s на рис. 2 следует, что теплота подводится к рабочему телу в процессах 4 - 5 - 1, у которых ds > 0. И эти процессы характеризуются инвариантом p1 = const. Поэтому подводимая в цикле Ренкина теплота qподв равна: h-энтальпия.
подв = h1 - h4. Дж.
Теплота отводится от рабочего тела в процессе 2 - 3 (ds < 0) и этот процесс тоже p2 = const. Поэтому
отв = h2 - h3. Дж.
Разность между подведенной теплотой и отведенной представляет собой теплоту цикла qц, превращенную в работу Aц
ц = qц = (h1 - h4) - (h2 - h3) = (h1 - h2) - (h4 - h3)
Разность энтальпии воды до питательного насоса (точка 3) и после (точка 4) ничтожно мала. В связи с этим
ц = qц = h1 - h2.
Термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина (а это отношение пользы, т.е. Aц, к затратам, т.е qподв) равен
?t = (h1 - h2)/(h1 - h4).
Иллюстрация причины малого КПД цикла Ренкина по сравнению с циклом Карно. Потери работы - заштрихованная площадь. Нумерация точек совпадает с нумерацией на рис. 1 и 2.
2.5 Влияние начальных и конечных параметров пара на КПД цикла Ренкина
Исследование термического к, п. д. цикла Ренкина при различных начальных и конечных состояниях пара позволяет сделать вывод, что с увеличением начального давления и начальной температуры пара и понижением конечного давления в конденсаторе КПД паротурбинной установки растет. Выясним влияние этих параметров на величину к.п.д цикла Ренкина.
Влияние начального давления пара. При увеличении начального давления пара и одном и том же конечном давлении в конденсаторе термический к.п.д паротурбинной установки значительно увеличится, а удельный расход пара уменьшится.
Увеличение начального давления с р1 по р1 связано с повышением температуры насыщенного пара, т.е. с повышением средней температуры подвода теплоты, что ясно видно из TS-диаграммы(рис.а). Возрастание средней температуры подвода теплоты и отвода теплоты
В конденсаторе при р = const приводит к увеличению к.п.д. цикла. Следовательно, не начальное давление является причиной увеличения к.п.д. паросиловой установки а увеличение средней температуры подвода теплоты. Из is-диаграммы (Рис,.б) так же можно установить, что с увеличением начального давления пара увеличивается адиабатное теплопадение h1, но повышается конечная влажность пара и капли воды разрушают лопатки последних ступеней турбины. Конечная влажность пара свыше 13-14% не допускается. Значительное увеличение к.п.д. с ростом начального давления пара имеет существенное в повышении экономичности работы паротурбинных установок. В настоящее время осваиваются давления до 300 бар.
Влияние начальной температуры пара. При повышении начальной температуры пара происходит увеличение к.п.д. паротурбинного цикла, так как увеличивается среднеинтегральная температура подвода теплоты и при этом растет адиабатное теплопадение h.
Увеличение к.п.д. цикла будет значительным, если с увеличением температуры будет возрастать и начальное давление пара. Одновременно с увеличением начальной температуры уменьшается удельный расход пара. В настоящее время используют пар с температурой до 565С и осваивается пар с температурой до 600С и выше. Повышение температуры перегрева пара ограничивается способностью металла, из которого сделаны трубы, выдерживать большие давления при высоких температурах, т. е. конечные параметры пара определяются наличием относительно дешевых жаропрочных