Физика / Курсовая работа: Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки

Курсовая работа: Розрахунок термічного коефіцієнта корисної дії регенеративного циклу паротурбінної установки

Вода підігрівається до кипіння і переходить в насичену пару, яка при русі через пароперегрівач 2 підсушується і перегрівається. Перегріта паранаправляться в парову турбіну 3, де її теплота переходить в механічну роботу обертання ротора турбіни. В електричному генераторі, що сидить на одному валу з турбіною, механічна робота переходить в електричну енергію. Після турбіни відпрацював пар з низьким тиском поступає в конденсатор 4, через який прокачується охолоджуюча вода. Тут пара віддає теплоту воді і конденсується. Конденсат відкачується насосом 5, знову подається в парогенератор і цикл повторюється.

1.2 Цикли Карно для водяної пари

На рис. 2 в координатах – зображений теоретичний цикл Карно насиченої водяної пари.

Установка, що працює за циклом Карно, повинна складатися з парогенератора, парової турбіни, компресора й конденсатора. Ізобарно-ізотермічний процес здійснюється в парогенераторі, в якому за рахунок підводиться тепла кипляча рідина стану переходить в суху насичену пару стану видання . Отримана пара по адіабати розширюється в турбіні і здійснює роботу, яка на діаграмі зображується пл. і визначається за формулою

(1)

Рис. 2. Цикл Карно для сухої насиченої пари

Відпрацьована пара надходить у конденсатор, де здійснюється часткова конденсація внаслідок віддачі теплоти охолоджуючої воді при постійних температурі і тиску по лінії . Волога насичена пара стану надходить у компресор, стискується по адіабати і знову переходить в рідину стану , яка подається в парогенератор і цикл повторюється. Робота компресора на рис. 2 зображується заштрихованої пл. і визначається за рівнянням:

(2)

У сучасних паротурбінних установках тиск у конденсаторі підтримується в інтервалі тому питома обсяг вологої пари поступає в компресор, у багато разів перевищує обсяг рідини. У зв'язку з цим компресор виходить громіздким і на нього витрачається велика кількість металу. Крім того, на стиск вологої пари витрачається надмірно велика робота, складова значну частину роботи, яку здійснюють порою в турбіні.

Розрахунки показують, що якщо паротурбінна установка буде працювати в межах від в парогенераторі до в конденсаторі, то теоретична робота компресора складає близько роботи пари в турбіні. Практично внаслідок ряду втрат на привід компресора витрачається ще більша робота.

На підставі вищевикладеного здійснення циклу Карно в паротурбінних установках важко і економічно невигідно, тому на практиці він не застосовується.

1.3 Цикл Ренкіна

Теоретичним циклом паротурбінних установок є цикл– Ренкіна. Його основна відмінність від циклу Карно полягає в тому, що в конденсаторі здійснюється повна конденсація пари, що надходить з турбіни. У зв'язку з цим замість громіздкого компресора застосовується більш компактний насос, в якій внаслідок малої стисливості води витрачається робота у багато разів менше, ніж у компресорі. У паротурбінних установках електростанцій, що працюють по циклу Ренкіна, замість насиченої пари застосовують перегріту, що забезпечує відмінкові умови роботи турбіни і більш високі значення ККД установки.

На рис. 3 зображений теоретичний цикл Ренкіна. для перегрітої пари в координатах (схема установки на рис. 1). Внаслідок малої стисливості води процес в насосі зображується ізохорами причому точка а знаходиться лівіше нижньої прикордонної кривої. Робота стиснення в насосі зображується площадкою , яка заштрихована на діаграмі.

Рис. 3,4. Цикл Ренкіна для перегрітої пари в і –діаграмах

Ізобаричний процес здійснюється в парогенераторі, причому ділянка відповідає підігріву води до кипіння, ділянка – пароутворення і ділянка – перегріву пари в пароперегрівачі.

Процес є адіабатного розширення пари в турбіні, а чинена робота є наявна робота, вона дорівнює різниці ентальпій – зображується площею 1234, а корисна робота пари в циклі зображується площею

Ізобарно-ізотермічний процес протікає в конденсаторі, де відпрацював пар повністю конденсується; стан конденсату визначається точкою , яка знаходиться на нижній прикордонної кривої.

Зобразимо цикл Ренкіна в координатах як це показано на рис. 4. Тут точка а суміщена з точкою , тому що при стисканні води в насосі її температура і ентропія практично не змінюються, а ізобар підігріву води співпадає з нижньою прикордонної кривою. У цій діаграмі окремі площі зображують: пл. – ентальпію перегрітого пара стану 1; пл. – ентальпію відпрацьованої пари стану 2 при вході в конденсатор і₂ ; пл. — ентальпію конденсата стану після конденсатора Теплота сообщенная пари в парогенераторі по ізобару, зображується пл. і визначаєтьсязарівнянням

(3)

Теплота віддана охолоджуючі воді в конденсаторі по ізобарі 2–2', зображується пл. і визначається за рівнянням

(4)

При низьких і середніх початкових тисках пари робота насоса незначна і зазвичай її не беруть до уваги, тому термічний ККД циклу Ренкіна можна знайти за рівнянням

або остаточно

(5)

Отже, робота пари, зображувана пл. дорівнює різниці ентальпій адіабатного розширення пари в турбіні

(6)

Крім термічного ККД при різних теплових розрахунків визначають питома витрата пари і теплоти на одиницю роботи.

В паросилових установках, як одиниця роботи використовується позасистемна одиниця кіловат годину тепловий еквівалент якого дорівнює Тому при вимірюванні ентальпії пари в питома витрата її в можна визначити за рівнянням