Какие потери энергии учитывает термический КПД цикла рабочего тела? Каковы основные способы повышения термического КПД цикла?

На паротурбинных ТЭС используется цикл рабочего тела, который называется циклом Ренкина.

На рис. 5 показаны схема простейшей паротурбинной установки и цикл Ренкина на перегретом паре (участок 1-2 - расширение пара в турбине, 2-3 – конденсация отработавшего пара в конденсаторе, 3-4 – нагрев воды в насосе, 4-5, 5-6 и 6-1 – экономайзерный, испарительный и пароперегревательный участки парогенератора соответственно).

а) б)

Рис. 5. Схема простейшей паротурбинной установки (а) и цикл Ренкина на перегретом паре (б)

Площади фигур в цикле Ренкина соответствуют:

- S_127834561 – подведенной теплоте к циклу в горячем источнике, т.е. в парогенераторе;

- S₂₇₈₃₂ – отведенной теплоте от цикла в холодном источнике, т.е. в конденсаторе;

- S_1234561 – полезной работе в цикле.

Термический КПД цикла Ренкина η_t есть отношение полезной работы к подведенной теплоте, а поскольку полезная работа равна разности между подведенной и отведенной теплотой, то можно сделать вывод, что КПД цикла рабочего тела учитывает потерю энергии в холодном источнике.

Основными способами повышения термического КПД цикла Ренкина являются:

- увеличение начальных и снижение конечных параметров рабочего тела, так как при этом возрастает полезная работа и уменьшается отвод теплоты в холодном источнике;

- осуществление промежуточного перегрева пара, что означает подвод дополнительной теплоты в горячем источнике без увеличения отвода теплоты в холодном источнике;

- регенеративный подогрев питательной воды парогенератора отбираемым из турбины паром, что приводит к уменьшению расхода пара в конденсатор и, следовательно, к снижению потерь теплоты в холодном источнике.

Какие потери энергии учитывают внутренний относительный КПД турбины, механический КПД турбины и электромеханический КПД генератора? Что такое абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки?

На рис. 6 показан процесс расширения пара в турбине в i-s-диаграмме. Внутренний относительный КПД турбины η_оi равен отношению использованного теплоперепада в реальном цикле H_i к теплоперепаду в идеальном цикле H_а (эта величина также называется располагаемым или адиабатическим теплоперепадом).

Рис. 6. Теплоперепад в адиабатическом (идеальном) и реальном процессе расширения пара в турбине

H_i всегда меньше H_а из-за следующих потерь энергии, которые учитывает величина η_оi:

- потери энергии в паровпускных трубах и регулирующих устройствах на входе пара в турбину;

- потери энергии потоком рабочего тела в проточной части турбины из-за ее несовершенства;

- потери энергии с выходной скоростью;

- потери энергии из-за протечек пара через уплотнения.

Механический КПД турбины η_м учитывает потери энергии от трения в подшипниках и затраты энергии на системы регулирования и смазки.

Электромеханический КПД генератора η_г учитывает механические потери от трения и электрические потери от вихревых токов.

Турбогенераторная установка (ТГУ) – это совокупность турбоустановки и электрогенератора, а турбоустановка (т/у) включает в себя турбину и вспомогательное оборудование – конденсатор, ПНД, ПВД, деаэратор, насосы и другие элементы тепловой схемы.

Абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки η_э равен произведению четырех КПД - η_t, η_оi, η_м и η_г. Следовательно, η_э учитывает все потери энергии, учитываемые этими четырьмя КПД.