Л. Схема паротурбинной установки (ПТУ) и цикл Ренкина

На рис. 9.8, 9.9, 9.10 представлены схемы паротурбинной установки (ПТУ) и обратимый цикл в р-v- и T-s- диаграммах (цикл Ренкина).

Обозначения: ПК - паровой котел; ПП - пароперегреватель; ЭТ - экран­ные (испарительные) трубы парового котла; ВЭ - водяной экономайзер; Т - паровая турбина; К - конденсатор, охлаждаемый водой; Н - насос; ЭГ - генератор электрического тока (потребитель). Цифры на схеме соот­ветствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в p-v- и T-s- диаграммах

Теплота, подводимая к воде и водяному пару в паровом котле (в процессах: 3-4- нагрев воды до кипения, 4-5-испарение воды, 5-1 - перегрев пара)

q₁=h₁-h₃.

Отводится теплота от водяного пара в процессе его конденсации (2-2')

q₂=h₂-h'₂.

Работа, получаемая в турбине, является внешней работой адиабатного процесса расширения 1-2

Работа, затрачиваемая на сжатие конденсата в насосе, с учетом того, что процесс сжатия является адиабатным (dq <= 0) и одновременно изохорным (v = const) вследствие несжимаемости жидкости,

Полезная работа обратимого цикла (площадь цикла в p-v- и T-s- диа­граммах)

Термический КПД обратимого цикла Ренкина вычисляется по форму-

лам:

(9.9)

(9.10)

В практических расчетах зачастую можно пренебречь, работой насоса, которая, вследствие практической несжимаемости жидкости, ничтожно мала по сравнению с работой турбины. В этом случае состояние 3 на диаграм­мах не изображают (рис. 9.11), т.к. точка 3 совпадает с точкой 2' (h₃ = h_2′):

(9.11)

(9.12)

Анализ формул (9.9)-(9.12) показывает, что термический КПД зависит от трех параметров (p₁,t₁,p₂), он увеличивается с повышением давления р₁ в паровом котле, с увеличением температуры перегрева пара t₁ и с уменьшением давления p₂ в конденсаторе.

В современных мощных паротурбинных установках применяются параметры пара р₁= 235...240 бар, t₁= 535...565 °C, p_z=0,03...0,05бар (t_s = 25…35 °C). Переход на более высокие параметры p₁ и t₁ определяется уровнем развития металлургии, т.к. требуются дорогостоящие высоколегиро­ванные стали. Использование более низких давлений р₂ ограничено температурой воды, охлаждающей конденсатор, которая в летнее время равна 18...20 °С

В паротурбинной установке можно было бы осуществить цикл Карно а-4-5-b (рис. 9.12): 4-5 - испарение; 5-b - расширение пара в турбине; b-a-неполная конденсация пара; а-4- сжатие мокрого пара в ком­прессоре.

На практике этот цикл не осуществляется, прежде всего, потому, что в реальном цикле, вследствие потерь на привод компрессора, затрачивалась бы боль­шая часть мощности, вырабатываемой турбиной. Эко­номичнее конденсировать пар полностью, а затем насосом увеличить давле­ние воды от p₂ до р₁ в процессе 2'-3. Кроме того, процесс расширения сухого насыщенного пара в турбине (5-b) связан с большими потерями на трение, вследствие существенного уменьшения степени сухости в процессе расши­рения, т.е. увеличения содержания воды в паре. Поэтому в паротурбинных установках применяют перегрев пара в трубах пароперегревателя парового котла. В этом случае процесс расширения 1-2 сдвигается в область перегре­того пара, уменьшаются потери на трение при течении пара в проточной час­ти турбины.