Кпд паросиловой установки это

Термический КПД цикла Ренкина даже в установках с высокими параметрами пара не превышает 50 %. В реальных установках из-за наличия внутренних потерь в двигателе значение КПД еще меньше.

Существуют два пути повышения экономичности паросиловых установок: повышение параметров пара перед турбиной и усложнение схем паросиловых установок.

1 – парогенератор; 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина;
4 – конденсатор; 5 – питательный насос; 6 – тепловой потребитель

Первое направление приводит к увеличению теплоперепада в процессе расширения пара на турбине (h₁ — h₂) и, как следствие, к увеличению удельной работы и КПД цикла. При этом теплоперепад по турбине h₁-h₂ можно дополнительно увеличить, снижая противодавление в конденсаторе установки, т.е. уменьшая давление р₂. Повышение экономичности паросиловых установок этим путем связано с решением ряда трудных технических задач, в частности, использования высоколегированных, жаропрочных материалов для изготовления турбины.

Эффективность использования паросиловой установки можно значительно повысить за счет использования теплоты отработавшего пара для отопления, горячего водоснабжения, сушки материалов и т. д. С этой целью охлаждающую воду, нагретую в конденсаторе (4) (рис. 35), не выбрасывают в водоем, а прокачивают через отопительные установки теплового потребителя (6). В таких установках станция вырабатывает механическую энергию в виде полезной работы L₁ на валу турбины (3) и теплоту Q_т.п для отопления. Такие станции называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии – один из основных методов повышения эффективности тепловых установок.

Повысить КПД паросиловой установки по сравнению с циклом Ренкина можно за счет применения так называемого регенеративного цикла
(рис. 36). В этой схеме питательная вода, поступающая в котел (1), нагревается паром, частично отбираемым из турбины (3). По этой схеме пар, полученный в котле (1) и перегретый в пароперегревателе (2), направляется в турбину (3), где происходит его расширение до давления в конденсаторе (4). Однако часть пара после совершения им работы из турбины и направляется в регенеративный подогреватель (6), где в результате конденсации он подогревает питательную воду, подаваемую насосом (5) в котел (1).

Сам конденсат после регенеративного подогревателя поступает на вход насоса (5) или в конденсатор 4, где он смешивается с конденсатом пара, прошедшего через все ступени турбины. Таким образом, в котел поступает такое же количество питательной воды, какое и выходит из него в виде пара. Из диаграмм (рис. 37) видно, что каждый килограмм пара, входящий в турбину, расширяется от давления р₁ до давления р₂, совершая работу w₁=h₁-h₂. Пар в количестве (1 — g) долей килограмма расширяется до конечного давления p₃, совершая работу w₂=h₂-h₃. Суммарная работа 1 кг пара в регенеративном цикле будет

где – доля пара отбираемого из турбины и подаваемого в регенератор.

Рис. 37. График адиабатного расширения пара в турбине с промежуточным отбором (а) и изменения количества пара (б)

Уравнение показывает, что использование регенерации теплоты приводит к уменьшению удельной работы расширения по сравнению с циклом Ренкина с теми же параметрами пара. Однако расчеты показывают, что работа в регенеративном цикле уменьшается медленнее, чем расход теплоты на получение пара при наличии регенерации, поэтому КПД паросиловой установки с регенеративным подогревом в итоге выше КПД обычного цикла.

Применение пара высоких и сверхвысоких давлений с целью повышения КПД установок наталкивается на серьезное затруднение: влажность его на последних ступенях турбины получается настолько высокой, что заметно снижает КПД турбины, вызывает эрозию лопаток, может служить причиной выхода их из строя. Поэтому в установках с высокими параметрами пара приходится применять так называемый промежуточный перегрев пара, что также ведет к повышению КПД установки (рис. 38).

Рис. 38. Схема паросиловой установки с промежуточным перегревом пара:

1 – парогенератор; 2 – пароперегреватель; 3 – турбина высокого давления (ТВД); 4 – турбина низкого давления (ТНД); 5 – конденсатор; 6 – питательный насос; 7 – промежуточный пароперегреватель; 8 – потребитель

В паросиловой установке с промежуточным перегревом пара, после расширения в турбине высокого давления (3) пар отводится в специальный пароперегреватель (7), где он вторично подогревается при давлении р_рп до температуры , которая обычно несколько ниже, чем температура t₁. Перегретый пар поступает в турбину низкого давления (4), расширяется в ней до конечного давления р₂ и уходит в конденсатор (5) (рис. 39).

Влажность пара после турбины при наличии перегрева пара значительно меньше, чем она была бы без него (x₁>x₂) (рис. 39). Применение промежуточного перегрева в реальных условиях дает повышение КПД приблизительно на 4 %. Этот выигрыш получается не только за счет повышения относительного КПД турбины низкого давления, но и за счет повышения суммарной работы расширения пара по турбине низкого и высокого давлений. Дело в том, что сумма отрезков и , характеризующих работу соответственно турбин высокого и низкого давлений, больше отрезка 1 – e, характеризующего работу расширения в турбине установки, в которой не применяется промежуточного перегрева пара (рис. 39б).

Источник



ПАРОСИЛОВА́Я УСТАНО́ВКА

ПАРОСИЛОВА́Я УСТАНО́ВКА, пре­об­ра­зу­ет те­п­ло­ту сжи­гае­мо­го то­п­ли­ва в ме­ха­нич. ра­бо­ту при по­мо­щи па­ра; яв­ля­ет­ся ба­зой совр. круп­ных энер­ге­тич. ус­та­но­вок. П. у. со­сто­ит из од­но­го или груп­пы па­ро­вых кот­лов и од­но­го или не­сколь­ких па­ро­вых дви­га­те­лей (па­ро­вая ма­ши­на, па­ро­вая тур­би­на) со вспо­мо­гат. ме­ха­низ­ма­ми, ап­па­ра­та­ми и при­бо­ра­ми. Как пра­ви­ло, ме­ха­нич. ра­бо­та по­сред­ством ге­не­ра­то­ров элек­трич. то­ка транс­фор­ми­ру­ет­ся в элек­тро­энер­гию, пе­ре­да­вае­мую за­тем по­тре­би­те­лям. Раз­ли­ча­ют П. у. с про­ме­жу­точ­ным и бес­про­ме­жу­точ­ным пе­ре­гре­вом па­ра и ре­ге­не­ра­тив­ным по­дог­ре­вом пи­тат. во­ды, а так­же П. у. би­нар­но­го цик­ла (с дву­мя ра­бо­чи­ми те­ла­ми; не по­лу­чил ши­ро­ко­го рас­про­стра­не­ния). В бес­про­ме­жу­точ­ной П. у. пар пе­ре­гре­ва­ет­ся в паро­пе­ре­гре­ва­те­ле­ па­ро­во­го кот­ла од­но­крат­но. Для по­вы­ше­ния тер­мич. кпд Ран­ки­на цик­ла с про­ме­жу­точ­ным (вто­рич­ным) пе­ре­гре­вом па­ра и ре­ге­не­ра­тив­ным по­дог­ре­вом (рис. 1) ис­поль­зу­ет­ся двух­сту­пен­ча­тая тур­би­на, со­стоя­щая из ци­лин­д­ра вы­со­ко­го дав­ле­ния и не­сколь­ких ци­лин­д­ров низ­ко­го дав­ле­ния. Пар пе­ре­гре­ва­ет­ся в па­ро­пе­ре­гре­ва­те­ле па­ро­во­го кот­ла (дав­ле­ние 23,0÷30,0 МПа, темп-ра 570÷600 °С) и по­да­ёт­ся по па­ро­про­во­ду в ци­линдр вы­со­ко­го дав­ле­ния па­ро­вой тур­би­ны, где про­из­во­дит ме­ха­нич. ра­бо­ту (дав­ле­ние и темп-ра па­ра сни­жа­ют­ся). От­ту­да пар на­прав­ля­ет­ся в про­ме­жу­точ­ный па­ро­пе­ре­гре­ва­тель па­ро­во­го кот­ла (в ко­то­ром его темп-ра по­вы­ша­ет­ся) и в ци­линдр низ­ко­го дав­ле­ния, где он про­из­во­дит ме­ха­нич. ра­бо­ту, сни­жая своё дав­ле­ние и темп-ру до дав­ле­ния и темп-ры кон­ден­са­то­ра. Из кон­ден­са­то­ра на­со­сом кон­ден­сат по­да­ёт­ся в па­ро­вой ко­тёл (па­ро­ге­не­ра­тор). Ци­лин­д­ры вы­со­ко­го и низ­ко­го дав­ле­ния тур­би­ны на­хо­дят­ся на од­ном ва­лу с элек­тро­ге­не­ра­то­ром. Для по­вы­ше­ния эф­фек­тив­но­сти схе­мы пи­тат. во­да до её по­сту­п­ле­ния в ко­тель­ный аг­ре­гат под­вер­га­ет­ся пред­ва­рит. на­гре­ву па­ром (напр., из ци­лин­д­ра низ­ко­го дав­ле­ния). По­до­грев реа­ли­зу­ет­ся по­сред­ст­вом спец. те­п­ло­об­мен­ни­ка – ре­ге­не­ра­тив­но­го по­до­гре­ва­те­ля. Цикл с пе­ре­гре­вом па­ра и ре­ге­не­ра­ци­ей – ос­нов­ной для П. у., при­ме­няе­мых в совр. те­п­ло­энер­ге­ти­ке, по­зво­ля­ет уве­ли­чить тер­мич. кпд П. у. до 60%.

В энер­ге­ти­ке ши­ро­ко вне­дря­ют­ся па­ро­га­зо­тур­бин­ные ус­та­нов­ки (па­ро­га­зо­вые ус­та­нов­ки) с кпд до 55–60%, в ко­то­рых от­хо­дя­щие из га­зо­вой тур­би­ны газы с темп-рой 500–550 °C по­сту­па­ют в па­ро­си­ло­вую ус­та­нов­ку.

Вы­со­кий кпд (бо­лее 55%) мож­но по­лу­чить, ес­ли к П. у. при­сое­ди­нить маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ский ге­не­ра­тор (МГД-ге­не­ра­тор), в ко­то­ром про­ис­хо­дит пря­мое пре­об­ра­зо­ва­ние те­п­ло­вой энер­гии в элек­три­че­скую. Это по­зво­лит по­лу­чить боль­шие мощ­но­сти в од­ном аг­ре­га­те (500–1000 МВт).

Пер­спек­тив­ны­ми яв­ля­ют­ся сол­неч­ные П. у. (рис. 2), ра­бо­та ко­то­рых ос­но­ва­на на сис­те­ме пре­об­ра­зо­ва­ния сол­неч­но­го из­лу­че­ния в те­п­ло, т. е. вы­ра­ба­ты­вае­мый в сол­неч­ном па­ро­вом кот­ле пар по­да­ёт­ся на па­ро­вую тур­би­ну, на ва­лу ко­то­рой ус­та­нов­лен элек­тро­ге­не­ра­тор, а об­ра­зую­щий­ся кон­ден­сат на­со­сом сно­ва за­ка­чива­ет­ся в ко­тёл. Для по­дог­ре­ва во­ды ис­поль­зу­ют­ся ге­лио­кон­цен­тра­то­ры (см. в ст. Ге­лио­уста­нов­ка).

Источник

Кпд паросиловой установки это

Для просмотра сайта используйте Internet Explorer

Тема 8. ПАРОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

8.1.Принципиальная схема паросиловой установки

Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках (п. с. у.), которые являются базой современной крупной энергетики. Принципиальная схема простейшей паросиловой установки показана на рис. 8.1.

В паровом котле 1 вода превращается в перегретый пар с параметрами p₁, t₁, i₁, который по паропроводу поступает в турбину 2, где происходит его адиабатное расширение до давления p₂ с совершением технической работы, приводящей во вращательное движение ротор электрического генератора 3. Затем пар поступает в конденсатор 4, который представляет собой трубчатый теплообменник. Внутренняя поверхность трубок конденсатора охлаждается циркулирующей водой.

В конденсаторе при помощи охлаждающей воды от пара отнимается теплота парообразования и пар переходит при постоянных давлении р₂ и температуре t₂ в жидкость, которая с помощью насоса 5 подаётся в паровой котёл 1. В дальнейшем цикл повторяется.

На рис. 8.2 приведена схема паровой турбины. Турбинные установки предназначены для преобразования энергии рабочего тела (пара, газа), имеющего высокое давление и температуру, в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбины используют в качестве двигателей электрогенераторов, турбокомпрессоров, воздуходувок, насосов.

Водяной пар с высоким давлением и температурой поступает в сопло 1, при истечении из которого его давление снижается, а кинетическая энергия увеличивается. Струя пара направляется на закреплённые на диске 3 ротора турбины лопатки 2, отдавая им часть своей кинетической энергии, которая через лопатки передаётся вращающемуся ротору.

Обычно турбина имеет несколько сопел, составляющих сопловый аппарат. Рабочие лопатки расположены по всей окружности диска и образуют рабочую решётку. Сопловый аппарат и рабочая решётка составляют ступень турбины, а каналы для прохода газа — проточную часть турбины.

Турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые, активного и реактивного типов.

В активных турбинах процесс расширения пара происходит только в соплах, а в реактивных — в соплах и в каналах рабочих лопаток.

8.2.Цикл Ренкина

В паросиловых установках применяют цикл Ренкина. В цикле Ренкина охлаждение влажного пара в конденсаторе производится до превращения его в воду.

Различают цикл Ренкина с сухим насыщенным паром и с перегретым паром (рис. 8.3). В цикле Ренкина с сухим насыщенным паром сухой насыщенный пар с параметрами p₁, T₁, i₁ поступает из парового котла в турбину (точка 1 на рис. 8.3), где адиабатно расширяется от давления p₁ до давления p₂ (точка 2). После турбины влажный насыщенный пар с параметрами p₂, T₂, i₂ поступает в конденсатор, где полностью конденсируется при постоянных давлении и температуре (точка 3). Питательная вода с помощью насоса сжимается до давления p₁, равного давлению в паровом котле, и подаётся в котёл (точка 4). Параметры воды на входе в котёл – p₁, T₂, i₄. В паровом котле питательная вода смешивается с кипящей водой, нагревается до температуры кипения и испаряется

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

4′-1 – процесс парообразования в котле при постоянном давлении;

1-2 – процесс адиабатного расширения пара в турбине;

2-3 – процесс конденсации влажного пара в конденсаторе с отводом теплоты с помощью охлаждающей воды;

3-4 – процесс адиабатного сжатия воды в насосе от давления p₂ до давления p₁;

4-4’ – процесс подвода теплоты к воде при давлении p₁ в паровом котле до соответствующей этому давлению температуры кипения.

Термический к. п. д. цикла

Теплота q₁ в цикле подводится в процессах: 4-4’ – подогрев воды до температуры кипения в котле; 4′-1 – парообразование в котле. Для 1 кг пара q₁ в изобарном процессе равно разности энтальпий конечной (точка 1) и начальной (точка 4) точек процесса подвода тепла:

Отвод теплоты q₂ происходит в конденсаторе по изобаре 2-3, следовательно

Подставив (8.2) и (8.3) в (8.1), получим

Термический к. п. д. цикла Ренкина меньше термического к. п. д. цикла Карно при одинаковых начальных и конечных параметрах пара, так как в цикле Карно теплота q₁ затрачивается только на процесс парообразования (то есть q₁≈r), а в цикле Ренкина она затрачивается как на парообразование, так и на подогрев питательной воды в процессе 3-4. Поэтому для паросиловых установок в заданном температурном интервале термодинамически наиболее выгодным циклом мог бы быть цикл Карно. Однако его осуществление связано с большими трудностями. Цикл Карно относительно проще было бы осуществить в области влажного пара. Это объясняется тем, что в области влажного пара изотермические процессы совпадают с изобарными и могут быть реально осуществлены в котле и конденсаторе. Однако в цикле Карно конденсация пара в изотермическом процессе происходит не полностью, вследствие чего в последующем адиабатном процессе сжимается не вода, как в цикле Ренкина, а влажный пар, имеющий относительно большой объем.

В цикле Ренкина с перегретым паром добавляется ещё один процесс: 1-1’ – перегрев пара.

8.3.Влияние параметров пара на термический к. п. д. цикла Ренкина

Анализ термического к. п. д. цикла Ренкина показывает, что термический к. п. д. паросиловой установки возрастает при увеличении начального давления p₁ и начальной температуры пара t₁.

При увеличении температуры пара на выходе из котлоагрегата (давление пара не изменяется) увеличивается i₁. Если остальные энтальпии, входящие в выражение (8.5), неизменны, что технически осуществимо, то, как следует из (8.5), увеличение температуры пара на выходе из котлоагрегата сопровождается ростом η_t.

При увеличении давления пара на выходе из котлоагрегата (температура перегретого пара не изменяется) уменьшается i₁ (смотри таблицы термодинамических свойст воды и перегретого пара). Если остальные энтальпии, входящие в выражение (8.5), неизменны, что технически осуществимо, то, как следует из (8.5), увеличение давления перегретого пара на выходе из котлоагрегата сопровождается уменьшением η_t. Следовательно, давление на выходе котлоагрегата целесообразно повышать только с целью увеличения температуры пара.

8.4.Пути повышения экономичности паросиловых установок

Несмотря на то, что в настоящее время осуществляется массовое освоение высоких и сверхвысоких параметров пара (p₁=23,0÷30,0 МПа; t₁= 570÷600 0 С), термический к. п. д. цикла Ренкина не превышает 50%. В реальных установках доля полезной использованной теплоты еще меньше из-за потерь, связанных с внутренней необратимостью процессов. В связи с этим были предложены другие способы повышения тепловой эффективности паросиловых установок.

Одним из таких способов является промежуточный перегрев пара (рис. 8.4). Здесь пар перегревается в пароперегревателе 2 парогенератора 1 и подаётся в цилиндр высокого давления 3, в котором находятся ступени турбины, рассчитанные на пар с высоким давлением. В цилиндре высокого давления пар производит механическую работу, его давление и температура снижаются. Из цилиндра высокого давления пар направляют в промежуточный пароперегреватель 4, где его температуру повышают, передавая ему некоторое количество тепла q₁’. Из промежуточного пароперегревателя пар направляют в цилиндр низкого давления 5, где он производит механическую работу, снижая своё давление и температуру до давления и температуры конденсатора 7. Из конденсатора насосом 8 конденсат подаётся в парогенератор. Цилиндры низкого и высокого давления находятся на одном валу с электрогенератором 6.

Количество тепла q₂ отдаваемое паром в конденсаторе, остаётся постоянным, а количество тепла q₁, сообщаемое пару в котлоагрегате увеличивается на q₁’, подводимое к пару в промежуточном пароперегревателе. Поэтому в соответствии с (8.1) термический к. п. д. паросиловой установки с промежуточным пароперегревателем выше, чем у паросиловой установки без промежуточного пароперегревателя. Увеличение термического к. п. д. в этом случае не превышает 2-3%.

Более эффективным способом повышения термического к. п. д. паросиловой установки является применение схем регенеративного подогрева питательной воды (рис. 8.5).

Для получения такой схемы устанавливают подогреватель питательной воды 9 и организуют дополнительный отбор пара. Например, из цилиндра низкого давления. В этом случае пар, отбираемый на подогрев питательной воды, не отдает тепло в конденсаторе, и количество теплоты, теряемой в конденсаторе, уменьшается на некоторую величину q₂’. Поэтому в соответствии с (8.1) термический к. п. д. паросиловой установки повышается. Однако, в связи с тем, что часть пара, направляемого на подогрев питательной воды, не производит механическую работу на последующих ступенях турбины, мощность отдаваемая турбиной электрогенератору в этом случае снижается.

Регенеративный подогрев питательной воды позволяет увеличить термический к. п. д. паросиловой установки процентов на 10-12.

Источник

Цикл Ренкина паросиловой установки. Влияние параметров пара на термический КПД цикла.

Паросиловая установка (ПСУ) предназначена для выработки пара и эл.энергии. Рабочим телом ПСУ явл-ся вода – самое доступное и дешевое раб.тело. Характерной особенностью раб.процесса ПСУ является изменение агрегатного состояния раб.тела.

ПСУ (рис. 1.) состоит из: парогенератора (котла); паровой турбины; эл.генератора; конденсатора; питательного насоса.

Парогенератор предназначен для выработки водяного пара. Для этого в его топке сжигается природное органическое топливо (каменный уголь, газ, мазут и т.д.). За счет выделяющейся при этом теплоты вода превращается сначала в насыщенный, а затем, в пароперегревателе, в перегретый водяной пар. Перегретый пар направляется в турбину, где, расширяясь, производит полезную работу – вращает ротор турбины и эл.генератора, который предназначен для выработки эл.энергии. Из турбины отработавший пар направляется в конденсатор, где конденсируется и насосом подается опять в котел. Этот насос получил название питательного, т.к. в котел подается не сырая вода, а специально подготовленная (питательная).

В основе работы такой паросиловой установки лежит идеальный цикл Ренкина.

Он был предложен в 50-х гг. ХХв. Почти одновременно шотланд.инженером и физиком У.Ренкиным и выдающимся немец.физиком Р.Клаузиусом. Обычно его называют циклом Ренкина. Он состоит из следующих процессов:

— нагревания воды в котле до кипения;

— испарения воды в парообразных трубах котла;

— расширения пара в турбине с совершением полезной внешней работы;

— конденсации отработавшего пара в конденсаторе с отводом теплоты охлаждающей воды;

— сжатия конденсата питательным насосом до первоначального давления воды, поступающей в котел.

В этом цикле нет потерь на трение, нет потерь тепла в котле, турби­не и трубопроводах, все процессы протекают обратимо, в частности про­цесс расширения пара в турбине происходит без теплообмена с внешней средой (т. е. адиабатно). На диаграмме p-v и T-S этот цикл представлен на (рис.2 и 3) соответственно.

1-2 – адиабатное расширение пара в паровой турбине до давления в конденсаторе p₂;

2-2 ‘ – конденсация пара в конденсаторе, отвод тепла при p₂ = const.

В результате отвода тепла отработавший пар полностью конденсируется, а образовавшийся конденсат водяным насосом подается в котел. Т.к. при давлениях, применяемых обычно в теплотехнике, изменением объема воды при её сжатии можно пренебречь, то процесс адиабатического сжатия воды в насосе происходит практически при постоянном объеме воды и может быть представлен изохорой 2 ‘ -3.

3-4 – процесс нагревания воды в котле при p₁ = const до температуры кипения;

5-1 – перегрев пара в пароперегревателе.

Процессы нагревания воды до кипения и парообразование происходят при постоянном давлении (P = const, T = const) .

Поскольку процессы подвода и отвода теплоты в рассмотренном цикле осуществляется по изобарам, а в изобарном процессе количество подведенной (отведенной) теплоты = разности энтальпий раб.тела в начале и конце процесса:

h₁ – энтальпия перегретого пара на выходе из котла;

h₄ – энтальпия воды на входе в котел;

h₂ – энтальпия влажного пара на выходе из турбины;

h₃ – энтальпия конденсата на выходе из конденсатора.

Термический КПД цикла:

h₁-h₂ – располагаемый перепад энтальпий, превращенный в полезную работу в турбине;

h₄-h₃ – техническая работа насоса.

Термический КПД цикла Ренкина удобно определять, пользуясь h-s диаграммой (рис. 4). На пересечении изобары p₁ и изотермы t₁ находят точку 1, соответствующую состоянию пара перед входом в тур­бину. Энтальпию h₁ пара, состояние которого отображается этой точкой, определяют по шкале на оси ординат. Затем из точки 1 про­водят вертикальную прямую — адиабату до ее пересечения в точке 2 с изобарой p₂ и находят энтальпию h₂ пара, состояние которого отобра­жается точкой 2.

Источник