Файл: Введение Анализ циклов пту.docx

2.1 Цикл Ренкина на перегретом паре…………………………………….62.2 Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара…………………122.3 Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара и двумя регенеративными отборами………………………………………………162.4 Цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара и теплофикационным отбором пара………………………………………………………………222.5 Цикл ПТУ с необратимыми потерями в турбине и насосе………...272.6 Сравнение результатов расчета цикла ПТУ………………………...313. Заключение……………………………………………………………..324. Основные обозначения………………………………………………...335. Библиографический список……………………………………………341.ВведениеПаротурбинная установка (ПТУ) — это непрерывно действующий тепловой агрегат, предназначенный для преобразования потенциальной энергии сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора паровой турбины.Характерные особенности циклов:

Рабочее тело-вода и водяной пар;
Продукты сгорания непосредственного участия в циклах не принимают за исключением бинарных парогазовых установок.
Наличие в цикле фазовых превращений.

В качестве рабочего тела используется перегретый пар и сухой насыщенный пар. Основным энергетическим циклом паротурбинных установок, вырабатывающих электроэнергию, является цикл Ренкина.Назначение:

Выработка электрической и добавочно-тепловой энергии на АЭС и ТЭС;
Использование судовых ПТУ в качестве привода гребного винта на кораблях.

Достоинства:

Работают на различных видах топлива. Для нагрева воды до газообразного состояния используют разные энергоносители. На теплоэлектростанциях – мазут, газ, уголь, торф. На атомных – энергию распада радиоактивного топлива. Можно использовать отработанный пар металлургического, химического, машиностроительного производств. Малые паровые турбины работают на бензине.
Высокая единичная мощность. Мощность одной турбины для ТЭС может равняться 1200 МВт, а для АЭС – до 1900 МВт. Самые мощные разработаны немецкой компанией Siemens и американской General Electric. Каждая имеет мощность – 1900 МВт и установлены на АЭС. Самые производительные паровые турбины в России работают на Сургутской ГРЭС-2 – по 800 МВт каждая. Всего их 6. Станция обеспечивает электроэнергией всю Тюменскую область и часть Урала.
Большой диапазон мощностей. Позволяет использовать паровые турбины для разных нужд. Самые производительные — установлены на крупных атомных и теплоэлектростанциях. Средние и малые — вырабатывают тепло и электричество для заводов, фабрик, небольших городов, отдаленных поселков. Номинальная мощность находится в пределах 50-1900 МВт. Самая маленькая – мощностью 30 кВт – позволяет автономно вырабатывать электроэнергию для коттеджа площадью до 300 квадратных метров.
Большой срок службы. Нормативными документами установлены сроки эксплуатации турбины на ТЭС – 40 лет, на АЭС – 30 лет. Для быстроизнашивающихся деталей, такие как лопатки, крепежные детали — до 6 лет. Обычно по истечении нормативных сроков службы, сохраняется остаточный ресурс и срок работы турбины продлевают.

Недостатки:

Инерционность. Пуск ротора процесс сложный, требует много времени и энергии. Перед запуском сначала проверяют исправность всех запорных, защитных механизмов, регулирующих клапанов, прочее. Затем прогревают при определенных температуре и давлении пара паропроводы, клапаны, ротор. Синхронизируют генератор, а затем дают полную нагрузку. На все это уходит несколько суток. На остановку и остывание турбины для планового ремонта требуется 5-6 суток.
Сложность монтажа, обслуживания. Для перевозки и установки турбины создаются особые условия. Она транспортируется специальными автопоездами или железной дорогой в собранном виде, чтобы исключить попадание пыли, загрязнений. Для её погрузки/разгрузки, монтажа/демонтажа применяют краны большой грузоподъёмности, такелажное оборудование. Требуется большое количество грамотных специалистов для ведения работ по установке, обслуживанию, ремонту: машинисты паровых турбин, электрики, слесари, монтажники, инженеры и другие мастера.
Дороговизна. Это высокотехнологичное оборудование. Его стоимость зависит от производителя, размеров, мощности. Чем мощнее, тем дороже. Одна паровая турбина стоит от 5 000 до 200 000 американских долларов.
Загрязнение окружающей среды. Чтобы нагреть воду до состояния пара температурой порядка 400-600 ^оС используют разные виды топлива. Это может быть мазут, уголь, газ. Для их сгорания необходим кислород, который забирается из воздуха, а в атмосферу выделяется большое количество продуктов горения, вредных для человека и природы. Это углекислый газ, хлор, сернистые соединения, угарный газ, оксид азота, свинец. Кроме того, отработанный пар выделяется в атмосферу, повышая уровень «парникового эффекта» на нашей планете. На атомных электростанциях главная проблема – захоронение радиоактивных отходов.
Низкая эффективность преобразования тепловой энергии топлива в электрическую. Паровые турбины являются главным механизмом на электростанциях. Для производства 1 млн. кВт/ч электроэнергии необходимо сгенерировать 2,9 млн. кг водяного пара и сжечь в котле 500 тонн угля за 1 час. Лишь 40 % тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива, преобразуется в электрическую энергию. Еще 20% тепловой энергии пара используется для централизованного теплоснабжения.

2. Анализ циклов ПТУ2.1 Цикл Ренкина на перегретом пареОсновным циклом современных паротурбинных установок (ПТУ) является цикл Ренкина на перегретом паре. Перегретый пар с давлением р₁ и температурой t₁ поступает в паровую турбину ПТ (рис. 2.1), где, адиабатически расширяясь, совершает работу. После турбины влажный пар с давлением р₂ поступает в конденсатор К, где, отдавая теплоту охлаждающей воде, полностью конденсируется при p = const и t = const. Конденсат с помощью питательного насоса ПН, адиабатически повышающего его давление до р₁, вновь подается в парогенератор (паровой котел) ПГ, в котором получает теплоту от горячих продуктов сгорания топлива, нагревается при постоянном давлении p₁ до температуры кипения, испаряется, а образовавшийся сухой насыщенный пар перегревается в пароперегревателе ПП до температуры t₁. Теоретический цикл, совершаемый в данной установке, представлен на рис. 2.2.

Рис. 2.1. Схема паротурбинной установки

Рис. 2.2 Цикл Ренкина на перегретом пар1–2 – адиабатное расширение пара в ПТ2–3 – изобарно-изотермическая конденсация пара в К3–4 – адиабатно-изохорное повышение давление воды в ПН;4–1 – изобарный подвод теплоты в ПГ с превращением воды в перегретый парТаблица п.1

Состояние	Параметры и функции
Состояние	p, бар	t, ^оС	h, кДж/кг	s, кДж/(кг·К)	v,м³/кг	х
1	140	477	3252	6,298	0,0214	-
2	0,08	41,5	1968	6,298	13,52	0,7470
3	0,08	41,5	174	0,593	0,001	0
4	140	42,36	189,4	0,593	0,0010	-
5	140	336,6	1571	3,62	0,0016	0
6	140	336,6	2638	5,37	0,0015	1

Расчет цикла:

Определим параметры и функции в характерных точках цикла, воспользовавшись приложением 2 «Термодинамические свойства воды и водяного пара».

Т.1. По и , с помощью линейной интерполяции определим остальные параметры: удельные энтальпию, энтропию, объем

Т.2. Процесс расширения пара в турбине адиабатный,

. По давлению

и энтропии

находим, что пар в точке 2 (см. рисунок 2.2) влажный. Вычислим степень сухости пара из определения энтропии влажного пара. , где – параметры насыщения при заданном давлении.Выражаем и получаем:Найдем остальные параметры, используя степень сухости:Температура влажного пара равна температуре насыщения при данном давлении, т.е. .Т.3. Процесс 2-3 (см. рис. 2.2) является изобарно-изотермической конденсацией пара, т.е.

, . Остальные параметры выписываем из таблицы. Они равны параметрам кипящей воды:

x=0
Т.4. Процесс 3-4 осуществляется при постоянной энтропии, значит процесс – адиабатный, т.е. , также по рис. 2.2. мы видим, что и c помощью линейной интерполяции найдем температуру и энтальпию в точке 4.

Т.5. Процесс 4-5 происходит при постоянном давлении и повышении температуры от до температуры насыщения , . по рис. 2.2 видно, что процесс идет по кривой насыщения, – кипящая вода. Остальные параметры: энтропию, энтальпию и объем, выписываем из приложения 2 «Термодинамические свойства воды и водяного пара».

x=0
Т.6. Процесс 5-6 (см. рис. 2.2) является изобарно-изотермическим испарением воды, т.е. , . Остальные параметры: энтропию, энтальпию и объем, выписываем из приложения 2 «Термодинамические свойства воды и водяного пара». Они равны параметрам сухого насыщенного пара: