21. Циклы паротурбинных установок (пту)

Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой-либо жидкости (водяной пар). Основным циклом в паротурбинной установке является цикл Ренкина. Принципиальная схема ПТУ показана на рис.7.1 и процесс получения работы происходит в следующим образом. В паровом котле (1) и в перегревателе (2) теплота горения топлива передается воде. Полученный пар поступает в турбину (3), где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе (4). Отработанный пар поступает в конденсатор (5), где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат насосом (6) отправляется в питательный бак (7), откуда питательным насосом (8) сжимается до давления, равного в котле, и подается через подогреватель (10) в паровой котел (1). Рассмотрим цикл Ренкина на насыщенном паре. Схема установки отличается от предыдущей схемы тем, что в данном случае будет отсутствовать перегреватель. Поэтому на турбину будет поступать насыщенный пар. На рис.7.2,а изображен цикл Ренкина в TS-диаграмме. Процессы: 3-1 – подвод теплоты от источника в воде q₁, состоит из двух процессов: 3-3^/ - кипение воды в котле; 3^/-1 – испарение воды в пар при постоянном давлении; 1-2 – в турбине пар расширяется адиабатически; 2-2^/ - пар конденсируется и отдает тепло q₂ охлаждающей воде; 2^/-3 – конденсат адиабатически сжимается. Термический к.п.д. цикла Ренкина определяется по уравнению:

_t = (q₁ – q₂)/q₁ .

Так как: q₁ = h₁ – h₃ ; q₂ = h₂ – h₂^/ , то

_t = [(h₁ – h₂) - (h₃ – h₂^/)] /( h₁ – h₃) = l / q₁

Полезная работа цикла равна разности работ турбины и насоса: l = l_т – l_н , где: l_т = h₁ – h₂ , l_н = h₃ – h₂^/ . В основном l_т >> l_н , тогда считая h₃ = h₂^/ , можно записать:

_t = (h₁ – h₂)/( h₁ – h₃)

Теоретическуя мощность турбины рассчитывают по формуле:

N_т = (h₁ – h₂)·D/3600 , [Вт]

где: D = 3600·m – часовой расход, [кг/ч] m – секундный расход, [кг/с] Цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического к.п.д. цикла ПТУ. Для этого перед турбиной ставят перегреватель 2 (Рис.7.1), котрый увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле. Диаграмма цикла показана на рис.7.2,б Формулы расчета l, _t, N_т остаются без изменений.