- •Предмет и метод термодинамики. Термодинамика, как теоретическая основа теплоэнергетики и теплотехники
- •Основные понятия и определения термодинамики. Параметры состояния.
- •Основные законы идеальных газов. Уравнения состояния идеальных газов.
- •Газовые смеси
- •Теплоемкость газов и газовых смесей, их определение.
- •Первый закон термодинамики и его математические выражения
- •Энтропия как функция состояния и её смысл.
- •Второй закон термодинамики и его математические выражения.
- •Исследования изохорного процесса идеальных газов.
- •Исследование изобарного процесса идеальных газов.
- •Исследование адиабатного процесса идеальных газов
- •Исследования изотермического процесса идеальных газов.
- •Исследования политропного процесса идеальных газов
- •Эксергия, её свойства и физический смысл
- •Дифференциальные уравнения внутренней энергии и энтальпии
- •Дифференциальные уравнения энтропии и теплоемкости
- •Потенциальные функции
- •Уравнения состояния реальных газов
- •Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Критическое состояние вещества
- •Пары, общие понятия и определения. Процесс парообразования.
- •Дифференциальное соотношение Клапейрона-Клаузуиса. Применение
- •Паровые процессы и их расчет Циклы пту. Общая характеристика. Цикл Ренкина и его анализ.
- •Влияния начальных и конечных параметров пара на эффективность пту
- •Цикл пту с промежуточным перегревом пара
- •Циклы теплофикационных паротурбинных установок
- •Циклы холодильных машин и тепловых насосов
- •Циклы ядерных энергетических установок
- •Циклы бинарных энергетических установок
- •Эксергия, её свойства и физический смысл
- •Циклы ядерных энергетических установок
Паровые процессы и их расчет Циклы пту. Общая характеристика. Цикл Ренкина и его анализ.
ПТУ являются основными энергетическими установками в энергетике. Особенности: рабочее тело – вода и водяной пар перегретый или влажный насыщенный. Наличие в циклах фазовых превращений. Продукты сгорания топлива. В качестве топлива на тепловых электростанциях используются каменные и бурый уголь, газ мазут, торф, древ отходы и сланцы. По виду выработки энергии делятся на: Конденсационные –только эл.энергию Теплофикационные – ещё и тепло.
Ц икл Ренкина. Пар большого давления и температуры подается в сопловые аппараты турбины, где происходит превращение потенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скорость потока – сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потока превращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбины и в работу производства электроэнергии. После турбины пар направляется в конденсатор. дальше в питательный насос, где происходит увеличение давления до номинальной (проектной) величины. Далее вода с высоким давлением направляется в котельный агрегат. В этом агрегате вода сначала нагревается до температуры кипения от дымовых газов из топки котла, затем поступает в кипятильные трубы, где происходит фазовое превращение вплоть до состояния сухого насыщенного пара. Наконец, сухой насыщенный пар идет в пароперегреватель, обогреваемый топочными дымовыми газами из топки. Состояние пара на выходе из пароперегревателя характеризуется точкой. Рассмотрим цикл Ренкина на трех термодинамических диаграммах p – v, T – s, h – s .
Процесс 1 – 2 – расширение пара в соплах турбины;
2 – 3 – процесс конденсации пара; 3 – 4 – процесс в питательном насосе;
4 – 5 – процесс нагрева воды и ее кипение; 5 – 1 – процесс перегрева пара.
Заштрихованы площадь равна работе и теплоте за цикл.
Из технологической схемы на рис. 6.3 и диаграммы Т – s на рис. 6.4 следует, что теплота подводится к рабочему телу в процессах 4 – 5 – 1, у которых ds > 0. И эти процессы характеризуются инвариантом p1 = const. Поэтому подводимая в цикле Ренкина теплота qподв равна: qподв = h1 – h4. Дж. Теплота отводится от рабочего тела в процессе 2 – 3 (ds < 0) и этот процесс тоже p2 = const. Поэтому qотв = h2 – h3. Дж. Разность между подведенной теплотой и отведенной представляет собой теплоту цикла qц, превращенную в работу wц:
wц = qц = (h1 – h4) – (h2 – h3) = (h1 – h2) – (h4 – h3). Разность энтальпии воды до питательного насоса (точка 3) и после (точка 4) ничтожно мала. В связи с этим wц = qц = h1 – h2. Термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина (а это отношение «пользы», т.е. wц, к «затратам», т.е qподв) равен ηt = (h1 – h2)/(h1 – h4)
Влияния начальных и конечных параметров пара на эффективность пту
Совершенствование ПТУ связано с повышением начального давления и температуры пара. Значительное повышение начального давления несмотря на понижение энтальпии приводит к заметному увеличению адиабатного перепада тепла, при этом увеличивается термический кпд цикла. С повышением начальной температуры перегретого пара при неизменных начальном и конечном давлениях возрастает и потеря тепла в конденсаторе. Из диаграммы видно, что величина используемой части тепла заметно возрастает за счет увеличения её приращения, в то время, как величина теряемого в цикле тепла в холодильнике увеличивается на меньшую величину. Поэтому кпд цикла увеличивается. Увеличение температуры перегретого пара ограничивается свойствами металлов в котле и турбине. Повышение начального давления при неизменных начальной температуре и конечном давлении повышает конечную влажность пара, что снижает экономичность и вызывает износ лопаток последних ступеней турбины.
Конечными параметрами являются температура и давление отработавшего пара, поступающего в конденсатор. Конденсационная установка выполняет функцию холодильника, при понижении температуры которого, повышается термический кпд цикла. С понижением конечно давления пара возрастает удельный объем пара, что вызывает увеличение размеров последних ступеней и выхлопной части турбины, поэтому выбор конечного давления должен основываться на технико-экономическом расчете.