III. Показатели тепловой экономичности

14. Какие потери энергии учитывает термический кпд цикла рабочего тела? Каковы основные способы повышения термического кпд цикла?

На паротурбинных ТЭС используется цикл рабочего тела, который называется циклом Ренкина.

На рис. 5 показаны схема простейшей паротурбинной установки и цикл Ренкина на перегретом паре (участок 1-2 - расширение пара в турбине, 2-3 – конденсация отработавшего пара в конденсаторе, 3-4 – нагрев воды в насосе, 4-5, 5-6 и 6-1 – экономайзерный, испарительный и пароперегревательный участки парогенератора соответственно).

а) б)

Рис. 5. Схема простейшей паротурбинной установки (а) и цикл Ренкина на перегретом паре (б)

Площади фигур в цикле Ренкина соответствуют:

- S_127834561 – подведенной теплоте к циклу в горячем источнике, т.е. в парогенераторе;

- S₂₇₈₃₂ – отведенной теплоте от цикла в холодном источнике, т.е. в конденсаторе;

- S_1234561 – полезной работе в цикле.

Термический КПД цикла Ренкина η_t есть отношение полезной работы к подведенной теплоте, а поскольку полезная работа равна разности между подведенной и отведенной теплотой, то можно сделать вывод, что КПД цикла рабочего тела учитывает потерю энергии в холодном источнике.

Основными способами повышения термического КПД цикла Ренкина являются:

- увеличение начальных и снижение конечных параметров рабочего тела, так как при этом возрастает полезная работа и уменьшается отвод теплоты в холодном источнике;

- осуществление промежуточного перегрева пара, что означает подвод дополнительной теплоты в горячем источнике без увеличения отвода теплоты в холодном источнике;

- регенеративный подогрев питательной воды парогенератора отбираемым из турбины паром, что приводит к уменьшению расхода пара в конденсатор и, следовательно, к снижению потерь теплоты в холодном источнике.

15. Какие потери энергии учитывают внутренний относительный КПД турбины, механический КПД турбины и электромеханический КПД генератора? Что такое абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки?

На рис. 6 показан процесс расширения пара в турбине в i-s-диаграмме. Внутренний относительный КПД турбины η_оi равен отношению использованного теплоперепада в реальном цикле H_i к теплоперепаду в идеальном цикле H_а (эта величина также называется располагаемым или адиабатическим теплоперепадом).

Рис. 6. Теплоперепад в адиабатическом (идеальном) и реальном процессе расширения пара в турбине

H_i всегда меньше H_а из-за следующих потерь энергии, которые учитывает величина η_оi:

- потери энергии в паровпускных трубах и регулирующих устройствах на входе пара в турбину;

- потери энергии потоком рабочего тела в проточной части турбины из-за ее несовершенства;

- потери энергии с выходной скоростью;

- потери энергии из-за протечек пара через уплотнения.

Механический КПД турбины η_м учитывает потери энергии от трения в подшипниках и затраты энергии на системы регулирования и смазки.

Электромеханический КПД генератора η_г учитывает механические потери от трения и электрические потери от вихревых токов.

Турбогенераторная установка (ТГУ) – это совокупность турбоустановки и электрогенератора, а турбоустановка (т/у) включает в себя турбину и вспомогательное оборудование – конденсатор, ПНД, ПВД, деаэратор, насосы и другие элементы тепловой схемы.

Абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки η_э равен произведению четырех КПД - η_t, η_оi, η_м и η_г. Следовательно, η_э учитывает все потери энергии, учитываемые этими четырьмя КПД.