Тепловая электростанция (или тепловая электрическая станция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

ЭГ

Отработавший пар

КН

Охлажденная вода

ПН

ШЗ

УГ

КА

Т

В

Рисунок 1

Котельный агрегат нужен для получения перегретого пара. За счет тепла сгоревшего топлива, полученный пар приходит в турбину, в которой потенциальная энергия пара преобразуется сначала в кинетическую (расширение пара), а затем в механическую работу вращения ротора.

Отработанный в турбине пар сбрасывается в конденсатор на холодные трубки, внутри которых гоняют охлаждающую воду с улицы, следовательно пар превращается в конденсат. Его откачивают конденсатным насосом, а затем в питательном насосе повышают давление и возвращают снова в котел.

В каждом из этих агрегатов есть рабочее тело – вещество участвующие в преобразовании энергии (вода, пар, газы, воздух).

Свойства рабочего тела:

1. Давление

Р_{абсолютное} = Р_{монометра} + Р_{барометра}; [ = Па]

2. Абсолютная температура

Т(по Кельвину) = t^o,С + 273

^оF(по Фаренгейту) = 1,8* t^o,С + 273

^оRa (Ренкина) = 1,8*К = 1,8(t^o,С + 273)

^оR (Реомюра) = 0,8* t^o,С

3. Удельный объем

Тепловые процессы оцениваются параметрами :

1)Энтальпия [ ], h

2)Энтропия [ ], S

Законы технической термодинамики.

Рассматриваются идеальные и реальные рабочие тела ( учет сил взаимодействия между молекулами, размер и объем молекул).

1. Объединенный газовый закон (закон Клапейрона – Менделеева).

^{, [Дж]}

Для упрощения расчетов процессы имеют один постоянный параметр:

• T=const - изотермический

• P=const - изобарический

• υ=const - изохорический

• S = const - адиабатный

• i= const – дросселирование

Первое начало термодинамики.

Первое начало термодинамики утверждает, что изменение внутренней энергии термодинамической системы (тела) может быть осуществлено двумя путями: путём совершения механической работы и путём теплопередачи. Энергия, переданная системе путём теплопередачи, называется количеством теплоты  .

     Таким образом, количество теплоты может быть определено как разность изменения внутренней энергии системы и механической работы, совершённой над системой:

     

,

   где   - количество теплоты, переданной системе,   - изменение внутренней энергии системы при её переходе из первого состояния во второе,   - работа, совершённая над системой.

Водяной пар .

Водяной пар — газообразное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха. Содержится в тропосфере

Образуется молекулами воды при ее испарении. При поступлении водяного пара в воздух он, как и все другие газы, создаёт определённое давление, называемое парциальным.^[1] Оно выражается в единицах давления — паскалях. Водяной пар может переходить непосредственно в твёрдую фазу — в кристаллы льда. Количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 кубическом метре, называют абсолютной влажностью воздуха.

Получение:

1. Испарение с поверхности при любой температуре

2. Кипение, во всем объеме образуются пузырьки пара и они объединяются, при определенной температуре, в зависимости от давления

В технике используется второй способ.

Степенью сухости пара х называется весовая доля сухого пара во влажном паре.

Исходный газ

х=0 – закипевшая вода

х=1 – сухой насыщенный пар

0<x<1 – влажный пар

Перегретый пар близок к идеальному газу.

Вода оценивается по таким параметрам как:

- давление, Р

- температура, t

- удельный объем, υ

- энтальпия, h

- энтропия, S

Закипевшая вода при х=0, имеет параметры:

- Р_{насыщения}

- T_{насыщения}

- υ’

- h’

- S’

Сухой насыщенный пар имеет:

- Р_{насыщения}

- T_{насыщения}

- υ”

- h”, при этом h”= h’+r (r- скрытая теплота парообразования)

- S”

Перегретый пар имеет:

- Р_{перегрева}

- T_{перегрева}

- υ

- i

- S

Если перегретый пар охладить, он конденсируется образуя капли воды. Это происходит при T_{насыщения.}

Hs- диаграмма водяного пара.

Hs-диаграмма применяется для практических расчетов процессов водяного пара. На ней теплота и энтальпия измеряются линейными отрезками.

Hs-диаграмма обладает рядом важных свойств: по ней можно быстро определить параметры пара и разность энтальпий в виде отрезков, наглядно изобразить адиабатный процесс, и решать другие задачи.

Процессы изменения параметров на hs- диаграмме.

1. Парообразование

h

Перегретый пар

S

X=0

Жидкость и влажный насыщенный пар

X=1

h²

h¹

На hs-диаграмме теплота парообразования предоставляется в виде отрезка r=h²-h¹.

2. П ерегрев пара

h₂

h₁

h_нас

2

1

На парообразование: q_нас=h_нас-h₁

На перегрев: q_пер= h₂-h_нас

Всего теплоты на выкипание: q= h₂ - h₁

На ТЭС рассматривать процессы удобнее по циклу Ренкина:

 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 те области диаграмм, площадь которых численно равна работе и теплоте за цикл, причем qц = wц.

На hs-диаграмме цикл не рисуют, показывают только процессы перегрева пара и работы пара в турбине.

В работе турбины различают 2 процесса:

1. Д

   h

   росселирование – снижение давления в клапанах и камерах отборов пара при h=const

p

p₁

h

s

Процесс дросселирования не квазистатический, равновесны только начальное и конечное, но не промежуточные состояния. Рассмотрение процесса дросселирования как квазистатического возможно только потому, что путь перехода из начального состояния в конечное здесь не важен, и можно заменить его некоторой теоретической квазистатической абстракцией.

При дросселировании происходит адиабатное расширение от давления P₁ до давления P₂ без совершения работы, то есть дросселирование — существенно  необратимый  процесс, сопровождающийся увеличением энтропии и объёма при постоянной энтальпии.

2. И

   Р_пер

   h

   стечение – это процесс, в результате которого потенциальная энергия переходит в кинетическую

h_пер

E_пот

h _ks

Р_к

s

Е_кин=