Термодинамические циклы. 
Теплотехника

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:

h_t = (q₁ — q₂)/q₁. (7.1).

Так как: q₁ = h₁ — h₃; q₂ = h₂ — h₂^/ ,.

то h_t = [(h₁ — h₂) — (h₃ — h₂^/)] /(h₁ — h₃) = l / q₁. (7.2).

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:

h_t = (h₁ — h₂)/(h₁ — h₃). (7.3).

Теоретическая мощность турбины рассчитывают по формуле:

N_т = (h₁ — h₂)· D/3600, [Вт] (7.4).

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), который 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, h_t, N_т остаются без изменений.