Термодинамическая модель элементов ПТУ

Вопрос 1.

Схема и принцип действия паротурбинной установки

Принцип работы ПТУ на перегретом паре.

Перегретый пар после парогенератора поступает в турбину, в которой он расширяется, и давление его уменьшается. Потенциальная энергия давления пара в турбине преобразуется в техническую работу на валу турбины. Эта робота далее может быть преобразована в электроэнергию с помощью электрогенератора или использована для привода различных машин (например: компрессоров, вентиляторов, насосов и т.п.). Расширенный пар после турбины поступает в конденсатор, в котором от него отводится теплота с помощью охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор из окружающей среды конденсатным насосом. В конденсаторе пар конденсируется, превращаясь в жидкость в состоянии насыщения (кипящая жидкость). Эта жидкость питательным насосом подается в парогенератор, состоящий обычно из трех секций: экономайзера (подогревателя воды), испарителя (парового котла), пароперегревателя. В экономайзере вода подогревается до состояния насыщения, в испарителе жидкость испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар, и в пароперегревателе этот пар перегревается до состояния перегретого пара. Затем перегретый пар поступает в турбину и цикл повторяется.

Достоинства ПТУ:

- большой ресурс работы;

- надежность;

- сравнительная простота эксплуатации;

- возможность использования различных топлив.

Недостатки:

- низкая эффективность;

- усложнение конструкции при повышении эффективности;

- необходимость водоподготовки;

- высокая стоимость.

Вопрос 2.

Термодинамическая модель элементов ПТУ

ПТУ состоит из элементов, в которых протекают поточные процессы.

Система уравнений поточного процесса.

1) Уравнение неразрывности

(1)

2) Уравнение первого закона термодинамики

(2)

3) Уравнение сохранения механической энергии

-l_тех (3)

4) Уравнение второго закон термодинамики

(4)

5) Уравнение состояния (может применяться для перегретого пара)

. (5)

Применим уравнения (2), (3) и (4) к элементам ПТУ: турбине, насосу, котельному агрегату, конденсатору. Для всех этих элементов скорости рабочего тела на входе в элемент и на выходе из него мало отличаются (с₂ с₁). Поэтому можно принять . Также разность потенциальных энергий положения на выходе и входе элементов и поэтому можно принять

1) Турбина

Для турбины характерен адиабатный процесс: . Кроме того, ; .

Тогда

(2т)

(3т);

(4т)

Т.е. видно, что хотя процесс адиабатный, но энтропия увеличивается за счет потерь энергии на трение, которые переходят в теплоту (за счет диссипации энергии).

2) Насос

Для насоса: ; ; ; ; .

Тогда

(2н).

(3н).

(4н)

3) Котельный агрегат (парогенератор)

Для парогенератора ; ; ; ; .

Тогда

или (2_КА)

(3_КА)

(4_КА),

где - средняя температура подвода теплоты.

4) Конденсатор

Для конденсатора ; ; ; ; .

Тогда

(2_К)

(3_К)

(4_К).

Вопрос 3.