Расчет необратимого цикла ПТУ
Действительный (необратимый) цикл ПТУ в T,s- и h,s- диаграммах показан на рис.7.7 и 7.8. Необратимость этого цикла характеризуется наличием трения в адиабатных процессах расширения пара в турбине и сжатия воды в насосе. В результате этого процессы 1-2’ и 3-4’ идут в сторону увеличения энтропии.
Параметры в конце необратимых адиабатных процессов индексированы буквой “i”. Так hкi – энтальпия пара на выходе из турбины, ctпвi – энтальпия воды на выходе из насоса.
Необратимость процесса расширения пара в турбине характеризуется внутренним относительным КПД турбины hoi. Этот КПД определяется экспериментально и представляет отношение действительной работы турбины к теоретической работе:
. (7.12)
Необратимость процесса сжатия воды в насосе характеризуется адиабатным коэффициентом насоса hн. Этот коэффициент определяется экспериментально и представляет отношение теоретической работы сжатия насоса к действительной работе:
. (7.13)
Используя внутренний относительный КПД турбины и адиабатный коэффициент насоса, определяют параметры в конце необратимых адиабатных процессов 1-2’ и 3-4’:
;
.
Удельная теплота, подведенная в цикл ПТУ, определяется разностью энтальпий изобарного процесса 4’1:
q1i=ho-ctпвi. (7.14)
Удельная теплота, отведенная из циклаПТУ, определяется разностью энтальпий изобарного процесса 2’-3:
q2i=hкi-ctк’. (7.15)
Удельная техническая работа турбины определяется как
lтi=ho-hкi=hoi(ho-hк) . (7.16)
Удельная техническая работа насоса определяется как
lнi=ctпвi-ctк’=lн/hн . (7.17)
Удельная работа циклаПТУ определяется разностью
li=lтi-lнi= q1i- q2i . (7.18)
Тепловая экономичность необратимого цикла ПТУ характеризуется внутренним абсолютнымКПД
. (7.19)
Внутренний абсолютный КПД ПТУ без учета работы насоса – “нетто” определяется как
. (7.20)
Удельный расход пара на выработанный киловатт·час реального цикла ПТУ определяется как
. (7.21)
Удельный расход теплоты на выработанный киловатт час реального цикла ПТУ определяется как
. (7.22)
Система КПД цикла ПТУ
Эффективность энергетических преобразований в ПТУ характеризует система КПД. Рассмотрим эти энергетические преобразования, начиная от получения теплоты рабочим телом и кончая получением конечного продукта в виде электрической энергии (рис. 7.9). КПД парового котла в данном случае не учитывается.
Рабочее тело ПТУ, получив теплоту в паровом котле Q1, теоретически может ее преобразовать в паровой турбине в мощность Wт – теоретическую мощность турбины. Необратимость адиабатного расширения пара в турбине (внутр. трение) снизит эту мощность до значения Wтi – внутренней мощности турбины. Эта мощность передается на вал турбины, вращающийся в подшипниках. Механическое трение в подшипниках снизит эту мощность до значения Wе – эфф. мощности турбины. Эта мощность передается электрическому генератору, в котором электромагнитные необратимости снизят ее значение до величины Wэ – электрич. мощности генератора.
Каждый этап этих энергетических преобр-й хар-тся своим КПД:
– термический КПД, который характеризует степень совершенства цикла ПТУ и потери в конденсаторе турбины Q2 (его значение 0,4-0,45);
– внутренний относительный КПД турбины, который характеризует степень совершенства проточной части турбины и потери мощности (технической работы) в необратимом адиабатном процессе турбины (его значение 0,8-0,9);
– механический КПД турбины, который характеризует степень совершенства подшипников вала турбины и потери мощности (технической работы) за счет механического трения в подшипниках вала турбины (его значение 0,95-0,98);
– электрический КПД генератора, который характеризует степень совершенства электрического генератора и потери мощности (технической работы) за счет электромагнитных необратимостей в обмотках статора и ротора генератора (его значение 0,98-0,99).
Результирующий КПД ПТУ – это электрический КПД, который может быть представлен выражением
. (7.23)
Из выражения (7.23) видно, что на экономичность ПТУ основное влияние оказывает термический КПД, т.к. остальные КПД имеют практически мах значения и их существенно увеличить нельзя.
Выработку электрической мощности в ПТУ кроме КПД характеризуют и соответствующие удельные расходы пара и теплоты.
Удельный расход пара на выработанныйкиловатт×час электрической работыПТУ определяется как
, (7.24)
Удельный расход теплоты на выработанный киловатт×часэлектрической работыПТУ определяется выражением
. (7.25)
Электрическая мощность ПТУ Wэ и расход пара на турбину D определяются соотношением
Wэ=Dlтihмhг. (7.26)