Dampkraftverk. Dampkraftverk som opererer på Carnot-syklusen
Som nevnt ovenfor kan en reaktorinstallasjon representeres som en varmemotor der en viss termodynamisk syklus utføres.
Den teoretiske syklusen til et moderne dampkraftverk er Rankine-syklusen.
Damp-vannblandingen dannet som et resultat av overføringen av termisk energi til vann i kjernen går inn i trommelseparatoren hvor separasjonen av damp og vann skjer. Dampen sendes til en dampturbin, hvor den ekspanderer adiabatisk og fungerer. Fra turbinen sendes eksosdampen til kondensatoren. Der overføres varme til kjølevannet som går gjennom kondensatoren. Som et resultat blir dampen fullstendig kondensert. Det resulterende kondensatet suges kontinuerlig fra kondensatoren av en pumpe, komprimeres og sendes tilbake til separatortrommelen.
Kondensatoren spiller en dobbel rolle i installasjonen.
For det første har den et damp- og vannrom, atskilt av en overflate gjennom hvilken varmeveksling skjer mellom eksosdampen og kjølevannet. Derfor kan dampkondensat brukes som ideelt vann som ikke inneholder oppløste salter.
For det andre, i kondensatoren, på grunn av en kraftig reduksjon i det spesifikke volumet av damp når den går over i en dråpevæsketilstand, inntrer et vakuum, som opprettholdes gjennom hele installasjonen og lar dampen utvide seg i turbinen ved en annen atmosfære (Pk 0,04-0,06 bar ) og gjøre tilleggsarbeid på grunn av dette.
Rankine-syklus i T-S-diagram.
Den blå linjen i T-S-diagrammet for vann er en delelinje ved entropi og temperatur som tilsvarer punktene som ligger over denne linjen på diagrammet, bare damp eksisterer, under er en damp-vann-blanding.
Den våte dampen i kondensatoren er fullstendig kondensert langs isobaren p2=const (punkt 3). Deretter komprimeres vannet av en pumpe fra trykk P2 til trykk P1, denne adiabatiske prosessen er avbildet i T-S-diagrammet ved det vertikale segmentet 3-5.
Lengden på segment 3-5 i T-S-diagrammet er veldig liten, siden i væskeområdet er isobarer (konstante trykklinjer) i T-S-diagrammet svært nær hverandre. På grunn av dette, med isoetropisk (ved konstant entropi) kompresjon av vann, øker vanntemperaturen med mindre enn 2-3 °C, og det kan vurderes med en god grad av tilnærming at i væskeregionen er isobarene av vann praktisk talt sammenfallende med venstre grensekurve (blå linje); derfor, ofte når man avbilder Rankine-syklusen i et T-S-diagram, er isobarene i væskeregionen avbildet sammen med venstre grensekurve. Den lille verdien av det adiabatiske segmentet 3-5 indikerer lite arbeid brukt av pumpen på å komprimere vann. Den lille mengden kompresjonsarbeid sammenlignet med mengden arbeid produsert av vanndamp under ekspansjonsprosess 1-2 er en viktig fordel med Rankine-syklusen.
Fra pumpen kommer vann under trykk P2 inn i separatortrommelen, og deretter inn i reaktoren, hvor varme tilføres denne på en isobar måte (prosess 5-4 P1=konst). Først varmes vannet i reaktoren opp til koking (seksjon 5-4 isobarer P1=const) og deretter, når kokepunktet er nådd, skjer fordampningsprosessen (seksjon 4-3 isobarer P2=const). Damp-vannblandingen kommer inn i separatortrommelen, hvor vann og damp separeres. Mettet damp fra separatortrommelen kommer inn i turbinen. Ekspansjonsprosessen i turbinen er avbildet av den adiabatiske 1-2 (Denne prosessen refererer til den klassiske Rankine-syklusen; i en ekte installasjon er prosessen med dampekspansjon i turbinen noe forskjellig fra den klassiske). Den brukte våte dampen kommer inn i kondensatoren og syklusen lukkes.
Når det gjelder termisk effektivitet Rankine-syklusen ser ut til å være mindre fordelaktig enn Carnot-syklusen som er avbildet ovenfor, siden graden av syklusfylling (så vel som den gjennomsnittlige varmetilførselstemperaturen) for Rankine-syklusen viser seg å være mindre enn i tilfellet med Carnot-syklusen. Men med tanke på de faktiske betingelsene for implementering, er effektiviteten til Rankine-syklusen høyere enn effektiviteten til den tilsvarende Carnot-syklusen i våt damp.
For å øke termisk effektivitet. Rankine-syklus, såkalt dampoverheting, brukes ofte spesielt element installasjon - en dampoverheter, hvor damp varmes opp til en temperatur som overstiger metningstemperaturen ved et gitt trykk P1. I dette tilfellet øker den gjennomsnittlige varmetilførselstemperaturen sammenlignet med varmetilførselstemperaturen i syklusen uten overoppheting og dermed den termiske effektiviteten. syklus øker. Rankine-syklusen med overopphetet damp er hovedsyklusen til termiske kraftverk som brukes i moderne termisk kraftteknikk.
Siden det i dag ikke er noen industrielle kraftverk med kjernefysisk dampoverheting (dampoverheting direkte i kjernen av en atomreaktor), så for enkrets atomreaktorer BWR og RBMK bruker en syklus med mellomliggende overoppheting av damp.
T-S diagram av en syklus med mellomliggende overoppheting av damp.
For å øke effektiviteten i en syklus med mellomliggende dampoverheting, brukes en totrinnsturbin bestående av en sylinder høyt trykk og flere (4 for RBMK) lavtrykkssylindere. Damp fra separatortrommelen ledes til høytrykkssylinderen (HPC), og en del av dampen tas for overoppheting. Ettersom prosessen i diagram 1-6 ekspanderer i høytrykkssylinderen, fungerer dampen. Etter HPC ledes dampen til overheteren, hvor den, på grunn av avkjølingen av delen av dampen tatt i begynnelsen, tørkes og varmes opp til en høyere temperatur. høy temperatur, (men ved et lavere trykk, prosess 6-7 i diagrammet) og går inn i lavtrykkssylindrene til turbinen (LPC). I LPC ekspanderer dampen, fungerer igjen (prosess 7-2 i diagrammet) og går inn i kondensatoren. De resterende prosessene tilsvarer prosessene i Rankine-syklusen diskutert ovenfor.
Regenerativ syklus.
Den lave effektivitetsverdien til Rankine-syklusen sammenlignet med Carnot-syklusen skyldes at en stor mengde termisk energi under dampkondensering overføres til kjølevannet i kondensatoren. For å redusere tap tas en del av dampen fra turbinen og sendes til regenereringsvarmere, hvor termisk energi, frigjort under kondensering av den valgte dampen, brukes til å varme opp vannet som oppnås etter kondensering av hoveddampstrømmen.
I virkeligheten dampkraftsykluser regenerering utføres ved bruk av regenerative, overflate- eller blandingsvarmevekslere, som hver mottar damp fra turbinens mellomstadier (den såkalte regenerative ekstraksjonen). Dampen kondenserer i regenerative varmevekslere, og varmer opp tilførselsvannet som kommer inn i reaktoren. Oppvarmingsdampkondensatet blandes med hovedmatevannstrømmen.
Før vi går videre til beskrivelsen av termodynamiske metoder og teknikker for å øke effektiviteten, la oss introdusere et hjelpekonsept. Behovet for denne introduksjonen er som følger. Faktum er at η t, per definisjon, er forholdet mellom "fordeler" og "kostnader". Nesten alle metoder for å øke effektiviteten endrer samtidig både telleren og nevneren til brøken η t. Og derfor oppstår det usikkerhet i oppførselen til hele brøken.
På den annen side eksisterer ikke denne usikkerheten hvis vi har å gjøre med Carnot-syklusen, siden en endring i temperaturen på varmekilden T 1 og kjøleribben T 2 ganske tydelig indikerer en endring i η t k. alle termodynamiske metoder og teknikker for å øke effektiviteten til dampkraftverk endrer ikke verdien av T 2, siden det i praksis er vanskelig å endre.
Så varmetilførselen i Rankine-syklusen skjer langs en viss brutt kurve (se fig. 6.4 og T - s-diagrammet, prosess 4 - 5 - 1, p 1 = const).
Definisjon:den gjennomsnittlige integrerte temperaturen til varmeforsyningsprosessen i dampkraftsyklusen kalles
Med andre ord,<Т 1 >i matematikk kalles gjennomsnittlig integralverdi av en funksjon over et visst endringsintervall i argumentet. Deretter for enhver syklus av et dampkraftverk tilsvarende Carnot-syklusen vil ha en effektivitet lik:
η t k = 1 – T 2 /
Ethvert forslag om å øke eller endre η t til et dampkraftverk vil bli vurdert av endringen
3.1. Økning i temperatur på arbeidsvæsken foran turbinen.
I fig. Figur 6.6 gir en illustrasjon av denne teknikken for å øke den termiske effektiviteten.
Vær oppmerksom på at mengden "fordel", dvs. arbeid per syklus økte med økende T1, men samtidig økte varmetapene i kondensatoren, og varmekostnadene per syklus økte. Her ser man tydelig at både teller og nevner for brøken η t har økt, og resultatet er usikkert (se (6.5)). Men du kan tydelig se at økende T 1 til T 1 ΄ øker
Ris. 6.6. Illustrasjon av metoden for å øke η t med
økning i temperatur T1 av damp foran turbinen.
Kommentar. Mens vi økte T1, endret vi bevisst ikke alle andre parametere i Rankine-syklusen. Du kan ikke endre alt på en gang for å avsløre et eller annet mønster.
3.2. Øke trykket på arbeidsvæsken foran turbinen.
I fig. Figur 6.7 gir en illustrasjon av denne metoden for å øke η t.
Ris. 6.7. Illustrasjon av metoden for å øke η t ved å øke
vanndamptrykk foran turbinen.
Etter fig. 6.7 er det vanskelig å avgjøre om arbeidet per syklus har økt eller redusert, men varmetapet i kondensatoren har klart redusert. Hvis vi bruker konseptet
Kommentar.Å øke temperaturen T1 på damp foran turbinen er lite effektivt, siden isobarene p = const stiger ganske bratt i området for overopphetet vanndamp. Slik er naturen til dette stoffet.
Kommentar. Begge metodene for å øke η t vist ovenfor er "velsignet" av termodynamikk. Men i praksis er økningen i temperatur og trykk av vanndamp foran turbinen begrenset av et sett med varmebestandige og spesielt holdbare materialer for fremstilling av både kjeleenheten og turbinen. Her stiger vitenskapen om "materialvitenskap" i all sin formidable vekst.
Teknisk termodynamikk
1. Kombinert varme- og elektrisitetsproduksjon – systematisk metodeøke effektiviteten til kraftgenererende installasjoner. De enkleste diagrammene over kombinerte varme- og kraftverk med dampturbiner. Energikarakteristikker til termiske kraftverk.
2. Kombinert produksjon av varme og elektrisitet er en systematisk måte å øke effektiviteten til kraftgenererende installasjoner. De enkleste ordningene for kombinerte varme- og kraftverk basert på gassmotorer intern forbrenning. Energikarakteristikker til termiske kraftverk.
3. Dampkraftverk (SPS): Middels overoppheting av damp, årsaker til bruk, diagrammer, teoretiske og faktiske sykluser, effektivitet og kraft til SPS.
4. Dampkraftverk (SPU): Regenereringsordninger med uttak, regenerative sykluser i Ts-, hs-diagrammer. Effektivitet av regenerative sykluser. Bruk av varmen fra overoppheting av ekstraksjonsdamp og varmen fra underkjøling av kondensat i regenerative varmeovner.
5. Strømnings termodynamikk: karakteristiske hastigheter og parametere for adiabatisk strømning Lydens hastighet, Laplace-ligningen. Maksimale og kritiske hastigheter, grunnleggende dimensjonsløse tall. Betingelser for overgangen av strømningshastighet gjennom lydens hastighet. Prinsippet om reversering av ytre påvirkninger.
6. Strømningstermodynamikk: Statiske og bremseparametre. Sammenheng mellom statiske parametere og bremseparametere.
7. Strømnings termodynamikk: utstrømning av gasser og damper fra dyser.
8. Grunnleggende prosesser med ekte gasser som bruker vanndamp som eksempel og deres beregning ved hjelp av tabeller og diagrammer: isobar prosess (kondensator, kondensatkjøler, overhetingskjøler).
9. Grunnleggende prosesser med ekte gasser som bruker vanndamp som eksempel og deres beregning ved hjelp av tabeller og diagrammer: isobar prosess (fordamper, overheter, economizer).
10. Grunnleggende prosesser med ekte gasser som bruker vanndamp som eksempel og deres beregning ved hjelp av tabeller og diagrammer: adiabatisk prosess (turbin og ekspander, pumpe, vifte).
11. Fuktig luft: grunnleggende konsepter og egenskaper ved fuktig luft. Beregnede avhengigheter for gasskonstanten, tilsynelatende molar masse, tetthet, varmekapasitet, entalpi av fuktig luft.
12. Fuktig luft. HD-diagram av fuktig luft. Grunnleggende prosesser av fuktig luft.
13. Ekte stoffer. Kritisk tilstand. Fasediagrammer av tilstand: рv-, Ts-, hs-. Termodynamiske egenskaper til vann. Termodynamiske tabeller, diagrammer og ligninger for vanntilstand.
14. Betingelser for likevekt og stabilitet for termodynamiske systemer: generelle betingelser stabil likevekt i et enfasesystem. Likevekt av et tofasesystem med flatt og buet fasegrensesnitt.
15. Betingelser for likevekt og stabilitet av termodynamiske systemer: likevekt i et trefasesystem. Gibbs faseregel. Faseoverganger av 1. orden. Clapeyron-Clausius ligning. Fasediagram av staten.
16. Fasediagram av pT-tilstand. Fasediagrammer for tilstand: рv-, Ts-, hs-
17. GTU. Generell informasjon. En idealisert syklus av den enkleste gassturbinenheten med isobarisk varmetilførsel.
18. GTU. Generell informasjon. En idealisert syklus av den enkleste gassturbinenheten med isokorisk varmetilførsel.
19. GTU. Generell informasjon. En syklus av den enkleste gassturbinenheten med en isobarisk varmetilførsel og irreversible prosesser for kompresjon og utvidelse av arbeidsvæsken.
20. GTU. Generell informasjon. Regenerering i en gassturbinenhet.
21. Motorer med en gassformig arbeidsvæske. Generell informasjon. Stempelforbrenningsmotorer og deres mekaniske sykluser. Ideell Otto-syklus: (initielle data, beregning av karakteristiske punkter, inngangs- og utgangsvarme fra syklusen, syklusarbeid, termisk effektivitet, gjennomsnittlig indikatortrykk).
22. Motorer med en gassformig arbeidsvæske. Generell informasjon. Stempelforbrenningsmotorer og deres mekaniske sykluser. Ideell dieselsyklus: (initielle data, beregning av karakteristiske punkter, inngangs- og utgangsvarme fra syklusen, syklusarbeid, termisk effektivitet, gjennomsnittlig indikatortrykk).
23. Motorer med en gassformig arbeidsvæske. Generell informasjon. Ideell trinklersyklus: (initielle data, beregning av karakteristiske punkter, inngangs- og utgangsvarme fra syklusen, syklusarbeid, termisk effektivitet, gjennomsnittlig indikatortrykk).
24. Kompressor. Generell informasjon. Indikatordiagram av en ekte kompressor. Ideell ett-trinns kompressor. Kompressordrift, påvirkningen av prosessens natur på driften av kompressoren.
25. Kompressor. Generell informasjon. Irreversibel kompresjon i kompressoren, adiabatisk og isotermisk effektivitet av kompressoren. Påvirkningen av skadelig plass på kompressordrift. Kompressor volumetrisk effektivitet.
26. Kompressor. Generell informasjon. Flertrinns kompressor. Bruksårsaker, diagram, prosessdiagrammer, trykkfordeling over kompresjonstrinn, varme fjernet i mellomvarmevekslere.
27. Termodynamiske prosesser av en ideell gass. Metodikk for å studere grunnleggende prosesser. Prosessgrupper i pv- og Ts-diagram. Gjennomsnittlig integrert temperatur for prosessvarmetilførsel.
28. Termodynamikk av en ideell gass. Blandinger ideelle gasser. Generelle bestemmelser. Daltons lov. Metoder for å spesifisere en blanding. Gasskonstant, tilsynelatende molar masse, tetthet, varmekapasitet, indre energi, entalpi, entropi av en gassblanding. Entropi av blanding.
29. Termodynamikkens første lov. Typer energi. Varme og arbeid er former for energioverføring. Energi- og varmebalanser i et teknisk system. Absolutte og relative egenskaper ved et teknisk system basert på balanselikningene til 1. lov.
30. Termodynamikkens andre lov. Formuleringer og deres forhold til hverandre. Betydningen av begrepet reversibilitet. Ekstern og intern irreversibilitet. Entropi. Entropi endring i reversible og irreversible prosesser. Analytisk uttrykk for termodynamikkens 2. lov. En enhetlig ligning (identitet) av termodynamikk for lukkede systemer
Kombinert varme- og elektrisitetsproduksjon er en systematisk måte å øke effektiviteten til kraftgenererende installasjoner. De enkleste diagrammene over kombinerte varme- og kraftverk med dampturbiner. Energikarakteristikker til termiske kraftverk.
Den kombinerte produksjonen av termisk og elektrisk energi kalles fjernvarme. Hvis vi tar i betraktning at bruken av termisk kraft til termiske kraftverk er sterkt forsinket over tid, så er den utbredte bruken i siste årene store distriktskjelehus.
Kraftvarmeverk, som bygges i store byer eller industriområder, er designet for kombinert generering av termisk og elektrisk energi.
Med kombinert produksjon av termisk og elektrisk energi, som er hovedtrekk fjernvarme brukes varmen som frigjøres i varmeovnene under kondensering av damp, som tidligere går gjennom turbinen. Denne varmen i kondenskraftverk går, som allerede indikert, tapt med kjølevann
Ved kombinert produksjon av termisk og elektrisk energi tilføres forbruker damp fra (Mellomvalg. Fra 1 kg fersk damp får forbrukeren varme i mengden (/ - fk shd) kcal / kg, hvor / k er varmeinnholdet i damp ved utgangen fra kjeler uten trykk, og / kondensat returnert fra forbrukeren fra 1 kg damp fra turbinekstraksjonen, mottar forbrukeren (/ otb - / k.
Den kombinerte genereringen av termisk og elektrisk energi har betydelige fordeler. I tilfeller der det, sammen med elektriske forbrukere, også er forbrukere av termisk energi (til oppvarming, for teknologiske formål), kan varmen fra eksosdampen til en dampturbin brukes. Men samtidig er trykket til eksosdampen, eller, som det vanligvis kalles, mottrykket, helt bestemt av dampparametrene som er nødvendige for termiske forbrukere. Så, for eksempel, når du bruker damp til hammere og presser, er det nødvendige trykket 10 - 12 ata, i et tall teknologiske prosesser damptrykk på 5 - 6 ata brukes. For oppvarmingsformål, når det kreves oppvarming av vann til 90 - 100 C, kan damp med et trykk på 1 1 - 1 2 atm brukes.
a-industrielt termisk kraftverk;
b- oppvarming CHP;
1 - kjele (dampgenerator);
2 - drivstoff;
3 - dampturbin;
4 - elektrisk generator;
5 - turbin eksos dampkondensator;
6 - kondensatpumpe;
7- regenerativ varmeapparat;
8 - matepumpe dampkjele;
7-oppsamlings kondensattank ( Det er bedre å sette en avlufter der)
9- varmeforbruker;
10- varmeapparat nettverksvann;
11-nettverk pumpe;
12-kondensatpumpe for nettverksvarmer
Effektiviteten til CHP-drift er vanligvis karakterisert varmeutnyttelseskoeffisient:
Mengden elektrisk og termisk energi gitt til forbrukeren per tidsenhet
B – drivstofforbruk for samme tid
Lavere oppvarmingsverdi på drivstoff
2 Kombinert varme- og elektrisitetsproduksjon er en systematisk måte å øke effektiviteten til kraftgenererende installasjoner. De enkleste ordningene for kombinerte varme- og kraftverk basert på gassforbrenningsmotorer. Energikarakteristikker til termiske kraftverk.
1. del i spørsmål nr. 1 ( Kombinert varme- og kraftproduksjon er en systematisk måte å øke effektiviteten til kraftproduksjonsanlegg.)
Kombinert produksjon av varme og elektrisitet er en felles (kombinert) integrert produksjon av 2 produkter: termisk og elektrisk energi. Skjematisk diagram Det enkleste termiske kraftverket basert på en gassturbin (CCGT) er vist i figuren:
Beskrivelse av teknologi:
Den enkleste gassturbinenheten (GTU) består av et forbrenningskammer (1), en gassturbin (2) og luftkompressor(3). En gassturbin brukes her til å drive en synkrongenerator (4) og en kompressor. Driftsprinsippet til en CCGT er enkelt: luft komprimert av en kompressor tvinges inn i et forbrenningskammer, der gassformig eller flytende drivstoff tilføres. De resulterende forbrenningsproduktene sendes til turbinen, som de er arbeidsvæsken for. Gassene som slippes ut i turbinen slippes ikke ut i atmosfæren som i en enkel gassturbinenhet, men går inn i spillvarmekjelen (8), hvor varmen deres brukes til å produsere damp og gi en termodynamisk syklus i henhold til vanlig skjema. Dampen går til dampturbinen (5), hvorfra den tilføres forbrukeren.
Denne ordningen bruker en varmeturbin for å produsere arbeid og varme. 2 damputtak fra en dampturbin. 11 er en kondensator.
Effektiviteten til CHP-drift er preget av varmeutnyttelseskoeffisienten:
Forholdet mellom mengden arbeid og varme som gis til forbrukeren og varmen som frigjøres under brennstoffforbrenning
Qнр - lavere brennverdi;
B - forbrenningsvarme;
Vi og Qtp - mengden elektrisk (hver generator har sin egen) og termisk energi gitt til forbrukeren
PSU: generasjonsskjema med ekstraksjoner, regenerative sykluser i T-s og w-s diagrammer, regenerativ effektivitet. sykluser, bruk varme fra overoppheting av ekstraksjonsdamper og varme fra underkjøling av kondensat i regenerative varmeovner.
Et dampkraftverk (SPU) er en varmemotor der arbeidsvæsken gjennomgår fasetransformasjoner. CSP-er er mye brukt i termiske kraftverk (TPP) for å generere elektrisitet. PSU-er brukes også i vann- og jernbanetransport. Som transportmotor er PSU-en ufølsom for overbelastning og er økonomisk i alle moduser. Den kjennetegnes ved sin enkelhet og pålitelighet i design, mindre forurensning sammenlignet med en forbrenningsmotor miljø. På et visst stadium i teknologiutviklingen, da spørsmålet om miljøforurensning ikke var så presserende, og en brannkasse med åpen flamme virket farlig, erstattet gassmotorer gassmotorer i transport. Foreløpig anses dampmaskinen som lovende både økonomisk og miljømessig.
I PSU som en enhet som avleder fra arbeidsvæsken nyttig arbeid Enten en stempelsylinder eller en dampturbin kan brukes. Siden turbiner nå er mer utbredt, vil vi i fremtiden kun vurdere installasjoner av dampturbiner. Ulike stoffer kan brukes som arbeidsvæske til PSU, men hovedarbeidsvæsken er (og vil forbli i overskuelig fremtid) vann. Dette forklares av mange faktorer, inkludert dets termodynamiske egenskaper. Derfor vil vi i fremtiden vurdere PSU med vann som arbeidsvæske. Det skjematiske diagrammet over den enkleste PSU er vist i figuren
I dampkjele 1 blir vann til overopphetet damp med parametrene p 1, t 1, i 1, som går inn i turbin 2 gjennom en dampledning, hvor den gjennomgår adiabatisk ekspansjon til trykk s2 med kommisjonen teknisk arbeid, som driver rotoren til rotasjon elektrisk generator 3. Dampen kommer så inn i kondensatoren 4, som er en rørformet varmeveksler. Innvendig overflate Kondensatorrørene avkjøles av sirkulerende vann.
I kondensatoren, ved hjelp av kjølevann, fjernes fordampningsvarmen fra dampen og dampen passerer ved konstant trykk s 2 og temperatur t 2 inn i væsken, som tilføres dampkjelen 1 ved hjelp av pumpe 5. Syklusen gjentas deretter.
Karakteristiske egenskaper PSU-er er:
Tilstedeværelsen av fasetransformasjoner i kjeleenheten og kondensatoren;
Drivstoffforbrenningsprodukter er ikke direkte involvert i
syklus, men er bare en varmekilde q1 som overføres gjennom
veggen til arbeidsvæsken;
Syklusen er lukket og varme q2 overføres til miljøet gjennom varmeveksleroverflaten;
All varme fjernes kl minimumstemperatur syklus, som ikke endres på grunn av en isobar faseovergang;
I PSU vil vi fundamentalt implementere Carnot-syklusen.
1.2. Øke den termiske effektiviteten til dampkraftverk basert på bruk av en regenerativ syklus
Til tross for at det for tiden er en massiv utvikling av høye og ultrahøye dampparametere (= 23...30 MPa;
= 570...600°C) og høyvakuum i kondensatoren (97 %, eller p 2 = 0,003 MPa), overstiger ikke den termiske effektiviteten til Rankine-syklusen 50%. I reelle installasjoner er andelen nyttig brukt varme enda mindre på grunn av tap knyttet til den interne irreversibiliteten til prosesser. I denne forbindelse er det foreslått andre metoder for å øke den termiske effektiviteten til dampkraftverk. Spesielt bruk av forvarming av matevann ved bruk av eksosdamp (regenerativ syklus). La oss se på denne syklusen.
Det særegne ved denne syklusen er at kondensatet, som etter at kondensatoren har en temperatur på 28...30 ° C, før det kommer inn i kjelen, varmes opp i spesielle varmevekslere P1-PZ (fig. 8, a) med damp tatt fra mellomtrinnene til turbinen. Ved å utføre trinnvis oppvarming av vann på grunn av trinnvis utvinning av dampvarme under ekspansjonen, er det mulig å implementere ideen om en regenerativ Carnot-syklus, som vist i fig. 8, b for syklusdelen i området med mettet damp.
Ris. 8. Opplegg av p.s. u. (a) og bilde av den regenerative syklusen (b)
Ved å øke antall valg til uendelig (til slutt regenerativ syklus), kan ekspansjonsprosessen bringes nærmere en stiplet kurve, som vil være like langt til oppvarmingsprosesskurven 4 – 4". Dette er imidlertid teknisk umulig å gjennomføre og bruken av fem til åtte oppvarmingstrinn er praktisk økonomisk forsvarlig. Sykle p.s.u. med regenerering kan strengt tatt ikke avbildes på et T-s-diagram, siden det er bygget for en konstant (1 kg) mengde stoff, mens i en syklus med regenerering varierer dampmengden langs turbinens lengde. Derfor er syklusen vist i fig. 8, b, er noe betinget. Når damp trekkes ut for kondensatoppvarming reduseres på den ene siden varmeforbruket for å produsere damp, men på den andre siden reduseres samtidig arbeidet med damp i turbinen. Til tross for den motsatte karakteren av disse påvirkningene, øker utvalget alltid. Dette forklares av det faktum at ved oppvarming av matevann på grunn av kondensasjonsvarmen til den valgte dampen, vil varmetilførselen fra ekstern kilde i seksjonen 4 - 4", og dermed øker gjennomsnittstemperaturen for varmetilførsel fra en ekstern kilde i regenerasjonssyklusen (tilførselen av ekstern varme q 1 utføres kun i seksjonen 4" - 5 - 6 - 7).
I tillegg reduserer regenerativ oppvarming av fødevann irreversibilitet i prosessen med varmeoverføring fra gasser til vann i området 4" – 5, siden temperaturforskjellen mellom gassene og forvarmet vann avtar.
Det er praktisk å løse problemer knyttet til implementeringen av den regenerative syklusen ved hjelp av et diagram. For å gjøre dette, vurder kretsen og regenerasjonssyklusen til p.s.u. med ett valg (fig. 9). Skjæringspunktet mellom ekspansjon adiabatisk 1 – 2 (Fig. 9, b) med seleksjonsisobar gir punkt 0, som karakteriserer tilstanden til dampen i utvalget.
Ris. 9. Opplegg av p.s. u. med en regenerativ dampekstraksjon
(a) og bilde av prosesser i – s-diagram (b)
Fra fig. 9, er det klart at fra 1 kg damp som kommer inn i turbinen, utvider kg damp seg bare opp til ekstraksjonstrykket, noe som gir nyttig arbeid, og () kg ekspanderer i turbinen til slutttrykk. Det nyttige arbeidet med denne dampstrømmen. Generelt arbeid 1 kg damp i regenerativ syklus:
Mengde varme brukt for å produsere 1 kg damp: (10)
Termisk effektivitet av regenerasjonssyklusen: . (11)
Prosesser i regenerative varmeovner betraktes som isobariske, og det antas at vann forlater varmeren i en tilstand av metning ved damptrykket i det tilsvarende utvalget (osv.).
Mengden damp som tas bestemmes fra varmebalanseligningen for blandevarmeren:
fra: , (13)
hvor er entalpien til væsken ved ekstraksjonstrykket; – entalpi av damp tatt fra turbinen; – entalpi av kondensatet som forlater kondensatoren. På samme måte kan du bestemme dampforbruket på steder av ethvert valg.
Bruk av regenerativ oppvarming av fødevann øker den termiske effektiviteten til p.s. u. med 8...12 %.
Hensikten med utførelse selvstendig arbeid er å mestre metodikken for å beregne regenerasjonssyklusen til et dampturbinanlegg og bestemme de viktigste termodynamiske indikatorene for syklusen som studeres, inkludert termisk effektivitet, med en vurdering av eksergitap i hovedelementene i dampkraftverket.
Termodynamikk av strømning: karakteristiske hastigheter og parametere for adiabatisk strømning Lydens hastighet, Laplace-ligningen. Maksimale og kritiske hastigheter, grunnleggende dimensjonsløse tall. Betingelser for overgangen av strømningshastighet gjennom lydens hastighet. Prinsippet om reversering av ytre påvirkninger.
Konseptet med lydhastighet har viktig i termodynamikken til strømning, siden subsoniske og supersoniske strømninger av mediet har kvalitative forskjeller: enhver påvirkning gir motsatte resultater i subsoniske og supersoniske strømmer; Alle strømningsparametere i en subsonisk strømning endres kontinuerlig i en supersonisk strømning, parametrene kan endres brått, og bryte kontinuiteten i strømmen.
Lydhastigheten (a, m/s) er lydbølgenes forplantningshastighet. Bølger er forstyrrelser av en fysisk mengde som forplanter seg i et medium som karakteriserer tilstanden til dette mediet. Lydbølger er svake forstyrrelser som forplanter seg i et elastisk medium - mekaniske vibrasjoner med små amplituder.
For eksempel på et tidspunkt ytre kropp, kalt en lydkilde, forårsaker svake mekaniske forstyrrelser. Resultatet er en økning i trykk dp. Forplantningshastigheten til denne utbruddet er lydens hastighet, betegnet "a".
Prosessen med forplantning av lydforstyrrelser er en adiabatisk prosess beskrevet av Laplace-ligningen
For det er ligningen for den adiabatiske prosessen til en ideell gass (7.19) gyldig, som vi representerer i formen
r/ r k = konst
Lydens hastighet avhenger altså av mediets natur (kR) og mediets temperatur.
Siden temperaturen til mediet (10 5) i strømmen endres med endringer i x-koordinaten, endres lydhastigheten når man beveger seg fra en seksjon til en annen. I denne forbindelse er behovet for konseptet med lokal lydhastighet klart .
Lokal lydhastighet er hastigheten på lydutbredelsen ved et gitt punkt i strømmen.
Maksimal og kritisk strømningshastighet
Strømningshastigheten kan bestemmes fra strømningsenergiligningen 
I tilfellet der den innledende strømningshastigheten kan neglisjeres (W| = 0), har den siste relasjonen formen
I formler (10.29), (10.30) erstattes entalpi kun i J/kg, da vil hastigheten ha dimensjonen m/s. Hvis entalpien er definert som kJ/kg, endres relasjonen (10.30) tilsvarende
Gjeldende hastighet når maksimal verdi w MaKc i seksjonen hvor entalpien til strømningen når nullverdien h = 0, dette skjer når den strømmer inn i tomrommet (p = 0) og, i henhold til forholdet mellom parametere i den adiabatiske ekspansjonsprosessen (7.21), T = 0. Når strømmen når sin maksimale hastighet, tilsvarer transformasjonen all energien til den kaotiske (termiske) bevegelsen av molekyler til energien til rettet, ordnet bevegelse.
Ovennevnte analyse lar oss fastslå at strømningshastigheten kan ta verdier innenfor 0...Wmax
Fra momentumligningen (10.12) følger en sammenheng mellom endringen i trykket og endringen i strømningshastigheten: strømningsakselerasjon (dw > 0) er ledsaget av et trykkfall (dp< 0) и наоборот. Возвращаясь к соотношению параметров в адиабатном процессе расширения, устанавливаем неизбежное уменьшение температуры ускоряющегося адиабатного потока и, согласно (10.28), падение величины скорости звука. Изменение параметров адиабатного ускоряющеюся потока, установленное выше, иллюстрирует рис. 10.5.
Grafen viser at det er et tverrsnitt av strømmen der hastigheten sammenfaller i størrelsesorden med den lokale lydhastigheten. Det kalles den kritiske delen av strømmen, siden den skiller de subsoniske og supersoniske delene av strømmen, som skiller seg kvalitativt fra hverandre. Kritiske strømningsparametere er parametere i kanalseksjonen hvor strømningshastigheten er lik den lokale lydhastigheten.
Strømningshastigheten i dette tilfellet kalles den kritiske strømningshastigheten.
Det kritiske trykkforholdet (P cr) er forholdet mellom den kritiske verdien av gassstrømtrykket (p cr) og dets trykk (p ()) i innløpsdelen av kanalen ved en starthastighet lik null
∏cr = Pcr/Ro- (10.32)
I strømningsberegninger og analyser er det praktisk å bruke ikke absolutte hastighetsverdier, men relative egenskaper:
tall M - forholdet mellom strømningshastigheten i en gitt seksjon og den lokale lydhastigheten
M = w/a; (10.33)
~ tall λ - forhold mellom strømningshastighet i en gitt
tverrsnitt til kritisk strømningshastighet
λ = w/acr; (10.34)
~ tall ƹ - forholdet mellom strømningshastigheten i en gitt seksjon og lydhastigheten i en stillestående strømning
tall A - forholdet mellom strømningshastigheten i en gitt seksjon og maksimal strømningshastighet: A = w/wmax
Generell informasjon
Nesten frem til 70-tallet av 1900-tallet var den eneste varmemotoren som ble brukt i industrien en dampstempelmotor, som var ineffektiv og drev på mettet lavtrykksdamp. Den første kontinuerlige varmemotoren (dampmaskinen) ble utviklet av I.I. Polzunov. Den første bilen ble naturlig aspirert. Når et av understempelhulrommene ble koblet til kjelen, steg stempelet oppover under påvirkning av damptrykk, hvoretter dampfordelingsventilen snudde og kuttet av understempelhulrommet fra kjelen. Vann ble injisert gjennom røret, dampen kondensert, og det ble opprettet et vakuum under stempelet. Under påvirkning av atmosfærisk trykk senket stempelet og utførte nyttig arbeid.
På 80-tallet hadde driftssyklusen til forbrenningsmotorer (Otto-syklusen) blitt praktisk talt mestret, men i hovedsak reflekterer denne syklusen prinsippene til mange andre oppfinnere, og spesielt Beau de Rocha-prinsippet.
Den ideelle syklusen til en slik motor, kalt syklusen til forbrenningsmotorer med varme tilført gass ved et konstant volum, inkluderer adiabatisk kompresjon av arbeidsgassen, isokorisk tilførsel av varme til gassen, adiabatisk ekspansjon av arbeidsfluidet og isokorisk overføring av varme til arbeidsvæsken.
Nikolaus August Ottos varmemotor tillot ikke høy kompresjon, og effektiviteten var derfor lav. I et forsøk på å skape en mer moderne forbrenningsmotor med høy effektivitet, utviklet den tyske ingeniøren R. Diesel et annet driftsprinsipp, som skilte seg fra driftsprinsippet til Otto-motoren.
Det første forsøket på å kvitte seg med kompressoren tilhører vår landsmann Prof. G.V. Trinkler, som bygde en ikke-kompressormotor i 1904. Trinkler-motoren kom ikke inn i masseproduksjon, selv om den ble produsert på en av de tyske fabrikkene (Kerting-anlegget). En ny tredje arbeidssyklus ble implementert i kompressorløse dieselmotorer. Den ideelle syklusen til denne motoren, kalt den blandede varmetilførselssyklusen, består av adiabatisk kompresjon av luft, isokorisk og deretter isobarisk varmetilførsel, adiabatisk ekspansjon av gasser og isokorisk varmeoverføring.
Varmemotorer der gassformige forbrenningsprodukter også er arbeidsvæsken kalles forbrenningsmotorer. Forbrenningsmotorer kommer i form av stempelmotorer, gassturbiner 1 og jetmotorer.
Varmemotorer (dampmotorer), der forbrenningsproduktene bare er en varmegiver (varmegiver), og funksjonene til arbeidsvæsken utføres av væske- og fjærfasene, kalles eksterne forbrenningsmotorer. Eksterne forbrenningsmotorer - dampkraftverk: dampmotorer, dampturbiner, kjernekraftverk.
Perfekt Otto-syklus
Adiabatisk og isotermisk effektivitet
Faktisk påvirkes driften av kompressoren ikke bare av påvirkningen av det skadelige volumet, men også av gassfriksjon og endringer i gasstrykket når den suges inn og fjernes fra sylinderen.
Figur 1.85 viser et reelt indikatordiagram. På sugeledningen pga ujevn bevegelse stempel, treghet til fjær og ventil, svinger gasstrykket i sylinderen og viser seg å være lavere enn startgasstrykket p1. Av samme grunner, på linjen der gass skyves ut av sylinderen, viser gasstrykket seg å være større enn slutttrykket p2. Polytropisk kompresjon implementert i kjølte kompressorer sammenlignes med reversibel isotermisk kompresjon ved bruk av isotermisk effektivitet. ηiz = liz/lkp.
Adiabatisk irreversibel kompresjon implementert i ukjølte kompressorer sammenlignes med adiabatisk reversibel kompresjon ved bruk av adiabatisk effektivitet. ηad = gutt/lka.
For ulike kompressorer varierer verdien av isotermisk effektivitet innenfor området ηiz = 0,6÷0,76; verdien av adiabatisk effektivitet - ηad = 0,75÷0,85.
Entropi av blanding.
∆s cm = – R cm ∑ r i ln r i - entropi av blanding for en blanding av 2 gasser.
Jo større den er, jo mer irreversibel er blandingsprosessen.
Avhenger av sammensetningen av blandingen, avhenger ikke av temperatur og trykk.
∆s cm /R cm avhenger av de kvantitative proporsjonene av komponentene i blandingen og er ikke avhengig av deres natur.
Termodynamikkens første lov. Typer energi. Varme og arbeid er former for energioverføring. Energi- og varmebalanser i et teknisk system. Absolutte og relative egenskaper ved et teknisk system basert på balanselikningene til 1. lov.
Termodynamikkens første lov– loven om bevaring og transformasjon av energi for termodynamiske systemer og prosesser
Analytisk kan dette skrives W = const, eller
W 1 – W 2 = 0,
hvor W 1, W 2 er energien til det isolerte kjøretøyet som vurderes i henholdsvis start- og slutttilstand.
Fra ovenstående følger formuleringen av termodynamikkens første lov: ødeleggelse og skapelse av energi er umulig.
For et lukket, adiabatisk kjøretøy bestemmes endringen i energien til systemet av mengden arbeid L, som det utveksler med miljøet i en viss termodynamisk prosess med tilstandsendring
W 1 – W 2 = L.
For et lukket kjøretøy, som kun kan utveksle energi med omgivelsene i form av varme Q, kan endringen i energi under en viss termodynamisk prosess bestemmes
W 1 – W 2 = - Q.
For et lukket kjøretøy som endrer tilstand i prosessen 1 – 2, gjelder i det generelle tilfellet følgende forhold:
W 1 – W 2 = L – Q. (1,29)
Varme og arbeid er de eneste mulige formene for energioverføring fra en kropp til en annen - en annen formulering av termodynamikkens første lov for lukkede kjøretøy.
Hvis et lukket kjøretøy gjennomgår en sirkulær termodynamisk prosess, får alle parametere i systemet etter fullføringen startverdien, som gjør at den siste likheten kan skrives i formen
Fra dette følger den mest populære formuleringen av termodynamikkens første lov: en evighetsmaskin av den første typen er umulig.
Typer energi: intern (U), kjemisk, nukleær, kinetisk. I noen tilfeller er det praktisk å dele energi basert på kvantitativ transformasjon av en type energi til andre. Energi, som fullstendig kan omdannes fra en type til en annen, tilhører den såkalte første typen. Hvis transformasjon til en annen type energi av en eller annen grunn er helt umulig, klassifiseres den som den såkalte andre typen.
I det generelle tilfellet kan energien til kjøretøyet bestemmes
W = W svette + W kin + U
Måleenhet for energi i systemet fysiske enheter SI er 1 J (Joule). Når du bruker andre systemer, må du forholde deg til andre enheter for energimåling: kalori, erg, kilometer, etc.
Termodynamikkens andre lov. Formuleringer og deres forhold til hverandre. Betydningen av begrepet reversibilitet. Ekstern og intern irreversibilitet. Entropi. Entropi endring i reversible og irreversible prosesser. Analytisk uttrykk for termodynamikkens 2. lov. Enhetlig ligning (identitet) av termodynamikk for lukkede systemer
Termodynamikkens andre lov.
Den andre loven, som den første, er generalisert av eksperimentelle data og kan ikke bevises på noen måte. Det refererer til et system i en tilstand av likevekt, til prosessen med overgangen til et system fra en tilstand av likevekt til en annen. Han vurderer strømningsretningen naturlige prosesser, antyder det ulike typer energier er ulik.
Alle prosesser i naturen går i retning av at drivkraften forsvinner (temperatur, trykk, konsentrasjonsgradient). Basert på de oppgitte fakta en av lovens ordlyder: varme kan ikke bevege seg fra en mindre til en mer oppvarmet kropp. Konklusjon fra den andre loven: den etablerer ulikheten mellom varme og arbeid, og hvis du, når du konverterer arbeid til varme, kan begrense deg til å endre tilstanden til en varmemottaker, så når du konverterer varme til arbeid, er kompensasjon nødvendig.
Annen Lovens utsagn: En evighetsmaskin av 2. type er umulig, det vil si at det er umulig å lage en maskin hvis eneste resultat er å avkjøle det termiske reservoaret.
Konseptet med reversibilitet.
Konseptet med reversibilitet er sentralt:
1) det er vannskillet mellom fenomenologisk termodynamikk og statisk fysikk;
2) begrepet reversibilitet lar oss få et referansepunkt for å vurdere den termodynamiske perfeksjonen av prosessen.
En reversibel prosess er en termodynamisk prosess hvoretter systemet og systemene (OS) som samhandler med det kan gå tilbake til den opprinnelige tilstanden uten at det oppstår gjenværende endringer i systemet og OS.
En irreversibel prosess er en termodynamisk prosess hvoretter systemet og systemene (OS) som samhandler med det ikke kan gå tilbake til den opprinnelige tilstanden uten å forårsake gjenværende endringer i systemet eller OS.
Det er mange interne og eksterne faktorer som skaper irreversibilitet av prosesser.
Intern irreversibilitet Forårsaker intern friksjon mellom væskemolekyler som følge av molekylære krefter og turbulens.
Ekstern irreversibilitet følger av eksterne faktorer ved systemet. En av de mest vanlige årsaker ekstern irreversibilitet - mekanisk friksjon. Friksjon er tilstede i alle prosesser der overflaten av en kropp eller et stoff gnis mot en annen overflate. En annen grunn til ekstern irreversibilitet er varmeoverføringsprosessen. I sin natur skjer varmeoverføring i bare én retning: fra et varmere område til et kaldere. Følgelig kan ikke prosessen reverseres fullstendig, siden varme ikke overføres fra kaldere områder til varmere uten påføring av arbeid.
Entropi.
Entropi er en funksjon av tilstanden til et termodynamisk system, bestemt av det faktum at dets differensial (dS) under en elementær likevekt (reversibel) prosess som forekommer i dette systemet, er lik forholdet mellom den uendelige mengden varme (dQ) som gis til systemet til den termodynamiske temperaturen (T) til systemet.
Innføringen av entropi gir oss en annen ligning for å beregne varmen til prosessen, hvis bruk er mer praktisk enn den velkjente ligningen gjennom varmekapasitet. Arealet under prosessgrafen i T(S) - et skaladiagram viser varmen i prosessen.
Entropi endring i reversible og irreversible prosesser.
Effektiviteten til Rankine-syklusen, selv i installasjoner med høye dampparametere, overstiger ikke 50 %. I virkelige installasjoner, på grunn av tilstedeværelsen av interne tap i turbinen, er effektivitetsverdien enda lavere.
Verdiene til entalpier inkludert i uttrykk (9) påvirkes av tre parametere for arbeidsfluidet - starttrykket r 1 og starttemperatur T 1 overopphetet damp ved turbininntaket og slutttrykk r 2 ved turbinutløpet. Dette fører til en økning i varmeoverføring og, som en konsekvens, til en økning i spesifikk arbeids- og sykluseffektivitet.
I tillegg til å endre dampparametere, kan effektiviteten til dampkraftverk økes ved å komplisere kretsløpet til selve installasjonen.
Basert på ovenstående er følgende måter å øke termisk effektivitet identifisert.
1. Økende starttrykk s 1 med uendrede parametere T 1 og r 2 (fig. 15, EN). Diagrammet viser Rankine-sykluser ved maksimalt trykk r 1 og r 1a > r 1. En sammenligning av disse syklusene viser at med økende press til r 1EN varmeendringen har høyere verdi, enn , og mengden varmetilførsel avtar. Denne endringen i energikomponentene i syklusen med økende trykk r 1 øker termisk effektivitet Denne metoden gir en betydelig økning i sykluseffektivitet, men som et resultat av økt r 1 (trykket i dampkraftverk kan nå opp til 30 ata), øker fuktigheten i dampen som forlater turbinen, noe som forårsaker for tidlig korrosjon av turbinbladene.
2. Økning i starttemperatur T 1 med uendrede parametere r 1 og r 2 (fig. 15, b). Sammenligne sykluser i et diagram ved temperaturer T 1 og T 1a > T 1 kan du se at entalpiforskjellen øker i større grad enn forskjellen, siden isobaren flyter brattere enn isobaren. Med en slik endring i entalpiforskjellen øker den termiske effektiviteten med økende maksimal syklustemperatur. Ulempen med denne metoden er at overheteren krever et varmebestandig metall, temperaturen på den overhetede dampen kan nå opp til 650 °C.
3. Samtidig trykkøkning s 1 og temperatur T 1 ved konstant trykk r 2. Forfremmelse som r 1 og T 1 øker den termiske effektiviteten deres på fuktighetsinnholdet i dampen ved slutten av ekspansjonen er motsatt, med en økning r 1 øker den, og med økende T 1 – reduseres. Til syvende og sist vil tilstanden til dampen bestemmes av graden av endring i mengdene r 1 og T 1 .
4. Nedgang i trykk s 2 ved konstante parametere T 1 og r 1 (fig. 15, V). Med en nedgang r 2 øker graden av ekspansjon av damp i turbinen og det tekniske arbeidet øker ∆ l = l a – l. I dette tilfellet fjernes mengden varme 
mindre enn (isobaren ved lavere trykk er flatere), og mengden varmetilførsel øker med mengden 
. Som et resultat øker den termiske effektiviteten til syklusen. Senke trykket r 2, er det mulig å oppnå en temperatur ved utgangen fra kondensatoren lik omgivelsestemperaturen, men i dette tilfellet må det skapes et vakuum i kondenseringsanordningen, siden temperaturen tilsvarer trykket r 2 = 0,04 ata.
5. Bruk av sekundær (mellom) dampoveroppheting(fig. 15, G). Diagrammet viser en rett linje 1 –2 viser ekspansjonen av damp til et visst trykk r 1EN i motorens første sylinder, linje 2–1 a–– sekundær overoppheting av damp under trykk r 1EN og rett 1 a–2 a–– adiabatisk ekspansjon av damp i den andre sylinderen til slutttrykk r 2 .
Den termiske effektiviteten til en slik syklus bestemmes av uttrykket
Bruk av sekundær overoppheting av damp fører til en reduksjon i fuktigheten til dampen ved utløpet av turbinen og til en liten økning i teknisk arbeid. Økt effektivitet i denne syklusen er ubetydelig, bare 2–3%, og en slik ordning krever en mer kompleks utforming av dampturbinen.
6. Anvendelse av den regenerative syklusen. I en regenerativ syklus mate vann etter pumpen strømmer den gjennom en eller flere regeneratorer, hvor den varmes opp av damp, delvis tatt av etter dens ekspansjon i noen stadier av turbinen (fig. 16).
Ris. 15. Måter å øke termisk effektivitet Rankine syklus
Ris. 16. Diagram over et dampkraftverk i drift
i henhold til den regenerative syklusen:
1 –– kjele; 2 –– dampoverheting; 3 –– dampturbin; 4 –– elektrisk generator; 5 –– kjøler-kondensator; 6 –– pumpe; 7 –– regenerator; α er andelen av dampekstraksjon
Mengden damp som tas vil bli bestemt fra varmebalanseligningen for regeneratoren
hvor er kondensatentalpien ved endelig damptrykk r 2; –– entalpi av damp tatt fra turbinen; –– kondensatentalpi ved dampekstraksjonstrykk.
Det nyttige arbeidet med 1 kg damp i en turbin vil bli bestemt av formelen:
Mengden varme som brukes per 1 kg damp er
Deretter den termiske effektiviteten i den regenerative syklusen vil bli funnet
.
En detaljert studie av den regenerative syklusen viser at dens termiske effektivitet er alltid større enn termisk effektivitet. Rankine-syklus med samme initiale og siste parametere. Økt effektivitet ved bruk av regenerering er den 10–15 % og øker med økende mengde dampekstraksjon.
7. Påføring av oppvarmingssyklusen. Oppvarmingssyklusen utnytter varmen som avgis av damp til kjølevann, som vanligvis brukes i varmesystemer, i varmtvannsforsyningssystemer og til andre formål. I dette tilfellet kan varmen q 1 som tilføres arbeidsfluidet omfordeles i varierende grad for å oppnå teknisk arbeid og varmetilførsel. I oppvarmingssyklusen (fig. 17) blir en del av elektrisiteten ikke behandlet, siden en del av varmen til dampen tatt fra turbinen forbrukes av forbrukeren.
Ris. 17. Diagram over et dampkraftverk som opererer iht
oppvarmingssyklus:
1 –– kjele; 2 –– dampoverheting; 3 –– dampturbin; 4 –– elektrisk generator; 5 –– kjøler-kondensator; 6 –– pumpe; 7 –– varmeforbruker
Mengden varme som mottas av arbeidsfluidet blir delvis omdannet til nyttig arbeid med turbinblader, og delvis brukt for varmeforsyning til forbrukere. Siden begge jobbene er nyttige, mister termisk effektivitet sin mening.
Effektivitet oppvarmingssyklus vil bli bestemt
.
Siden det produseres to typer produkter i oppvarmingssyklusen (elektrisitet og varme), er det nødvendig å skille mellom intern virkningsgrad for varmeproduksjon og vektet gjennomsnittlig virkningsgrad for produksjon av elektrisitet og varme. Hver av dem lik en, siden det ikke er noen tap i syklusen.
I virkeligheten effektivitet oppvarmingssyklus kan ikke være lik enhet, siden det alltid er mekaniske tap i turbinen og hydrauliske tap i varmeforsyningssystemer.
Energibalansen til et dampkraftverk med en turbin er vist i fig. 519. Han er eksemplarisk; Effektiviteten til et dampkraftverk kan være enda høyere (opptil 27%). Energitapene som oppstår ved drift av et dampkraftverk kan deles i to deler. En del av tapene skyldes ufullkommen design og kan reduseres uten å endre temperaturen i kjelen og kondensatoren. For eksempel ved å tilrettelegge mer avansert varmeisolering av kjelen, er det mulig å redusere varmetapet i fyrrommet. For det andre, betydelig de fleste- tapet av varme som overføres til vannkjølingen av kondensatoren viser seg å være helt uunngåelig ved gitte temperaturer i kjelen og kondensatoren. Vi har allerede indikert (§ 314) at betingelsen for drift av en varmemotor ikke bare er å motta en viss mengde varme fra varmeren, men også å overføre en del av denne varmen til kjøleskapet.
Omfattende vitenskapelig og teknisk erfaring i design av varmemotorer og dyp teoretisk forskning Når det gjelder driftsforholdene til varmemotorer, ble det fastslått at effektiviteten til en varmemotor avhenger av temperaturforskjellen mellom varmeren og kjøleskapet. Jo større denne forskjellen er, desto større er effektiviteten til et dampkraftverk (selvfølgelig forutsatt at alle de tekniske feilene i designet nevnt ovenfor er eliminert). Men hvis denne forskjellen er liten, kan ikke selv den mest teknisk avanserte maskinen gi betydelig effektivitet.
Ris. 519. Omtrentlig energibalanse for et dampkraftverk med en turbin
Så, for eksempel, i en dampmaskin, dampen som har en temperatur på 100 (eller 373) i kjelen og 25 (eller 298) i kjøleskapet, kan effektiviteten ikke være større 
, dvs. 20% (praktisk talt, på grunn av enhetens ufullkommenhet, vil effektiviteten til en slik installasjon være betydelig lavere). For å forbedre effektiviteten til varmemotorer er det derfor nødvendig å flytte til høyere temperaturer i kjelen, og derfor til høyere damptrykk. I motsetning til tidligere stasjoner, som opererte med et trykk på 12-15 atm (som tilsvarer en damptemperatur på 200), begynte moderne dampkraftverk å installere kjeler på 130 atm eller mer (temperatur ca. 500).
I stedet for å øke temperaturen i kjelen, vil det være mulig å senke temperaturen i kondensatoren. Dette viste seg imidlertid å være praktisk talt umulig. På veldig lavtrykk damptettheten er svært lav og ved store mengder damp som passeres gjennom på ett sekund av en kraftig turbin, måtte volumet til turbinen og kondensatoren være uoverkommelig stort.
I tillegg til å øke effektiviteten til varmemotoren, kan du ta veien til å bruke "termisk avfall", dvs. varme som fjernes ved vannkjøling av kondensatoren.
Ris. 520. Omtrentlig energibalanse for termisk kraftverk
I stedet for å slippe kondensatoroppvarmet vann til en elv eller innsjø, kan det ledes gjennom varmtvannsvarmerør eller brukes til industrielle formål i kjemisk industri eller tekstilindustri. Det er også mulig å utvide damp i turbiner kun til et trykk på 5-6 atm. Samtidig kommer det fortsatt veldig mye ut av turbinen. varm damp, som kan tjene en rekke industrielle formål.
En stasjon som bruker spillvarme forsyner forbrukerne ikke bare elektrisk energi, mottatt pga mekanisk arbeid, men også varme. Det kalles et kombinert varme- og kraftverk (CHP). En omtrentlig energibalanse for et termisk kraftverk er vist i fig. 520.