โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ. โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำทำงานบนวงจรการ์โนต์

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น โรงงานเครื่องปฏิกรณ์สามารถแสดงเป็นเครื่องยนต์ความร้อนซึ่งมีวัฏจักรทางอุณหพลศาสตร์บางอย่างเกิดขึ้น

วัฏจักรทางทฤษฎีของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำสมัยใหม่คือวัฏจักรแรงคิน

ส่วนผสมของไอน้ำและไอน้ำที่เกิดขึ้นจากการถ่ายเทพลังงานความร้อนไปยังน้ำในแกนกลางจะเข้าสู่เครื่องแยกแบบดรัมซึ่งแยกไอน้ำและน้ำออก ไอน้ำจะถูกส่งไปยังกังหันไอน้ำซึ่งจะขยายตัวแบบแอเดียแบติกและทำงาน จากกังหันไอน้ำจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์ ความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังน้ำหล่อเย็นที่ไหลผ่านคอนเดนเซอร์ ส่งผลให้ไอน้ำควบแน่นจนหมด คอนเดนเสทที่ได้จะถูกดูดเข้าไปอย่างต่อเนื่องโดยปั๊มจากคอนเดนเซอร์ บีบอัดและส่งกลับไปยังดรัมเครื่องแยก

ตัวเก็บประจุมีบทบาทสองประการในการติดตั้ง

ประการแรก มีช่องว่างไอน้ำและน้ำแยกจากกันโดยพื้นผิวที่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างไอน้ำที่ระบายออกและน้ำหล่อเย็น ดังนั้นไอน้ำคอนเดนเสทจึงสามารถใช้เป็นน้ำในอุดมคติที่ไม่มีเกลือละลายได้

ประการที่สองในคอนเดนเซอร์เนื่องจากปริมาตรไอน้ำจำเพาะลดลงอย่างมากในระหว่างการเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวหยดสูญญากาศจะเข้ามาซึ่งได้รับการบำรุงรักษาตลอดเวลาของการติดตั้งช่วยให้ไอน้ำสามารถ ขยายในกังหันอีกบรรยากาศหนึ่ง (Рк 0.04-0.06 บาร์ ) และทำงานเพิ่มเติมด้วยเหตุนี้

วงจรแรงคินในไดอะแกรม TS

เส้นสีน้ำเงินในแผนภาพ T-S ของน้ำเป็นเส้นแบ่ง โดยมีเอนโทรปีและอุณหภูมิที่สอดคล้องกับจุดที่วางอยู่บนแผนภาพเหนือเส้นนี้ มีเพียงไอน้ำเท่านั้น ด้านล่างส่วนผสมของไอน้ำกับไอน้ำ

ไอน้ำเปียกในคอนเดนเซอร์ควบแน่นจนหมดตาม p2=const isobar (จุดที่ 3) จากนั้นน้ำจะถูกบีบอัดโดยปั๊มจากแรงดัน P2 ถึงแรงดัน P1 กระบวนการอะเดียแบติกนี้แสดงไว้ในแผนภาพ T-S โดยเส้นแนวตั้ง 3-5

ความยาวของเซกเมนต์ 3-5 ในไดอะแกรม TS นั้นเล็กมาก เนื่องจากในบริเวณของเหลว ไอโซบาร์ (เส้นของแรงดันคงที่) ในไดอะแกรม TS จะผ่านใกล้กันมาก ด้วยเหตุนี้ ด้วยการบีบอัดน้ำแบบไอเอสโทรปิก (ที่เอนโทรปีคงที่) อุณหภูมิของน้ำจึงเพิ่มขึ้นน้อยกว่า 2-3 °C และสามารถสันนิษฐานได้ด้วยการประมาณที่ดีว่าในบริเวณของเหลว ไอโซบาร์ของน้ำนั้นในทางปฏิบัติ ตรงกับเส้นโค้งขอบด้านซ้าย (เส้นสีน้ำเงิน) ดังนั้น บ่อยครั้งเมื่อแสดงภาพวัฏจักรแรงคินในไดอะแกรม TS ไอโซบาร์ในบริเวณของเหลวจะถูกวาดเป็นการรวมเข้ากับเส้นโค้งขอบด้านซ้าย ค่าเล็กน้อยของส่วนอะเดียแบติก 3-5 หมายถึง งานเล็กใช้โดยปั๊มเพื่อบีบอัดน้ำ งานบีบอัดจำนวนเล็กน้อยเมื่อเทียบกับปริมาณงานที่ผลิตโดยไอน้ำในกระบวนการขยายตัว 1-2 เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของวัฏจักรแรงคิน

จากปั๊ม น้ำภายใต้แรงดัน P2 จะเข้าสู่ดรัมตัวแยก จากนั้นจึงเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ โดยที่ความร้อนจะถูกส่งไปยังปั๊มแบบไอโซบาริก (กระบวนการ 5-4 P1=const) อย่างแรก น้ำในเครื่องปฏิกรณ์ถูกทำให้ร้อนจนเดือด (ส่วนที่ 5-4 ของ isobar P1=const) จากนั้นเมื่อถึงอุณหภูมิเดือด กระบวนการของการกลายเป็นไอจะเกิดขึ้น (ส่วนที่ 4-3 ของ isobar P2=const) ส่วนผสมของไอน้ำและไอน้ำจะเข้าสู่เครื่องแยกแบบดรัมซึ่งเป็นที่แยกน้ำและไอน้ำ ไอน้ำอิ่มตัวจากดรัมเครื่องแยกเข้าสู่กังหัน กระบวนการขยายตัวในกังหันแสดงโดยอะเดียแบติก 1-2 (กระบวนการนี้เป็นของวัฏจักร Rankine แบบคลาสสิก ในการติดตั้งจริง กระบวนการขยายไอน้ำในเทอร์ไบน์ค่อนข้างแตกต่างจากแบบคลาสสิก) ไอเปียกที่ระบายออกจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์และรอบการทำงานจะปิดลง

ในแง่ของประสิทธิภาพเชิงความร้อน รอบแรงคินมีประโยชน์น้อยกว่าวงจรคาร์โนต์ที่แสดงด้านบน เนื่องจากระดับการเติมวงจร (รวมถึงอุณหภูมิการจ่ายความร้อนเฉลี่ย) สำหรับวงจรแรงคินน้อยกว่าในกรณีของวงจรคาร์โนต์ อย่างไรก็ตาม เมื่อคำนึงถึงสภาพการใช้งานจริง ประสิทธิภาพของวงจรแรงคินจะสูงกว่าประสิทธิภาพของวงจรคาร์โนต์ที่สอดคล้องกันในไอน้ำเปียก

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน วัฏจักรแรงคินที่เรียกว่าไอน้ำร้อนยวดยิ่งมักใช้ใน องค์ประกอบพิเศษการติดตั้ง - superheater ซึ่งไอน้ำถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิเกินอุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดัน P1 ที่กำหนด ในกรณีนี้ อุณหภูมิการป้อนความร้อนเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับอุณหภูมิอินพุตความร้อนในวงจรโดยไม่มีความร้อนสูงเกินไป และด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพเชิงความร้อน วงจรเพิ่มขึ้น วัฏจักร Rankine ที่มีไอน้ำร้อนยิ่งยวดเป็นวัฏจักรหลักของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ในวิศวกรรมพลังงานความร้อนสมัยใหม่

เนื่องจากปัจจุบันไม่มีโรงไฟฟ้าอุตสาหกรรมที่มีระบบทำความร้อนด้วยไอน้ำนิวเคลียร์แบบใช้ไอน้ำ (steam superheating โดยตรงในแกนหลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) สำหรับแบบวงเดียว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ BWR และ RBMK ใช้วงจรการอุ่นซ้ำ

แผนภาพ T-S ของวัฏจักรด้วยการทำให้ไอน้ำร้อนซ้ำ

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในวัฏจักรด้วยการอุ่นไอน้ำซ้ำ จะใช้เทอร์ไบน์สองขั้นตอนซึ่งประกอบด้วยกระบอกสูบ ความดันสูงและกระบอกสูบแรงดันต่ำ (4 สำหรับ RBMK) ไอน้ำจากดรัมเครื่องแยกจะถูกส่งไปยังกระบอกสูบแรงดันสูง (HPC) ส่วนหนึ่งของไอน้ำจะถูกทำให้ร้อนเกินไป การขยายตัวในกระบวนการกระบอกสูบแรงดันสูงในแผนภาพ 1-6 ไอน้ำทำงานได้ หลังจาก HPC ไอน้ำจะถูกส่งไปยังฮีทเตอร์ฮีทเตอร์ซึ่งเนื่องจากการระบายความร้อนของส่วนของไอน้ำที่เลือกในตอนเริ่มต้นจึงทำให้แห้งและให้ความร้อนมากขึ้น อุณหภูมิสูง, (แต่เมื่อแรงดันต่ำกว่าแล้ว ให้ดำเนินการ 6-7 บนแผนภาพ) และเข้าสู่กระบอกสูบแรงดันต่ำของกังหัน (LPC) ในกระบอกสูบแรงดันต่ำ ไอน้ำจะขยายตัว ทำงานอีกครั้ง (กระบวนการ 7-2 ในแผนภาพ) และเข้าสู่คอนเดนเซอร์ กระบวนการที่เหลือสอดคล้องกับกระบวนการในวัฏจักร Rankine ที่พิจารณาข้างต้น

วงจรการเกิดใหม่

ประสิทธิภาพที่ต่ำของวัฏจักร Rankine เมื่อเทียบกับวงจร Carnot นั้นเกิดจากการที่พลังงานความร้อนจำนวนมากระหว่างการควบแน่นของไอน้ำถูกถ่ายโอนไปยังน้ำหล่อเย็นในคอนเดนเซอร์ เพื่อลดการสูญเสีย ไอน้ำบางส่วนจะถูกนำออกจากเทอร์ไบน์และส่งไปยังเครื่องทำความร้อนที่สร้างใหม่ โดยที่ พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำที่เลือก จะใช้เพื่อให้ความร้อนกับน้ำที่ได้รับหลังจากการควบแน่นของไอน้ำหลัก

ของจริง วัฏจักรพลังไอน้ำการสร้างใหม่ดำเนินการโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสร้างใหม่ พื้นผิวหรือการผสม ซึ่งแต่ละเครื่องรับไอน้ำจากระยะกลางของกังหัน ไอน้ำถูกควบแน่นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบหมุนเวียน ทำให้น้ำป้อนเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ให้ความร้อน ไอน้ำร้อนคอนเดนเสทผสมกับการไหลของน้ำป้อนหลัก

ก่อนดำเนินการอธิบายวิธีการและเทคนิคทางอุณหพลศาสตร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เราได้แนะนำแนวคิดเสริมบางประการ ความจำเป็นในการแนะนำนี้มีดังต่อไปนี้ ความจริงก็คือ η t ตามคำจำกัดความคืออัตราส่วนของ "ผลประโยชน์" ต่อ "ต้นทุน" วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพเกือบทั้งหมดเปลี่ยนทั้งตัวเศษและตัวส่วนของเศษส่วน η t ไปพร้อม ๆ กัน ดังนั้นจึงมีความไม่แน่นอนในพฤติกรรมของเศษส่วนทั้งหมด

ในทางกลับกัน ความไม่แน่นอนนี้ไม่มีอยู่จริงหากเรากำลังเผชิญกับวงจรการ์โนต์ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของแหล่งความร้อน T 1 และตัวระบายความร้อน T 2 ค่อนข้างชัดเจนบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงใน η t k นอกจากนี้ ทั้งหมด วิธีการและเทคนิคทางอุณหพลศาสตร์ในการเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำจะไม่ทำให้ค่าของ T 2 เปลี่ยนแปลงไป เนื่องจากแทบจะเปลี่ยนแปลงได้ยาก

ดังนั้นการจ่ายความร้อนในวงจร Rankine จะเกิดขึ้นตามเส้นโค้งที่หัก (ดูรูปที่ 6.4 และแผนภาพ T - s กระบวนการ 4 - 5 - 1, p 1 \u003d const)

คำนิยาม:อุณหภูมิรวมเฉลี่ยของกระบวนการจ่ายความร้อนในวงจรพลังงานไอน้ำเรียกว่า

≡ (6.6)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง<Т 1 >ในวิชาคณิตศาสตร์เรียกว่าค่าอินทิกรัลเฉลี่ยของฟังก์ชันในช่วงเวลาหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงอาร์กิวเมนต์ จากนั้นสำหรับรอบใด ๆ ของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ เทียบเท่าวงจรการ์โนต์จะมีประสิทธิภาพเท่ากับ:

η t k \u003d 1 - T 2 / . (6.7)

ข้อเสนอใด ๆ ที่จะเพิ่มหรือเปลี่ยนแปลง η t ของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำจะถูกประเมินโดยการเปลี่ยนแปลง .

3.1. การเพิ่มอุณหภูมิของของไหลทำงานด้านหน้ากังหัน

ในรูป 6.6 เป็นภาพประกอบของวิธีการนี้ในการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน

โปรดทราบว่าจำนวน "ผลประโยชน์" เช่น งานต่อรอบเพิ่มขึ้นเมื่อ T 1 เพิ่มขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน การสูญเสียความร้อนในคอนเดนเซอร์ก็เพิ่มขึ้น และต้นทุนความร้อนต่อรอบก็เพิ่มขึ้น จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าทั้งตัวเศษและตัวส่วนของเศษส่วน η t เพิ่มขึ้น และผลลัพธ์ไม่แน่นอน (ดู (6.5)) แต่เห็นได้ชัดว่าการเพิ่มขึ้นของ T 1 เป็น T 1 ΄ เพิ่มขึ้น . ดังนั้น η เสื้อ เพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มขึ้น T 1 .

ข้าว. 6.6. ภาพประกอบวิธีการเพิ่ม η t โดย

เพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ T 1 หน้ากังหัน

ความคิดเห็นโดยการเพิ่ม T 1 เราไม่ได้จงใจเปลี่ยนพารามิเตอร์อื่นๆ ทั้งหมดของวัฏจักร Rankine คุณไม่สามารถเปลี่ยนแปลงทุกอย่างพร้อมกันเพื่อเปิดเผยรูปแบบบางอย่างได้

3.2. การเพิ่มแรงดันของของไหลทำงานด้านหน้ากังหัน

ในรูป 6.7 เป็นภาพประกอบของวิธีการเพิ่ม η t นี้

ข้าว. 6.7. ภาพประกอบวิธีการเพิ่ม η t โดยการเพิ่ม

แรงดันไอน้ำด้านหน้ากังหัน

ตัดสินโดยรูปที่ 6.7 เป็นการยากที่จะตัดสินใจว่างานต่อรอบจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง แต่การสูญเสียความร้อนในคอนเดนเซอร์ลดลงอย่างเห็นได้ชัด หากเราใช้แนวคิด จากนั้นจากรูปที่ 6.7 ตามมาด้วยการเพิ่มขึ้นของ p 1 มูลค่า ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน แต่อุณหภูมิ T 2 ไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงสรุปได้อย่างชัดเจนว่าการเพิ่มแรงดันไอน้ำที่ด้านหน้ากังหันจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน η t .

ความคิดเห็นการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ T 1 ที่ด้านหน้ากังหันนั้นไม่ได้ผลมากนัก เนื่องจากไอโซบาร์ p = const สูงขึ้นค่อนข้างสูงในบริเวณที่มีไอน้ำร้อนยวดยิ่ง นั่นคือธรรมชาติของสารนี้

ความคิดเห็นทั้งสองวิธีในการเพิ่ม η t ที่แสดงไว้ข้างต้นนั้น "ได้รับพร" จากอุณหพลศาสตร์ และในทางปฏิบัติ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความดันของไอน้ำที่ด้านหน้ากังหันนั้นจำกัดด้วยชุดวัสดุที่ทนความร้อนและแข็งแรงเป็นพิเศษสำหรับการผลิตทั้งชุดหม้อไอน้ำและกังหัน ในการเติบโตอย่างน่าเกรงขาม วิทยาศาสตร์ของ "วัสดุศาสตร์" ก็เพิ่มขึ้น

อุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค

1. การผลิตความร้อนและไฟฟ้าแบบผสมผสาน - ทางระบบเพิ่มประสิทธิภาพการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า รูปแบบที่ง่ายที่สุดของกังหันไอน้ำรวมความร้อนและโรงไฟฟ้า ลักษณะพลังงานของ CHP

2. การสร้างความร้อนและไฟฟ้าร่วมกันเป็นวิธีที่เป็นระบบในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แผนผังที่ง่ายที่สุดของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมและโรงไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์แก๊ส สันดาปภายใน. ลักษณะพลังงานของ CHP

3. โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ (SPU): ไอน้ำร้อนยวดยิ่งปานกลาง เหตุผลในการใช้งาน แผนผัง วงจรตามทฤษฎีและตามจริง ประสิทธิภาพและพลังของ SPU

4. โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ (SPU): แผนการสร้างใหม่พร้อมการเลือก รอบการสร้างใหม่ใน Ts-, hs-diagrams ประสิทธิภาพของวัฏจักรการเกิดใหม่ การใช้ความร้อนจากการให้ความร้อนสูงเกินไปของการสกัดด้วยไอน้ำและความร้อนของการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลของคอนเดนเสทในเครื่องทำความร้อนแบบสร้างใหม่

5. อุณหพลศาสตร์การไหล: ความเร็วลักษณะเฉพาะและพารามิเตอร์ของการไหลแบบอะเดียแบติก ความเร็วของเสียง สมการลาปลาซ ความเร็วสูงสุดและวิกฤต ตัวเลขไร้มิติพื้นฐาน เงื่อนไขสำหรับการเปลี่ยนแปลงของความเร็วการไหลผ่านความเร็วของเสียง หลักการพลิกกลับของอิทธิพลภายนอก

6. อุณหพลศาสตร์การไหล: พารามิเตอร์คงที่และพารามิเตอร์การเบรก ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์คงที่และพารามิเตอร์การเบรก

7. อุณหพลศาสตร์ของการไหล: การไหลออกของก๊าซและไอระเหยจากหัวฉีด

8. กระบวนการพื้นฐานเกี่ยวกับก๊าซจริงในตัวอย่างไอน้ำและการคำนวณโดยใช้ตารางและไดอะแกรม: กระบวนการไอโซบาริก (คอนเดนเซอร์, เครื่องทำความเย็นคอนเดนเสท, เครื่องทำความเย็นแบบร้อนยิ่งยวด)

9. กระบวนการพื้นฐานกับก๊าซจริงในตัวอย่างไอน้ำและการคำนวณโดยใช้ตารางและไดอะแกรม: กระบวนการไอโซบาริก (เครื่องระเหย, เครื่องทำความร้อนพิเศษ, เครื่องประหยัด)

10. กระบวนการพื้นฐานกับก๊าซจริงในตัวอย่างไอน้ำและการคำนวณโดยใช้ตารางและไดอะแกรม: กระบวนการอะเดียแบติก (กังหันและตัวแผ่รังสี ปั๊ม พัดลม)

11. อากาศชื้น: แนวคิดพื้นฐานและลักษณะของอากาศชื้น การพึ่งพาจากการคำนวณสำหรับค่าคงที่ของแก๊ส มวลโมลาร์ปรากฏ ความหนาแน่น ความจุความร้อน เอนทาลปีของอากาศชื้น

12. อากาศชื้น แผนภาพ HD ของอากาศชื้น กระบวนการพื้นฐานของอากาศชื้น

13. สารจริง. ภาวะวิกฤต. แผนภาพเฟสของรัฐ: pv-, Ts-, hs- คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของน้ำ ตารางทางอุณหพลศาสตร์ ไดอะแกรมและสมการสถานะน้ำ

14. สภาวะสมดุลและความเสถียรของระบบเทอร์โมไดนามิกส์: ข้อกำหนดและเงื่อนไขทั่วไปสมดุลที่เสถียรของระบบเฟสเดียว สมดุลของระบบสองเฟสที่มีส่วนต่อประสานแบบแบนและโค้ง

15. สภาวะสมดุลและความเสถียรของระบบอุณหพลศาสตร์: สมดุลของระบบสามเฟส กฎเฟสของกิ๊บส์ การเปลี่ยนเฟสของประเภทที่ 1 สมการของ Clapeyron-Clausius แผนภาพสถานะเฟส

16. แผนภาพเฟสของสถานะของ RT ไดอะแกรมสถานะเฟส: pv-, Ts-, hs-

17. กศน. ข้อมูลทั่วไป. วงจรในอุดมคติของ GTP ที่ง่ายที่สุดพร้อมการจ่ายความร้อนแบบไอโซบาริก

18. กศน. ข้อมูลทั่วไป. วงจรในอุดมคติของ GTP ที่ง่ายที่สุดพร้อมการจ่ายความร้อนแบบไอโซคอริก

19. กศน. ข้อมูลทั่วไป. วัฏจักรของกังหันก๊าซที่ง่ายที่สุดที่มีการจ่ายความร้อนแบบไอโซบาริกและกระบวนการบีบอัดและขยายตัวของของไหลที่ใช้งานไม่ได้

20. กศน. ข้อมูลทั่วไป. การฟื้นฟูใน GTU

21. เครื่องยนต์ที่มีของเหลวทำงานเป็นแก๊ส ข้อมูลทั่วไป. เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบและรอบทางกลของเครื่องยนต์ วงจรอ็อตโตในอุดมคติ: (ข้อมูลเริ่มต้น การคำนวณจุดคุณลักษณะ อินพุต ความร้อนเอาต์พุตของวงจร การทำงานของวงจร ประสิทธิภาพเชิงความร้อน แรงดันที่ระบุโดยเฉลี่ย)

22. เครื่องยนต์ที่มีของเหลวทำงานเป็นแก๊ส ข้อมูลทั่วไป. เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบและรอบทางกลของเครื่องยนต์ วงจรดีเซลในอุดมคติ: (ข้อมูลเริ่มต้น การคำนวณจุดคุณลักษณะ อินพุต ความร้อนเอาต์พุตของวงจร การทำงานของวงจร ประสิทธิภาพเชิงความร้อน ความดันตัวบ่งชี้เฉลี่ย)

23. เครื่องยนต์ที่มีของเหลวทำงานเป็นแก๊ส ข้อมูลทั่วไป. วงจร Trinkler ในอุดมคติ: (ข้อมูลเริ่มต้น การคำนวณจุดลักษณะเฉพาะ อินพุต ความร้อนเอาต์พุตของรอบ รอบการทำงาน ประสิทธิภาพเชิงความร้อน แรงดันที่ระบุโดยเฉลี่ย)

24. คอมเพรสเซอร์. ข้อมูลทั่วไป. ไดอะแกรมตัวบ่งชี้ของคอมเพรสเซอร์จริง คอมเพรสเซอร์แบบขั้นตอนเดียวในอุดมคติ การทำงานของคอมเพรสเซอร์ อิทธิพลของธรรมชาติของกระบวนการที่มีต่อการทำงานของคอมเพรสเซอร์

25. คอมเพรสเซอร์. ข้อมูลทั่วไป. การบีบอัดแบบย้อนกลับไม่ได้ในคอมเพรสเซอร์ ประสิทธิภาพแบบอะเดียแบติกและไอโซเทอร์มอลของคอมเพรสเซอร์ อิทธิพลของพื้นที่อันตรายต่อการทำงานของคอมเพรสเซอร์ ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของคอมเพรสเซอร์

26. คอมเพรสเซอร์. ข้อมูลทั่วไป. คอมเพรสเซอร์แบบหลายขั้นตอน เหตุผลในการใช้งาน โครงร่าง แผนภาพกระบวนการ การกระจายแรงดันเหนือขั้นตอนการบีบอัด ความร้อนที่ถูกกำจัดออกจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลาง

27. กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของก๊าซในอุดมคติ ระเบียบวิธีศึกษากระบวนการหลัก กลุ่มของกระบวนการใน pv- และ Ts-diagrams อุณหภูมิรวมเฉลี่ยของการจ่ายความร้อนในกระบวนการ

28. อุณหพลศาสตร์ของก๊าซในอุดมคติ มิกซ์ ก๊าซในอุดมคติ. บทบัญญัติทั่วไป. กฎของดาลตัน วิธีการตั้งส่วนผสม ค่าคงที่ของแก๊ส มวลโมลาร์ปรากฏ ความหนาแน่น ความจุความร้อน พลังงานภายใน เอนทาลปี เอนโทรปีของส่วนผสมของแก๊ส เอนโทรปีของการผสม

29. กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ประเภทของพลังงาน ความร้อนและงานเป็นรูปแบบของการถ่ายเทพลังงาน สมดุลพลังงานและความร้อนของระบบเทคนิค ลักษณะสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ของระบบทางเทคนิคตามสมการสมดุลของกฎข้อที่ 1

30. กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ สูตรและความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ความหมายของแนวคิดเรื่องการย้อนกลับ กลับไม่ได้ภายนอกและภายใน เอนโทรปี การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในกระบวนการย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้ นิพจน์เชิงวิเคราะห์ของกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ สมการเอกภาพ (เอกลักษณ์) ของอุณหพลศาสตร์สำหรับ ระบบปิด

การสร้างความร้อนและไฟฟ้าร่วมกันเป็นวิธีที่เป็นระบบในการเพิ่มประสิทธิภาพของการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า รูปแบบที่ง่ายที่สุดของกังหันไอน้ำรวมความร้อนและโรงไฟฟ้า ลักษณะพลังงานของ CHP

การผลิตความร้อนและไฟฟ้ารวมกันเรียกว่าการให้ความร้อนแบบอำเภอ หากเราพิจารณาว่าการใช้พลังงานความร้อนของ CHP นั้นล่าช้าอย่างมากในเวลาที่กำหนด จะเห็นได้ชัดว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน ปีที่แล้วบ้านหม้อไอน้ำขนาดใหญ่ในภูมิภาค

สำหรับการผลิตความร้อนและไฟฟ้าร่วมกันนั้น CHPPs ได้รับการออกแบบ ซึ่งสร้างขึ้นภายในเมืองใหญ่หรือพื้นที่อุตสาหกรรม

ในการผลิตความร้อนและไฟฟ้ารวมกันซึ่งก็คือ คุณสมบัติหลักโคเจนเนอเรชั่นใช้ความร้อนที่ปล่อยออกมาในเครื่องทำความร้อนในระหว่างการควบแน่นของไอน้ำซึ่งผ่านกังหันเป็นครั้งแรก ความร้อนในโรงไฟฟ้าควบแน่นดังที่ได้กล่าวไปแล้วจะหายไปด้วยน้ำหล่อเย็น

ในการผลิตความร้อนและไฟฟ้ารวมกัน ไอน้ำจะถูกปล่อยสู่ผู้บริโภคจาก (การเลือกขั้นกลาง จากไอน้ำสด 1 กก. ผู้บริโภคจะได้รับความร้อนในปริมาณ (/ - fk shd) kcal / kg โดยที่ / k คือ ปริมาณความร้อนของไอน้ำที่ทางออกของหม้อไอน้ำแรงดันต่ำและ / คอนเดนเสทที่ส่งคืนจากผู้บริโภค จากไอน้ำ 1 กิโลกรัมจากการสกัดกังหันผู้บริโภคจะได้รับ (/ ไอเสีย - / c.

การสร้างพลังงานความร้อนและไฟฟ้าแบบผสมผสานมีข้อดีที่สำคัญ ในกรณีที่พร้อมกับผู้ใช้พลังงานไฟฟ้ามีผู้ใช้พลังงานความร้อน (เพื่อให้ความร้อนเพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยี) คุณสามารถใช้ความร้อนของไอน้ำไอเสียของกังหันไอน้ำได้ แต่ในขณะเดียวกัน ความดันของไอน้ำเสีย หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า แรงดันย้อนกลับ ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ไอน้ำทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับผู้ใช้ความร้อน ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ไอน้ำสำหรับค้อนและเครื่องอัด แรงดันที่ต้องการคือ 10 - 12 atm เป็นตัวเลข กระบวนการทางเทคโนโลยีไอน้ำใช้แรงดัน 5 - 6 atm เพื่อวัตถุประสงค์ในการทำความร้อน เมื่อต้องใช้น้ำร้อนสูงถึง 90 - 100 C สามารถใช้ไอน้ำที่มีแรงดัน 1 1 - 1 2 atm ได้

A-อุตสาหกรรม CHP;
ข- ความร้อน CHPP;
1 - หม้อไอน้ำ (เครื่องกำเนิดไอน้ำ);
2 - เชื้อเพลิง;
3 - กังหันไอน้ำ;
4 - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า;
5 - คอนเดนเซอร์ไอน้ำไอเสียกังหัน;
6 - ปั๊มคอนเดนเสท;
7- เครื่องทำความร้อนปฏิรูป;
8 - เครื่องปั๊มน้ำหม้อไอน้ำ;
ถังคอนเดนเสท 7 คอลเลกชั่น ( วางเครื่องปัดน้ำฝนไว้ตรงนั้นดีกว่า)
9 - ผู้บริโภคความร้อน
10- เครื่องทำความร้อน น้ำเครือข่าย;
ปั๊ม 11 เครือข่าย;
ปั๊มฮีตเตอร์เครือข่าย 12 คอนเดนเสท

เป็นธรรมเนียมที่จะต้องกำหนดลักษณะประสิทธิภาพของการทำงานของ CHP ปัจจัยการใช้ความร้อน:

ปริมาณพลังงานไฟฟ้าและความร้อนตามลำดับที่มอบให้กับผู้บริโภคต่อหน่วยเวลา

B - การบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงในเวลาเดียวกัน

ค่าความร้อนที่ต่ำกว่าของเชื้อเพลิง

2 การผลิตไฟฟ้าจากความร้อนและพลังงานร่วมเป็นวิธีที่เป็นระบบในการเพิ่มประสิทธิภาพการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แผนผังที่ง่ายที่สุดของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมและโรงไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้แก๊ส ลักษณะพลังงานของ CHP

ส่วนที่ 1 ในคำถาม #1 ( ความร้อนและการผลิตไฟฟ้าร่วมเป็นวิธีที่เป็นระบบในการเพิ่มประสิทธิภาพการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า)

การผลิตความร้อนและไฟฟ้าแบบผสมผสานเป็นการผลิตร่วมกัน (แบบผสมผสาน) ของ 2 ผลิตภัณฑ์ คือ ความร้อนและไฟฟ้า แผนภูมิวงจรรวม CHP ที่ง่ายที่สุดตามกังหันก๊าซ (CCP) แสดงในรูป:

คำอธิบายเทคโนโลยี:

โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซที่ง่ายที่สุด (GTU) ประกอบด้วยห้องเผาไหม้ (1) กังหันก๊าซ (2) และ เครื่องอัดอากาศ(3). กังหันก๊าซใช้ที่นี่เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส (4) และคอมเพรสเซอร์ หลักการทำงานของ CCGT นั้นเรียบง่าย: อากาศที่ถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์จะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ซึ่งมีการจ่ายเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซหรือของเหลว ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาไหม้จะถูกส่งไปยังกังหันซึ่งเป็นสารทำงาน ก๊าซที่หมดแล้วในกังหันจะไม่ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศเช่นเดียวกับใน GTP ธรรมดา แต่ให้เข้าไปในหม้อต้มความร้อนที่ใช้แล้วทิ้ง (8) ซึ่งความร้อนของพวกมันถูกใช้เพื่อผลิตไอน้ำและให้วงจรอุณหพลศาสตร์ในลักษณะปกติ ไอน้ำไปที่กังหันไอน้ำ (5) จากที่ไปถึงผู้บริโภค

ในโครงการนี้ใช้กังหันความร้อนและพลังงานร่วมกันในการผลิตงานและความร้อน 2 การสกัดด้วยไอน้ำจากกังหันไอน้ำ 11 เป็นตัวเก็บประจุ

ประสิทธิภาพของการทำงานของ CHP นั้นโดดเด่นด้วยปัจจัยการใช้ความร้อน:

อัตราส่วนของปริมาณงานและความร้อนที่ให้แก่ผู้บริโภคต่อความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง

Qnr - ค่าความร้อนที่ต่ำกว่า;

B คือความร้อนจากการเผาไหม้

เราและ Qtp - ปริมาณไฟฟ้า (เครื่องกำเนิดแต่ละเครื่องมีของตัวเอง) และพลังงานความร้อนที่มอบให้กับผู้บริโภค

PSU: รูปแบบการสร้างด้วยการเลือก, วงจรการสร้างใหม่ในแผนภาพ T-s และ sh-s, ประสิทธิภาพการสร้างใหม่ รอบ ใช้ ความร้อนจากความร้อนสูงเกินของไอระเหยในการสกัดและความร้อนของการระบายความร้อนด้วยความเย็นของคอนเดนเสทในเครื่องทำความร้อนแบบสร้างใหม่

โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ (SPU) เป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่ของไหลทำงานผ่านการแปลงเฟส PSUs ใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน (TPPs) เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า PSU ยังใช้ในการขนส่งทางน้ำและทางรถไฟ ในฐานะเครื่องยนต์ขนส่ง PSU จะไม่ไวต่อการโอเวอร์โหลด ประหยัดในทุกโหมด โดดเด่นด้วยความเรียบง่ายและความน่าเชื่อถือของการออกแบบ มลพิษน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน สิ่งแวดล้อม. ในขั้นตอนหนึ่งของการพัฒนาเทคโนโลยีเมื่อปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมไม่รุนแรงนักและเรือนไฟที่มีเปลวไฟดูเหมือนอันตราย เครื่องยนต์แก๊สแทนที่ PSU ในการขนส่ง ปัจจุบันเครื่องจักรไอน้ำถือว่ามีศักยภาพทั้งในเชิงเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม

ใน PSU เป็นโหนดที่เบี่ยงเบนจากของไหลทำงาน งานที่มีประโยชน์ใช้ได้ทั้งกระบอกสูบลูกสูบและกังหันไอน้ำ เนื่องจากปัจจุบันมีการใช้กังหันกันอย่างแพร่หลายมากขึ้น ในอนาคตเราจะพิจารณาเฉพาะการติดตั้งกังหันไอน้ำเท่านั้น สารต่างๆ สามารถใช้เป็นสารทำงานของ PSU ได้ แต่สารทำงานหลักคือน้ำ (และจะยังคงอยู่ในอนาคตอันใกล้) เนื่องจากปัจจัยหลายประการ รวมถึงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ ดังนั้นในอนาคตเราจะถือว่า PSU ที่มีน้ำเป็นของเหลวทำงาน แผนผังของ PSU ที่ง่ายที่สุดแสดงในรูป

ในหม้อต้มไอน้ำ 1 น้ำจะถูกแปลงเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งพร้อมพารามิเตอร์ หน้า 1 , เสื้อ 1 , ผม 1 ,ซึ่งเข้าสู่กังหัน 2 ผ่านท่อส่งไอน้ำซึ่งจะขยายตัวเป็นความดันแบบอะเดียแบติก p2ด้วยค่าคอมมิชชั่น งานด้านเทคนิคซึ่งขับเคลื่อนโรเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3. จากนั้นไอน้ำจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ 4 ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ พื้นผิวด้านในท่อคอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำหมุนเวียน

ในคอนเดนเซอร์โดยใช้น้ำหล่อเย็นความร้อนของการกลายเป็นไอจะถูกลบออกจากไอน้ำและไอน้ำจะผ่านที่แรงดันคงที่ หน้า 2และอุณหภูมิ t2ลงในของเหลวซึ่งจ่ายให้กับหม้อไอน้ำ 1 โดยใช้ปั๊ม 5. ในอนาคตวงจรจะทำซ้ำ

ลักษณะเฉพาะ CSP คือ:

การปรากฏตัวของการเปลี่ยนแปลงเฟสในหม้อไอน้ำและคอนเดนเซอร์

ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับ

วงจร แต่เป็นเพียงแหล่งความร้อน q1 ถ่ายโอนผ่าน

ผนังกับร่างกายทำงาน

วัฏจักรปิดและความร้อน q2 ถูกถ่ายโอนไปยังสิ่งแวดล้อมผ่านพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน

ความร้อนทั้งหมดจะถูกลบออกที่ อุณหภูมิต่ำสุดวัฏจักรที่ไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนเฟสไอโซบาริก

ใน PSU เราสามารถนำวงจร Carnot ไปใช้โดยพื้นฐานได้

1.2. การปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำโดยอาศัยวัฏจักรการเกิดใหม่

แม้ว่าในปัจจุบันการพัฒนามวลของพารามิเตอร์ไอน้ำสูงและสูงพิเศษ ( = 23...30 MPa;
= 570...600°C) และสุญญากาศแบบลึกในคอนเดนเซอร์ (97% หรือ หน้า 2 = 0.003 MPa) ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักร Rankine ไม่เกิน 50% ในการติดตั้งจริง ส่วนแบ่งของความร้อนที่ใช้แล้วมีประโยชน์จะน้อยลงไปอีกเนื่องจากการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการภายในที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ในเรื่องนี้ได้มีการเสนอวิธีการอื่นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้การให้ความร้อนล่วงหน้าของน้ำป้อนเนื่องจากไอน้ำเสีย (วงจรการเกิดใหม่). พิจารณารอบนี้

ลักษณะเฉพาะของวัฏจักรนี้คือคอนเดนเสทซึ่งมีอุณหภูมิ 28 ... 30 ° C หลังจากคอนเดนเซอร์ก่อนเข้าสู่หม้อไอน้ำจะถูกทำให้ร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพิเศษ P1-PZ (รูปที่ 8, a) โดยใช้ไอน้ำ จากระยะกลางของกังหัน การดำเนินการให้ความร้อนด้วยน้ำแบบเป็นขั้นตอนเนื่องจากการดึงความร้อนด้วยไอน้ำแบบเป็นขั้นตอนในกระบวนการขยายตัว เป็นไปได้ที่จะนำแนวคิดของวงจรคาร์โนต์ที่เกิดใหม่มาใช้ ดังแสดงในรูปที่ 8b สำหรับส่วนของวัฏจักรในพื้นที่ของไอน้ำอิ่มตัว

ข้าว. 8. โครงการป.ล. ย. (a) และภาพวงจรการเกิดใหม่ (b)

โดยการเพิ่มจำนวนการสกัดเป็นอนันต์ (รอบการเกิดใหม่อย่างมาก) จะทำให้กระบวนการขยายตัวเข้าใกล้เส้นประมากขึ้น ซึ่งจะเป็นเส้นโค้งที่เท่ากันของกระบวนการให้ความร้อน 4 – 4". อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคเป็นไปไม่ได้ที่จะตระหนักถึงสิ่งนี้ และการใช้การให้ความร้อนห้าถึงแปดขั้นตอนนั้นสมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจ ป.ล. วงจร ด้วยการสร้างใหม่พูดอย่างเคร่งครัดไม่สามารถแสดงบนไดอะแกรม T-s ได้เนื่องจากมันถูกสร้างขึ้นสำหรับปริมาณคงที่ (1 กิโลกรัม) ของสารในขณะที่วงจรที่มีการสร้างใหม่ปริมาณไอน้ำจะแตกต่างกันตามความยาวของกังหัน ดังนั้น รอบที่แสดงในรูปที่ 8b ค่อนข้างเป็นพลวัต เมื่อไอน้ำถูกถอนออกเพื่อให้ความร้อนกับคอนเดนเสท ด้านหนึ่ง ปริมาณการใช้ความร้อนสำหรับการผลิตไอน้ำจะลดลง แต่ในทางกลับกัน การทำงานของไอน้ำในเทอร์ไบน์จะลดลงพร้อมๆ กัน แม้จะมีลักษณะตรงกันข้ามของอิทธิพลเหล่านี้ การคัดเลือกก็เพิ่มขึ้นเสมอ สิ่งนี้อธิบายได้จากความจริงที่ว่าเมื่อน้ำป้อนถูกทำให้ร้อนเนื่องจากความร้อนของการควบแน่นของไอน้ำที่สกัดออกมา ความร้อนที่จ่ายจาก แหล่งภายนอกในส่วนที่ 4 – 4" และด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิเฉลี่ยของการจ่ายความร้อนจากแหล่งภายนอกในวงจรการสร้างใหม่จึงเพิ่มขึ้น (การจ่ายความร้อนภายนอก q 1 จะดำเนินการเฉพาะในส่วนที่ 4" - 5 - 6 - 7)

นอกจากนี้การให้ความร้อนแบบหมุนเวียนของน้ำป้อนช่วยลดการย้อนกลับในกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากก๊าซสู่น้ำในพื้นที่ 4" – 5, เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างก๊าซกับน้ำอุ่นจะลดลง

งานที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการตามวงจรการสร้างใหม่สามารถแก้ไขได้อย่างสะดวกโดยใช้ไดอะแกรม ในการทำเช่นนี้ ให้พิจารณาวงจรและวงจรการสร้างใหม่ของ PS ด้วยตัวเลือกเดียว (รูปที่ 9) จุดตัดของการขยายตัวของอะเดียแบท 1 – 2 (รูปที่ 9b) กับไอโซบาร์การสกัดจะให้จุด 0 ซึ่งแสดงลักษณะของสถานะของไอน้ำในการสกัด

ข้าว. 9. โครงการป.ล. ย. ด้วยการสกัดด้วยไอน้ำหมุนเวียนเพียงครั้งเดียว

(a) และภาพของกระบวนการ i - s-diagram (b)

จากรูป 9 เห็นได้ชัดว่าจากไอน้ำ 1 กิโลกรัมเข้าสู่กังหันไอน้ำกิโลกรัมจะขยายตัวเฉพาะความดันการคัดเลือกทำให้เกิดงานที่มีประโยชน์และ () กิโลกรัมขยายตัวในกังหันจนถึงแรงดันสุดท้าย การทำงานที่มีประโยชน์ของไอน้ำนี้ งานทั่วไปไอน้ำ 1 กก. ในรอบการสร้างใหม่:

ปริมาณความร้อนที่ใช้เพื่อให้ได้ไอน้ำ 1 กิโลกรัม: (10)

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวงจรการเกิดใหม่: . (สิบเอ็ด)

กระบวนการในเครื่องทำความร้อนแบบสร้างใหม่ถือเป็นไอโซบาริก และถือว่าน้ำออกจากฮีตเตอร์ในสถานะอิ่มตัวที่แรงดันไอน้ำในการสกัดที่เกี่ยวข้อง (ฯลฯ )

ปริมาณไอน้ำที่สกัดได้จากสมการสมดุลความร้อนสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบผสม:

จากที่ไหน: , (13)

เอนทาลปีของของเหลวที่แรงดันสกัดอยู่ที่ไหน คือ เอนทาลปีของไอน้ำที่นำมาจากกังหัน คือ เอนทาลปีของคอนเดนเสทที่ออกจากคอนเดนเซอร์ ในทำนองเดียวกัน เป็นไปได้ที่จะกำหนดอัตราการไหลของไอน้ำในตำแหน่งของการเลือกใดๆ

การใช้ความร้อนจากน้ำป้อนกลับคืนสภาพจะเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวงจร s.c. ย. โดย 8...12%

วัตถุประสงค์ของการดำเนินการ งานอิสระคือการพัฒนาวิธีการคำนวณวงจรการสร้างใหม่ของโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำและการกำหนดตัวบ่งชี้ทางอุณหพลศาสตร์หลักของวงจรภายใต้การศึกษา ซึ่งรวมถึงประสิทธิภาพเชิงความร้อนด้วยการประเมินการสูญเสียพลังงานในองค์ประกอบหลักของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

อุณหพลศาสตร์การไหล: ความเร็วลักษณะเฉพาะและพารามิเตอร์ของการไหลแบบอะเดียแบติก ความเร็วของเสียง สมการลาปลาซ ความเร็วสูงสุดและวิกฤต ตัวเลขไร้มิติพื้นฐาน เงื่อนไขสำหรับการเปลี่ยนแปลงของความเร็วการไหลผ่านความเร็วของเสียง หลักการพลิกกลับของอิทธิพลภายนอก

แนวคิดเรื่องความเร็วของเสียงมี ความสำคัญในอุณหพลศาสตร์การไหล เนื่องจากกระแสเปรี้ยงปร้างและเหนือเสียงของตัวกลางมีความแตกต่างเชิงคุณภาพ: ผลกระทบใดๆ ให้ผลลัพธ์ที่ตรงกันข้ามในกระแสแบบเปรี้ยงปร้างและเหนือเสียง พารามิเตอร์การไหลทั้งหมดในกระแสเปรี้ยงปร้างเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ในกระแสเหนือเสียง สามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์ได้โดยการกระโดด ความต่อเนื่องของการไหล

ความเร็วของเสียง (a, m / s) คือความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเสียง คลื่นเป็นการรบกวนที่แพร่กระจายในตัวกลางที่มีปริมาณทางกายภาพบางอย่างที่แสดงลักษณะสถานะของตัวกลางนี้ คลื่นเสียงเรียกว่าการรบกวนที่อ่อนแอซึ่งแพร่กระจายในตัวกลางที่ยืดหยุ่นได้ - การสั่นสะเทือนทางกลที่มีแอมพลิจูดเล็ก

ตัวอย่างเช่น เมื่อถึงจุดหนึ่ง ร่างกายภายนอกเรียกว่าแหล่งกำเนิดเสียงทำให้เกิดการรบกวนทางกลที่อ่อนแอ ผลที่ได้คือแรงดันที่เพิ่มขึ้น dp ความเร็วของการแพร่กระจายของการระเบิดครั้งนี้คือความเร็วของเสียง แทนด้วย "a"

กระบวนการแพร่สัญญาณรบกวนเสียงเป็นกระบวนการอะเดียแบติกที่อธิบายโดยสมการลาปลาซ

มันเป็นไปตามสมการของกระบวนการอะเดียแบติกของก๊าซในอุดมคติ (7.19) ซึ่งเราแสดงในรูปแบบ

p/ p k = const

ความเร็วของเสียงจึงขึ้นอยู่กับธรรมชาติของตัวกลาง (kR) และอุณหภูมิของตัวกลาง

เนื่องจากอุณหภูมิของตัวกลางในการไหล (10 5) เปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของพิกัด x ความเร็วของเสียงจึงเปลี่ยนไปเมื่อเคลื่อนที่จากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่ง ในเรื่องนี้ ความต้องการแนวคิดของความเร็วของเสียงในพื้นที่คือ เข้าใจได้

ความเร็วท้องถิ่นของเสียงเรียกว่าความเร็วของการแพร่กระจายเสียง ณ จุดที่กำหนดในกระแสน้ำ

อัตราการไหลสูงสุดและวิกฤต

สามารถกำหนดความเร็วการไหลได้จากสมการพลังงานการไหล

ในกรณีที่ไม่สามารถละเลยความเร็วการไหลเริ่มต้น (W| = 0) ความสัมพันธ์สุดท้ายจะอยู่ในรูปแบบ

ในสูตร (10.29), (10.30) เอนทาลปีถูกแทนที่ด้วย J/kg เท่านั้น จากนั้นความเร็วจะมีมิติ m/s ถ้าเอนทาลปีถูกกำหนดเป็น kJ/kg ความสัมพันธ์ (10.30) จะเปลี่ยนไปตามนั้น

ความเร็วปัจจุบันถึง มูลค่าสูงสุด w MaKc ในส่วนที่เอนทาลปีของการไหลถึงศูนย์ h = 0 สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อไหลเข้าสู่ช่องว่าง (p = 0) และตามความสัมพันธ์ของพารามิเตอร์ในกระบวนการขยายตัวแบบอะเดียแบติก (7.21), T = 0 . ความสำเร็จของความเร็วสูงสุดโดยการไหลสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั้งหมดของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล (ความร้อน) ที่วุ่นวาย (ความร้อน) ไปสู่พลังงานของการเคลื่อนที่แบบสั่งการ

การวิเคราะห์ข้างต้นช่วยให้เราสามารถระบุได้ว่าอัตราการไหลสามารถรับค่าภายใน 0...Wmax

จากสมการโมเมนตัม (10.12) จะเป็นไปตามความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของความดันและการเปลี่ยนแปลงของความเร็วการไหล: ความเร่งของการไหล (dw > 0) จะมาพร้อมกับแรงดันตกคร่อม (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.

กราฟแสดงให้เห็นว่ามีส่วนการไหลซึ่งความเร็วของมันสอดคล้องกับขนาดกับความเร็วของเสียงในท้องที่ เรียกว่าส่วนวิกฤตของการไหล เนื่องจากแยกส่วนที่เปรี้ยงปร้างและเหนือเสียงของการไหล ซึ่งแตกต่างกันในเชิงคุณภาพจากกัน พารามิเตอร์การไหลที่สำคัญ - พารามิเตอร์ในส่วนช่องสัญญาณ โดยที่ความเร็วการไหลเท่ากับความเร็วของเสียงในเครื่อง

อัตราการไหลในกรณีนี้เรียกว่าอัตราการไหลวิกฤต

อัตราส่วนความดันวิกฤต (P cr) คืออัตราส่วนของค่าวิกฤตของแรงดันการไหลของก๊าซ (p cr) ต่อแรงดัน (p ()) ในส่วนขาเข้าของช่องที่ความเร็วเริ่มต้นเท่ากับศูนย์

∏cr = Pcr/Ro- (10.32)

ในการคำนวณและวิเคราะห์การไหลจะสะดวกที่จะใช้ไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ของความเร็ว แต่เป็นลักษณะสัมพัทธ์:

หมายเลข M - อัตราส่วนของความเร็วการไหลในส่วนที่กำหนดต่อความเร็วท้องถิ่นของเสียง

M = w/a.; (10.33)

~ จำนวน λ คืออัตราส่วนของความเร็วการไหลในที่กำหนด

ภาพตัดขวางกับความเร็วการไหลวิกฤต

λ = w/acr; (10.34)

~ หมายเลข ƹ - อัตราส่วนของความเร็วการไหลในส่วนที่กำหนดต่อความเร็วของเสียงในการไหลนิ่ง

หมายเลข A - อัตราส่วนของอัตราการไหลในส่วนที่กำหนดต่ออัตราการไหลสูงสุด: A \u003d w / wmax

ข้อมูลทั่วไป

เกือบจนถึงยุค 70 ของศตวรรษที่ XX เครื่องยนต์ความร้อนเพียงตัวเดียวที่ใช้ในอุตสาหกรรมคือเครื่องยนต์ลูกสูบไอน้ำซึ่งไม่มีประสิทธิภาพและทำงานบนไอน้ำอิ่มตัวแรงดันต่ำ เครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นครั้งแรก (เครื่องยนต์ไอน้ำ) ได้รับการพัฒนาโดย I.I. โปลซูนอฟ รถคันแรกมีบรรยากาศ เมื่อห้องลูกสูบห้องใดห้องหนึ่งเชื่อมต่อกับหม้อไอน้ำ ลูกสูบจะลอยขึ้นภายใต้การกระทำของแรงดันไอน้ำ หลังจากนั้นวาล์วกระจายไอน้ำจะหมุนและตัดช่องลูกสูบออกจากหม้อไอน้ำ น้ำถูกฉีดเข้าไปในท่อ ไอน้ำควบแน่น และสร้างสุญญากาศขึ้นภายใต้ลูกสูบ ภายใต้การกระทำของความดันบรรยากาศ ลูกสูบลงมาและทำงานที่มีประโยชน์

ในช่วงทศวรรษ 1980 วงจรการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายใน (วัฏจักรอ็อตโต) ได้รับการฝึกฝนให้เชี่ยวชาญ แต่ในสาระสำคัญ วัฏจักรนี้สะท้อนถึงหลักการของนักประดิษฐ์คนอื่นๆ อีกหลายคน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลักการโบ-เดอ-โรช

วัฏจักรในอุดมคติของเครื่องยนต์ดังกล่าว เรียกว่า วัฏจักรของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีการจ่ายความร้อนให้กับแก๊สที่ปริมาตรคงที่ รวมถึงการบีบอัดแบบอะเดียแบติกของแก๊สทำงาน การจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริกให้กับแก๊ส การขยายตัวแบบอะเดียแบติกของของไหลทำงาน และการถ่ายเทความร้อนแบบไอโซโคริกโดยของไหลทำงาน

เครื่องยนต์ความร้อนของ Nikolaus August Otto ไม่อนุญาตให้มีการบีบอัดสูงและประสิทธิภาพจึงต่ำ ในความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทันสมัยขึ้นด้วย ประสิทธิภาพสูงวิศวกรชาวเยอรมัน R. Diesel ได้พัฒนาหลักการทำงานที่แตกต่างกันซึ่งแตกต่างจากหลักการทำงานของเครื่องยนต์ Otto

ความพยายามครั้งแรกในการกำจัดคอมเพรสเซอร์เป็นของศาสตราจารย์เพื่อนร่วมชาติของเรา จีวี Trinkler ผู้สร้างเครื่องยนต์ไร้คอมเพรสเซอร์ในปี 1904 เครื่องยนต์ Trinkler ไม่รวมอยู่ในการผลิตจำนวนมาก แม้ว่าจะผลิตที่โรงงานแห่งหนึ่งในเยอรมนี (โรงงาน Kerting) ในเครื่องยนต์ดีเซลแบบไม่มีคอมเพรสเซอร์ ได้ดำเนินการรอบการทำงานใหม่รอบที่สาม วัฏจักรในอุดมคติของเครื่องยนต์นี้ เรียกว่าวงจรที่มีการจ่ายความร้อนแบบผสม ประกอบด้วยการอัดอากาศแบบอะเดียแบติก ความร้อนแบบไอโซโคริกและความร้อนไอโซบาริก การขยายตัวแบบอะเดียแบติกของก๊าซ และการถ่ายเทความร้อนแบบไอโซโคริก

เครื่องยนต์ความร้อนซึ่งผลิตภัณฑ์ก๊าซจากการเผาไหม้เป็นของเหลวทำงานพร้อมกันเรียกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องยนต์สันดาปภายในผลิตขึ้นในรูปแบบของเครื่องยนต์ลูกสูบ เทอร์ไบน์แก๊ส 1 และเครื่องยนต์ไอพ่น

เครื่องยนต์ความร้อน (เครื่องยนต์ไอน้ำ) ซึ่งผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เป็นเพียงเครื่องทำความร้อน (ตัวปล่อยความร้อน) และหน้าที่ของของไหลทำงานนั้นดำเนินการโดยเฟสของเหลวและไอระเหยเรียกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายนอก เครื่องยนต์สันดาปภายนอก - โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ: เครื่องยนต์ไอน้ำ กังหันไอน้ำ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

วงจร Otto ที่สมบูรณ์แบบ

ประสิทธิภาพอะเดียแบติกและไอโซเทอร์มอล

อันที่จริง การทำงานของคอมเพรสเซอร์ไม่เพียงได้รับผลกระทบจากปริมาตรที่เป็นอันตรายเท่านั้น แต่ยังได้รับผลกระทบจากแรงเสียดทานของก๊าซ และการเปลี่ยนแปลงของแรงดันแก๊สระหว่างการดูดและการนำออกจากกระบอกสูบด้วย

รูปที่ 1.85 แสดงไดอะแกรมตัวบ่งชี้จริง ในสายดูดเนื่องจาก การเคลื่อนไหวที่ไม่สม่ำเสมอลูกสูบ สปริง และความเฉื่อยของวาล์ว แรงดันแก๊สในกระบอกสูบจะผันผวนและต่ำกว่าแรงดันแก๊สเริ่มต้น p1 ด้วยเหตุผลเดียวกันในการขับแก๊สออกจากกระบอกสูบ ด้วยเหตุผลเดียวกัน แรงดันแก๊สจึงมากกว่าแรงดันสุดท้าย p2 การบีบอัดแบบโพลีทรอปิกที่เกิดขึ้นในคอมเพรสเซอร์แบบแช่เย็นนั้นถูกนำไปเปรียบเทียบกับการบีบอัดแบบอุณหภูมิความร้อนคงที่แบบผันกลับได้โดยใช้ประสิทธิภาพไอโซเทอร์มอล ηout = lout/lkp.

การบีบอัดแบบอะเดียแบติกแบบย้อนกลับไม่ได้ในคอมเพรสเซอร์แบบไม่ระบายความร้อนจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับการบีบอัดแบบอะเดียแบติกแบบย้อนกลับได้โดยใช้ประสิทธิภาพแบบอะเดียแบติก ηad = หนุ่ม/ลกา

สำหรับคอมเพรสเซอร์ต่างๆ ค่าของประสิทธิภาพไอโซเทอร์มอลจะแตกต่างกันไปภายใน ηiz = 0.6÷0.76; ค่าประสิทธิภาพอะเดียแบติก - ηad = 0.75÷0.85

เอนโทรปีของการผสม

∆s cm = – R cm ∑ r i ln r i - เอนโทรปีของการผสมสำหรับส่วนผสมของก๊าซ 2 ตัว

ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใด กระบวนการผสมกลับเปลี่ยนกลับไม่ได้มากขึ้นเท่านั้น

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนผสม ไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน

∆s cm / R cm ขึ้นอยู่กับสัดส่วนเชิงปริมาณของส่วนประกอบของส่วนผสมและไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของพวกมัน

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ประเภทของพลังงาน ความร้อนและงานเป็นรูปแบบของการถ่ายเทพลังงาน สมดุลพลังงานและความร้อนของระบบเทคนิค ลักษณะสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ของระบบทางเทคนิคตามสมการสมดุลของกฎข้อที่ 1

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์- กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงานสำหรับระบบและกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

ในการวิเคราะห์ สามารถเขียนได้ W = const หรือ

W 1 - W 2 \u003d 0,

โดยที่ W 1 , W 2 - ตามลำดับในสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายคือพลังงานของ TS ที่แยกพิจารณา

จากที่กล่าวมานี้ การกำหนดกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์มีดังนี้ การทำลายและการสร้างพลังงานเป็นไปไม่ได้

สำหรับ TS แบบอะเดียแบติกแบบปิด การเปลี่ยนแปลงของพลังงานของระบบจะถูกกำหนดโดยปริมาณงาน L ซึ่งจะแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของการเปลี่ยนแปลงสถานะ

W 1 - W 2 \u003d L.

สำหรับยานพาหนะปิดซึ่งสามารถแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมในรูปของความร้อน Q เท่านั้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานระหว่างกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์บางอย่างสามารถกำหนดได้

W 1 - W 2 \u003d - Q.

สำหรับ TS แบบปิดที่เปลี่ยนสถานะในกระบวนการ 1 - 2 ในกรณีทั่วไปจะมีความสัมพันธ์

W 1 - W 2 \u003d L - Q. (1.29)

ความร้อนและการทำงานเป็นเพียงรูปแบบเดียวที่เป็นไปได้ของการถ่ายเทพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่ง -อีกสูตรหนึ่งของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ สำหรับรถปิด

หาก TS แบบปิดดำเนินการตามกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์แบบวงกลม หลังจากเสร็จสิ้น พารามิเตอร์ระบบทั้งหมดจะใช้ค่าเริ่มต้น ซึ่งทำให้สามารถเขียนค่าความเท่าเทียมกันสุดท้ายลงในแบบฟอร์มได้

จากนี้ไปเป็นสูตรที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์: เครื่องเคลื่อนไหวถาวรประเภทแรกเป็นไปไม่ได้.

ประเภทของพลังงาน: ภายใน (U), เคมี, นิวเคลียร์, จลนศาสตร์. ในบางกรณี การแบ่งพลังงานตามสัญลักษณ์ของการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณของพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นพลังงานอื่นๆ จะสะดวก พลังงานซึ่งสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่งได้อย่างสมบูรณ์นั้นเป็นของประเภทแรกที่เรียกว่า ถ้าด้วยเหตุผลใดก็ตาม การเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นเป็นไปไม่ได้เลย จะเรียกว่าประเภทที่สอง

พลังงานของ TS ในกรณีทั่วไปสามารถกำหนดได้

W = W เหงื่อ + W kin + U

หน่วยของพลังงานในระบบ หน่วยทางกายภาพ SI คือ 1 J (จูล) เมื่อใช้ระบบอื่น จะต้องจัดการกับหน่วยการวัดพลังงานอื่นๆ เช่น แคลอรี เอิร์ก กิโลกรัมเมตร ฯลฯ

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ สูตรและความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ความหมายของแนวคิดเรื่องการย้อนกลับ กลับไม่ได้ภายนอกและภายใน เอนโทรปี การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในกระบวนการย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้ นิพจน์เชิงวิเคราะห์ของกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ สมการรวม (เอกลักษณ์) ของอุณหพลศาสตร์สำหรับระบบปิด

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สอง เช่นเดียวกับข้อแรก เป็นข้อมูลการทดลองทั่วไปและไม่ได้รับการพิสูจน์ในทางใดทางหนึ่ง หมายถึงระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุล ไปสู่กระบวนการเปลี่ยนระบบจากสภาวะสมดุลหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง เขาพิจารณาทิศทางของกระแสน้ำ กระบวนการทางธรรมชาติ, พูดว่า ประเภทต่างๆพลังงานไม่เท่ากัน

กระบวนการทั้งหมดในธรรมชาติดำเนินไปในทิศทางของการหายตัวไปของแรงผลักดัน (การไล่ระดับอุณหภูมิ ความดัน ความเข้มข้น) ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงและ หนึ่งในถ้อยคำของกฎหมาย: ความร้อนไม่สามารถถ่ายเทจากที่น้อยกว่าไปยังตัวที่ร้อนกว่าได้. สรุปจากกฎข้อที่ 2: มันกำหนดค่าความร้อนและงานที่ไม่เท่ากัน และหากเมื่อแปลงงานเป็นความร้อน คุณสามารถจำกัดตัวเองให้เปลี่ยนสถานะของฮีตซิงก์ตัวเดียว จากนั้นเมื่อเปลี่ยนความร้อนเป็นงาน จำเป็นต้องชดเชย

อื่น ถ้อยคำของกฎหมาย: Perpetuum mobile ของประเภทที่ 2 เป็นไปไม่ได้นั่นคือ เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องจักรที่ผลจากการทำงานเพียงอย่างเดียวคือการระบายความร้อนของอ่างเก็บน้ำความร้อน

แนวคิดของการย้อนกลับ

แนวคิดเรื่องการย้อนกลับเป็นหัวใจสำคัญ:

1) เป็นแหล่งต้นน้ำระหว่างอุณหพลศาสตร์เชิงปรากฎการณ์และฟิสิกส์แบบสถิต

2) แนวคิดเรื่องการย้อนกลับช่วยให้คุณได้จุดเริ่มต้นสำหรับการประเมินความสมบูรณ์แบบทางอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการ

กระบวนการที่ย้อนกลับได้คือกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์หลังจากที่ระบบและระบบ (OS) โต้ตอบกับมันสามารถกลับสู่สถานะเริ่มต้นได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่เหลืออยู่ในระบบและระบบปฏิบัติการ

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์หลังจากที่ระบบและระบบ (OS) โต้ตอบกับกระบวนการนั้นไม่สามารถกลับสู่สถานะเริ่มต้นได้หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่เหลืออยู่ในระบบหรือระบบปฏิบัติการ

มีปัจจัยภายในและภายนอกมากมายที่ทำให้กระบวนการย้อนกลับไม่ได้

กลับไม่ได้ภายในทำให้เกิดแรงเสียดทานภายในของโมเลกุลของเหลวอันเป็นผลมาจากแรงของโมเลกุลและความปั่นป่วน

กลับไม่ได้ภายนอกตามมาจากปัจจัยภายนอกของระบบ หนึ่งในที่สุด สาเหตุทั่วไปกลับไม่ได้ภายนอก - แรงเสียดทานทางกล มีแรงเสียดทานในทุกกระบวนการที่พื้นผิวของร่างกายหรือสารถูกับพื้นผิวอื่น อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ไม่สามารถย้อนกลับได้จากภายนอกคือกระบวนการถ่ายเทความร้อน โดยธรรมชาติแล้ว การถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นในทิศทางเดียวเท่านั้น: จากบริเวณที่อุ่นกว่าไปยังที่ที่เย็นกว่า ดังนั้น กระบวนการนี้จึงไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากความร้อนจะไม่ถูกถ่ายเทจากบริเวณที่เย็นกว่าไปยังบริเวณที่อุ่นกว่าโดยไม่ต้องใช้งาน

เอนโทรปี

เอนโทรปีเป็นฟังก์ชันของสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ ซึ่งพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าดิฟเฟอเรนเชียล (dS) ในกระบวนการดุลยภาพเบื้องต้น (ย้อนกลับ) ที่เกิดขึ้นในระบบนี้เท่ากับอัตราส่วนของความร้อนจำนวนเล็กน้อย (dQ) ที่สื่อสาร กับระบบจนถึงอุณหภูมิเทอร์โมไดนามิกส์ (T) ของระบบ

การแนะนำเอนโทรปีทำให้เรามีสมการอื่นในการคำนวณความร้อนของกระบวนการ ซึ่งสะดวกกว่าสมการที่รู้จักกันดีในแง่ของความจุความร้อน พื้นที่ใต้กราฟกระบวนการใน T(S) - ไดอะแกรมที่ปรับขนาดแสดงถึงความร้อนของกระบวนการ

การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในกระบวนการย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้

ประสิทธิภาพของรอบ Rankine แม้ในการติดตั้งที่มีพารามิเตอร์ไอน้ำสูง ไม่เกิน 50% ในการติดตั้งจริง เนื่องจากการมีอยู่ของการสูญเสียภายในในกังหัน ค่าประสิทธิภาพจึงต่ำกว่า

เอนทาลปีในนิพจน์ (9) ได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์สามตัวของของไหลทำงาน—ความดันเริ่มต้น R 1 และอุณหภูมิเริ่มต้น ตู่ 1 ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ทางเข้ากังหันและแรงดันสุดท้าย R 2 ที่ทางออกของกังหัน สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความร้อนลดลงและเป็นผลให้การทำงานเฉพาะและประสิทธิภาพของวงจรเพิ่มขึ้น

นอกจากการเปลี่ยนพารามิเตอร์ไอน้ำแล้ว ยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำได้ด้วยการทำให้โครงร่างการติดตั้งซับซ้อนขึ้นด้วย

จากที่กล่าวมาแล้ว วิธีการต่อไปนี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะถูกเปิดเผย

1. การเพิ่มความดันเริ่มต้น p 1 ด้วยพารามิเตอร์ที่ไม่เปลี่ยนแปลง ตู่ 1 และ R 2 (รูปที่ 15, แต่). แผนภาพแสดงรอบแรงคินที่ความดันสูงสุด R 1 และ R 1a > Rหนึ่ง . การเปรียบเทียบวัฏจักรเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้นถึง R 1แต่การกระจายความร้อนมี คุ้มค่ากว่ากว่า และปริมาณความร้อนเข้าลดลง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในองค์ประกอบพลังงานของวัฏจักรด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น R 1 เพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน วิธีนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรได้อย่างมาก แต่เป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้น R 1 (แรงดันในโรงไฟฟ้าไอน้ำสามารถเข้าถึงได้ถึง 30 atm) ความชื้นของไอน้ำที่ออกจากกังหันจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ใบพัดกังหันกัดกร่อนก่อนเวลาอันควร

2. การเพิ่มอุณหภูมิเริ่มต้น T 1 ด้วยพารามิเตอร์ที่ไม่เปลี่ยนแปลง R 1 และ R 2 (รูปที่ 15, ข). เปรียบเทียบรอบในแผนภูมิที่อุณหภูมิ ตู่ 1 และ ตู่ 1a > ตู่ 1 จะเห็นได้ว่าความแตกต่างของเอนทาลปีนั้นเพิ่มขึ้นมากกว่าความแตกต่าง เนื่องจากไอโซบาร์ไหลสูงชันมากกว่าไอโซบาร์ ด้วยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในความแตกต่างของเอนทาลปี เมื่ออุณหภูมิสูงสุดของวงจรเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะเพิ่มขึ้น ข้อเสียของวิธีนี้คือเครื่องทำความร้อนพิเศษต้องใช้โลหะทนความร้อน อุณหภูมิของไอน้ำร้อนยวดยิ่งสามารถสูงถึง 650 °C

3. ความดันเพิ่มขึ้นพร้อมกัน p 1 และอุณหภูมิ T 1 ที่ความดันคงที่ R 2. เพิ่มขึ้นเช่น R 1 ดังนั้นและ ตู่ 1 เพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน ผลกระทบต่อความชื้นของไอน้ำเมื่อสิ้นสุดการขยายตัวนั้นตรงกันข้าม โดยเพิ่มขึ้น R 1 เพิ่มขึ้นและเพิ่มขึ้น ตู่ 1 - ลดลง ในที่สุด สถานะของไอน้ำจะถูกกำหนดโดยระดับการเปลี่ยนแปลงในปริมาณ R 1 และ ตู่ 1 .

4. ลดแรงดัน p 2 ที่พารามิเตอร์คงที่ ตู่ 1 และ R 1 (รูปที่ 15, ใน). ลง R 2 เพิ่มระดับการขยายตัวของไอน้ำในกังหันและงานด้านเทคนิคเพิ่มขึ้น ∆ l \u003d l a - l. ในกรณีนี้ ปริมาณความร้อนที่เอาออก น้อยกว่า (ไอโซบาร์จะประจบที่ความดันต่ำกว่า) และปริมาณความร้อนที่จ่ายเพิ่มขึ้นโดย . ส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวงจรเพิ่มขึ้น ลดความดัน R 2 เป็นไปได้ที่จะบรรลุอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิแวดล้อมที่ทางออกของคอนเดนเซอร์ แต่ในกรณีนี้จะต้องสร้างสุญญากาศในอุปกรณ์ควบแน่นเนื่องจากความดันสอดคล้องกับอุณหภูมิ R 2 = 0.04 เอทีเอ

5. การใช้ความร้อนสูงเกินไปของไอน้ำทุติยภูมิ (ระดับกลาง)(รูปที่ 15, จี). แผนภาพแสดงเส้นตรง 1 –2 แสดงให้เห็นการขยายตัวของไอน้ำได้ถึงความกดดัน R 1แต่ในกระบอกสูบแรกของเครื่องยนต์ line 2–1 นาที–– ความร้อนสูงยิ่งยวดรองของไอน้ำที่ความดัน R 1แต่และกำกับ 1 ก –2 ก–– การขยายตัวแบบอะเดียแบติกของไอน้ำในกระบอกสูบที่สองจนถึงความดันสุดท้าย R 2 .

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรดังกล่าวถูกกำหนดโดยนิพจน์

การใช้ความร้อนสูงยิ่งยวดของไอน้ำทำให้ปริมาณความชื้นของไอน้ำที่ทางออกของกังหันลดลง และทำให้งานด้านเทคนิคเพิ่มขึ้นบางส่วน เพิ่มประสิทธิภาพ ในรอบนี้มีความสำคัญเพียง 2-3% และรูปแบบดังกล่าวต้องการความซับซ้อนของการออกแบบกังหันไอน้ำ

6. การประยุกต์ใช้วัฏจักรการเกิดใหม่. ในวงจรการเกิดใหม่ ป้อนน้ำหลังจากปั๊มแล้ว ปั๊มจะไหลผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ตั้งแต่หนึ่งเครื่องขึ้นไป ซึ่งจะถูกทำให้ร้อนด้วยไอน้ำ บางส่วนถ่ายหลังจากการขยายตัวในบางขั้นตอนของกังหัน (รูปที่ 16)

ข้าว. 15. วิธีเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน รอบแรงคิน

ข้าว. 16. แผนการดำเนินงานโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

ตามวงจรการเกิดใหม่:

1 –– หม้อไอน้ำ; 2 –– เครื่องทำความร้อนพิเศษ; 3 -- กังหันไอน้ำ; 4 –– เครื่องกำเนิดไฟฟ้า; 5 –– คูลเลอร์คอนเดนเซอร์; 6 - ปั๊ม; 7 – เครื่องกำเนิดใหม่; α คือเศษส่วนของการสกัดด้วยไอน้ำ

ปริมาณไอน้ำที่สกัดได้จากสมการสมดุลความร้อนสำหรับเครื่องกำเนิดใหม่

เอนทาลปีของคอนเดนเสทอยู่ที่ความดันไอ จำกัด อยู่ที่ไหน R 2; คือ เอนทาลปีของไอน้ำที่นำมาจากกังหัน คือ เอนทาลปีของคอนเดนเสทที่แรงดันไอน้ำ

การทำงานที่มีประโยชน์ของไอน้ำ 1 กิโลกรัมในกังหันจะถูกกำหนดโดยสูตร:

ปริมาณความร้อนที่ใช้กับไอน้ำ 1 กก. คือ

ประสิทธิภาพเชิงความร้อน ในวงจรการเกิดใหม่จะพบ

.

การศึกษาโดยละเอียดของวัฏจักรการเกิดใหม่แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนของมัน มากกว่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนเสมอ รอบ Rankine ที่มีพารามิเตอร์เริ่มต้นและสุดท้ายเหมือนกัน เพิ่มประสิทธิภาพ เมื่อใช้การฟื้นฟูคือ 10–15% และเพิ่มขึ้นตามปริมาณไอน้ำที่เพิ่มขึ้น

7. การประยุกต์ใช้วงจรความร้อน. วัฏจักรการทำความร้อนใช้ความร้อนที่ไอน้ำปล่อยออกมาสู่น้ำหล่อเย็น ซึ่งมักใช้ใน ระบบทำความร้อนในระบบจ่ายน้ำร้อนและเพื่อวัตถุประสงค์อื่น ในกรณีนี้ ความร้อน q 1 ที่จ่ายให้กับของไหลทำงานสามารถกระจายไปยังองศาต่างๆ เพื่อให้ได้งานด้านเทคนิคและการจ่ายความร้อน ในวงจรการให้ความร้อน (รูปที่ 17) มีการใช้ไฟฟ้าบางส่วนเนื่องจากความร้อนส่วนหนึ่งของไอน้ำที่นำมาจากกังหันถูกบริโภคโดยผู้บริโภค

ข้าว. 17. โครงการโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำที่ทำงานบน

รอบความร้อน:

1 –– หม้อไอน้ำ; 2 –– เครื่องทำความร้อนพิเศษ; 3 -- กังหันไอน้ำ; 4 –– เครื่องกำเนิดไฟฟ้า; 5 –– คูลเลอร์คอนเดนเซอร์; 6 - ปั๊ม; 7 – ผู้บริโภคความร้อน

ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากของไหลทำงานส่วนหนึ่งจะถูกแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ของใบพัดกังหัน และบางส่วนใช้ไปเพื่อวัตถุประสงค์ในการจ่ายความร้อนให้กับผู้บริโภค เนื่องจากงานทั้งสองมีประโยชน์ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจึงสูญเสียความหมายไป

ประสิทธิภาพ วงจรความร้อนจะถูกกำหนด

.

เนื่องจากผลิตภัณฑ์สองประเภทถูกผลิตขึ้นในวงจรการทำความร้อน (ไฟฟ้าและความร้อน) จึงจำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่างประสิทธิภาพภายในสำหรับการสร้างความร้อนและประสิทธิภาพเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักสำหรับการผลิตไฟฟ้าและความร้อน แต่ละคน เท่ากับหนึ่งเนื่องจากไม่มีการสูญเสียภายในวัฏจักร

ในความเป็นจริงประสิทธิภาพ วงจรความร้อนไม่สามารถเท่ากับหนึ่งได้ เนื่องจากมีการสูญเสียทางกลในกังหันและการสูญเสียไฮดรอลิกในระบบจ่ายความร้อนอยู่เสมอ

สมดุลพลังงานของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำที่มีกังหันแสดงในรูปที่ 519 เขาเป็นแบบอย่าง ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าไอน้ำอาจสูงขึ้นอีก (มากถึง 27%) การสูญเสียพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน การสูญเสียส่วนหนึ่งเกิดจากความไม่สมบูรณ์ของการออกแบบและสามารถลดลงได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนอุณหภูมิในหม้อไอน้ำและในคอนเดนเซอร์ ตัวอย่างเช่น การจัดฉนวนกันความร้อนในหม้อไอน้ำให้เหมาะสมยิ่งขึ้น สามารถลดการสูญเสียความร้อนในห้องหม้อไอน้ำได้ ประการที่สองอย่างมีนัยสำคัญ ส่วนใหญ่- การสูญเสียความร้อนที่ถ่ายเทไปยังน้ำเย็น คอนเดนเซอร์เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้อย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิที่กำหนดในหม้อไอน้ำและในคอนเดนเซอร์ เราได้ชี้ให้เห็นแล้ว (§ 314) ว่าเงื่อนไขสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนไม่ได้เป็นเพียงการรับความร้อนจำนวนหนึ่งจากเครื่องทำความร้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการถ่ายเทความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็นด้วย

ประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่กว้างขวางในการสร้างเครื่องยนต์ความร้อนและความลึก การศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับสภาพการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน พบว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างฮีทเตอร์และตู้เย็น ยิ่งความแตกต่างนี้มากเท่าใด ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าไอน้ำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (แน่นอนว่าต้องขจัดความไม่สมบูรณ์ของการออกแบบทางเทคนิคทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น) แต่ถ้าความแตกต่างนี้เล็กน้อยแม้แต่เครื่องที่สมบูรณ์แบบที่สุดทางเทคนิคก็ไม่สามารถให้ประสิทธิภาพที่สำคัญได้การคำนวณตามทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าถ้าอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกของเครื่องทำความร้อนมีค่าและตู้เย็นประสิทธิภาพจะไม่เกิน

ข้าว. 519. สมดุลพลังงานโดยประมาณของโรงไฟฟ้าไอน้ำที่มีกังหัน

ตัวอย่างเช่น ในเครื่องยนต์ไอน้ำ ไอน้ำที่มีอุณหภูมิ 100 (หรือ 373 ) ในหม้อไอน้ำ และ 25 (หรือ 298 ) ในตู้เย็น ประสิทธิภาพจะไม่มากไปกว่านี้ นั่นคือ 20% (ในทางปฏิบัติเนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์ประสิทธิภาพของการติดตั้งจะลดลงมาก) ดังนั้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นในหม้อไอน้ำ และด้วยเหตุนี้ ต้องใช้แรงดันไอน้ำที่สูงขึ้น ซึ่งแตกต่างจากสถานีก่อนหน้าที่ทำงานที่แรงดัน 12-15 atm (ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิไอน้ำ 200) โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำสมัยใหม่เริ่มติดตั้งหม้อไอน้ำ 130 atm ขึ้นไป (อุณหภูมิประมาณ 500)

แทนที่จะเพิ่มอุณหภูมิในหม้อไอน้ำ ก็สามารถลดอุณหภูมิในคอนเดนเซอร์ได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้กลับกลายเป็นว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย อย่างมาก ความกดดันต่ำความหนาแน่นของไอต่ำมากและ จำนวนมากไอน้ำผ่านไปในหนึ่งวินาทีโดยกังหันอันทรงพลัง ปริมาตรของกังหันและคอนเดนเซอร์ด้วยจะต้องมีขนาดใหญ่มาก

นอกเหนือจากการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ให้ความร้อนแล้ว เราสามารถไปตามเส้นทางของการใช้ "ของเสียจากความร้อน" นั่นคือความร้อนที่ถูกกำจัดด้วยน้ำที่ทำให้คอนเดนเซอร์เย็นลง

ข้าว. 520. สมดุลพลังงานโดยประมาณของCHP

แทนที่จะระบายน้ำร้อนจากคอนเดนเซอร์ลงในแม่น้ำหรือทะเลสาบ คุณสามารถส่งผ่านท่อทำน้ำร้อนหรือใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมในอุตสาหกรรมเคมีหรือสิ่งทอ นอกจากนี้ยังสามารถขยายไอน้ำในกังหันได้จนถึงแรงดัน 5-6 atm เท่านั้น ในขณะเดียวกันก็ออกมาจากกังหันเป็นอย่างมาก ไอร้อนซึ่งสามารถให้บริการเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมหลายประการ

สถานีที่ใช้ความร้อนเหลือทิ้งให้ผู้บริโภคไม่เพียงเท่านั้น พลังงานไฟฟ้ารับผ่าน งานเครื่องกลแต่ยังอบอุ่น เรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม (CHP) สมดุลพลังงานโดยประมาณของ CHPP แสดงในรูปที่ 520.