Energetski bilans parne elektrane sa turbinom prikazan je na sl. 519. On je uzoran; Efikasnost parne elektrane mo?e biti i ve?a (do 27%). Gubici energije koji nastaju tokom rada termoelektrane mogu se podijeliti na dva dijela. Dio gubitaka je zbog nesavr?enosti dizajna i mo?e se smanjiti bez promjene temperature u kotlu i kondenzatoru. Na primjer, ure?enjem savr?enije toplinske izolacije kotla mogu?e je smanjiti gubitke topline u kotlarnici. Drugi, mnogo ve?i dio - gubitak topline prenesene na vodu koja hladi kondenzator, pokazuje se potpuno neizbje?nim pri datim temperaturama u kotlu i u kondenzatoru. Ve? smo istakli (§ 314) da uslov za rad toplotnog motora nije samo primanje odre?ene koli?ine toplote od greja?a, ve? i prenos dela te toplote u fri?ider.

Veliko nau?no i tehni?ko iskustvo u projektovanju toplotnih motora i duboke teorijske studije o uslovima rada toplotnih motora su utvrdile da efikasnost toplotnog motora zavisi od temperaturne razlike izme?u greja?a i fri?idera. ?to je ova razlika ve?a, to je ve?a efikasnost parne elektrane (naravno, pod uslovom da se otklone sve gore navedene tehni?ke nesavr?enosti dizajna). Ali ako je ta razlika mala, onda ni tehni?ki najsavr?enija ma?ina ne mo?e dati zna?ajnu efikasnost.Teorijski prora?un pokazuje da ako je termodinami?ka temperatura grija?a , a hladnjaka , tada efikasnost ne mo?e biti ve?a od

Rice. 519. Okvirni energetski bilans termoelektrane sa turbinom

Tako, na primjer, u parnoj ma?ini, para koja ima temperaturu od 100 (ili 373°) u kotlu, a 25 (ili 298°) u fri?ideru, efikasnost ne mo?e biti ve?a , odnosno 20% (prakti?no, zbog nesavr?enosti ure?aja, efikasnost takve instalacije bit ?e znatno ni?a). Dakle, da bi se pobolj?ala efikasnost toplotnih motora, potrebno je i?i na vi?e temperature u kotlu, a samim tim i na ve?e pritiske pare. Za razliku od prethodnih stanica koje su radile pri pritisku od 12-15 atm (?to odgovara temperaturi pare od 200), moderne parne elektrane po?ele su ugra?ivati kotlove od 130 atm ili vi?e (temperatura oko 500).

Umjesto pove?anja temperature u kotlu, bilo bi mogu?e sniziti temperaturu u kondenzatoru. Me?utim, pokazalo se da je to prakti?no nemogu?e. Pri vrlo niskim pritiscima, gustina pare je vrlo mala, a sa velikom koli?inom pare koju u jednoj sekundi pro?e mo?na turbina, zapremina turbine i kondenzatora sa njom bi morala biti nedovoljno velika.

Pored pove?anja efikasnosti toplotnog motora, mo?e se krenuti putem kori??enja "termalnog otpada", odnosno toplote koju odvodi voda koja hladi kondenzator.

Rice. 520. Okvirni energetski bilans CHP

Umjesto da vodu zagrijanu kondenzatorom odvodite u rijeku ili jezero, mo?ete je poslati kroz cijevi za grijanje tople vode ili je koristiti u industrijske svrhe u hemijskoj ili tekstilnoj industriji. Tako?er je mogu?e pro?iriti paru u turbinama samo do tlaka od 5-6 atm. Istovremeno, iz turbine izlazi vrlo vru?a para, koja mo?e poslu?iti za brojne industrijske svrhe.

Stanica koja koristi toplinski otpad opskrbljuje potro?a?e ne samo elektri?nom energijom dobivenom mehani?kim radom, ve? i toplinom. Zove se kombinovana termoelektrana (CHP). Pribli?an energetski bilans CHPP prikazan je na sl. 520.

Tehni?ka termodinamika

1. Kombinovana proizvodnja toplotne i elektri?ne energije je sistematski na?in za pobolj?anje efikasnosti instalacija za proizvodnju elektri?ne energije. Najjednostavnije sheme parnih turbinskih kombinovanih termoelektrana. Energetske karakteristike CHP.

2. Kombinovana proizvodnja toplotne i elektri?ne energije je sistematski na?in za pobolj?anje efikasnosti instalacija za proizvodnju elektri?ne energije. Najjednostavnije sheme kombiniranih termoelektrana na plinskim motorima s unutarnjim sagorijevanjem. Energetske karakteristike CHP.

3. Parne elektrane (SPU): Me?upregrijavanje pare, razlozi upotrebe, ?eme, teoretski i stvarni ciklusi, efikasnost i snaga SPU.

4. Parne elektrane (SPU): ?eme regeneracije sa selekcijama, regenerativni ciklusi u Ts-, hs-dijagramima. efikasnost regenerativnih ciklusa. Kori?tenje topline pregrijavanja parnih ekstrakcija i topline prehla?enja kondenzata u regenerativnim grija?ima.

5. Termodinamika strujanja: karakteristi?ne brzine i parametri adijabatskog strujanja Brzina zvuka, Laplaceova jedna?ina. Maksimalne i kriti?ne brzine, osnovni bezdimenzionalni brojevi. Uslovi za prelaz brzine strujanja kroz brzinu zvuka. Princip preokretanja spolja?njih uticaja.

6. Termodinamika strujanja: Stati?ki parametri i parametri ko?enja. Odnos izme?u stati?kih parametara i parametara ko?enja.

7. Termodinamika strujanja: otjecanje plinova i para iz mlaznica.

8. Osnovni procesi sa stvarnim gasovima na primjeru vodene pare i njihov prora?un pomo?u tabela i dijagrama: izobari?ni proces (kondenzator, hladnjak kondenzata, hladnjak pregrijavanja).

9. Osnovni procesi sa stvarnim gasovima na primjeru vodene pare i njihov prora?un pomo?u tabela i dijagrama: izobari?ni proces (ispariva?, pregrija?, ekonomajzer).

10. Osnovni procesi sa stvarnim gasovima na primeru vodene pare i njihov prora?un pomo?u tabela i dijagrama: adijabatski proces (turbina i ekspander, pumpa, ventilator).

11. Vla?an vazduh: osnovni pojmovi i karakteristike vla?nog vazduha. Izra?unate zavisnosti za gasnu konstantu, prividnu molarnu masu, gustinu, toplotni kapacitet, entalpiju vla?nog vazduha.

12. Vla?an vazduh. HD dijagram vla?nog zraka. Osnovni procesi vla?nog vazduha.

13. Prave supstance. Kriti?na situacija. Fazni dijagrami stanja: pv-, Ts-, hs-. Termodinami?ka svojstva vode. Termodinami?ke tablice, dijagrami i jedna?ine stanja vode.

14. Uslovi za ravnote?u i stabilnost termodinami?kih sistema: op?ti uslovi za stabilnu ravnote?u jednofaznog sistema. Ravnote?a dvofaznog sistema sa ravnim i zakrivljenim interfejsom.

15. Uslovi za ravnote?u i stabilnost termodinami?kih sistema: ravnote?a trofaznog sistema. Gibbsovo fazno pravilo. Fazni prijelazi 1. vrste. Clapeyron-Clausiusova jednad?ba. Dijagram faznog stanja.

16. Fazni dijagram stanja RT. Dijagrami faznih stanja: pv-, Ts-, hs-

17. GTU. Op?e informacije. Idealizirani ciklus najjednostavnijeg GTP-a sa izobari?nim dovodom topline.

18. GTU. Op?e informacije. Idealizirani ciklus najjednostavnijeg GTP-a sa izohori?nim dovodom topline.

19. GTU. Op?e informacije. Ciklus najjednostavnije plinske turbine sa izobari?nim dovodom topline i nepovratnim procesima kompresije i ekspanzije radnog fluida.

20. GTU. Op?e informacije. Regeneracija u GTU.

21. Motori sa gasovitim radnim fluidom. Op?e informacije. Klipni motori sa unutra?njim sagorevanjem i njihovi mehani?ki ciklusi. Idealni Otto ciklus: (po?etni podaci, prora?un karakteristi?nih ta?aka, ulazna, izlazna toplota ciklusa, rad ciklusa, toplotna efikasnost, prosje?ni indikovani pritisak).

22. Motori sa gasovitim radnim fluidom. Op?e informacije. Klipni motori sa unutra?njim sagorevanjem i njihovi mehani?ki ciklusi. Idealni dizel ciklus: (po?etni podaci, prora?un karakteristi?nih ta?aka, ulazna, izlazna toplota ciklusa, rad ciklusa, termi?ka efikasnost, prosje?ni indikatorski pritisak).

23. Motori sa gasovitim radnim fluidom. Op?e informacije. Idealan Trinkler ciklus: (po?etni podaci, prora?un karakteristi?nih ta?aka, ulazna, izlazna toplota ciklusa, rad ciklusa, toplotna efikasnost, prosje?ni indikovani pritisak).

24. Kompresor. Op?e informacije. Indikatorski dijagram pravog kompresora. Idealan jednostepeni kompresor. Rad kompresora, uticaj prirode procesa na rad kompresora.

25. Kompresor. Op?e informacije. Nepovratna kompresija u kompresoru, adijabatska i izotermna efikasnost kompresora. Utjecaj ?tetnog prostora na rad kompresora. Volumetrijska efikasnost kompresora.

26. Kompresor. Op?e informacije. Vi?estepeni kompresor. Razlozi upotrebe, shema, dijagrami procesa, raspodjela tlaka po stupnjevima kompresije, odvod topline u me?uizmjenjiva?ima topline.

27. Termodinami?ki procesi idealnog gasa. Metodologija za prou?avanje glavnih procesa. Grupe procesa u pv- i Ts-dijagramima. Prosje?na integralna temperatura dovoda procesne topline.

28. Termodinamika idealnog gasa. Smjese idealnih plinova. Op?e odredbe. Daltonov zakon. Metode postavljanja smjese. Gasna konstanta, prividna molarna masa, gustina, toplotni kapacitet, unutra?nja energija, entalpija, entropija gasne me?avine. Entropija mije?anja.

29. Prvi zakon termodinamike. Vrste energije. Toplota i rad su oblici prijenosa energije. Energetski i toplotni bilansi tehni?kog sistema. Apsolutne i relativne karakteristike tehni?kog sistema zasnovanog na jednad?bi ravnote?e 1. zakona.

30. Drugi zakon termodinamike. Formulacije i njihov me?usobni odnos. Zna?enje koncepta reverzibilnosti. Eksterna i unutra?nja ireverzibilnost. Entropija. Promjena entropije u reverzibilnim i ireverzibilnim procesima. Analiti?ki izraz 2. zakona termodinamike. Jedinstvena jedna?ina (identitet) termodinamike za zatvorene sisteme

Kombinovana proizvodnja toplotne i elektri?ne energije je sistematski na?in pove?anja efikasnosti instalacija za proizvodnju elektri?ne energije. Najjednostavnije sheme parnih turbinskih kombinovanih termoelektrana. Energetske karakteristike CHP.

Kombinovana proizvodnja toplotne i elektri?ne energije naziva se daljinsko grejanje. Ako se uzme u obzir da je kori?tenje toplotne snage TE u velikoj mjeri odlo?eno u vremenu, onda postaje jasna ra?irenost kori?tenja velikih regionalnih kotlarnica posljednjih godina.

Za kombinovanu proizvodnju toplotne i elektri?ne energije projektovane su CHP elektrane koje se grade u velikim gradovima ili industrijskim zonama.

U kombinovanoj proizvodnji toplotne i elektri?ne energije, koja je glavna karakteristika daljinskog grejanja, koristi se toplota koja se osloba?a u greja?ima prilikom kondenzacije pare, koja prvo prolazi kroz turbinu. Ova toplota u kondenzacionim elektranama, kao ?to je ve? pomenuto, gubi se sa rashladnom vodom.

U kombinovanoj proizvodnji toplote i elektri?ne energije, para se ispu?ta potro?a?u iz (Srednja selekcija. Od 1 kg sve?e pare potro?a? dobija toplotu u koli?ini (/ - fk shd) kcal/kg, gde je / k toplotni sadr?aj pare na izlazu iz kotlova niskog pritiska, i/kondenzat - kondenzat koji se vra?a od potro?a?a; od 1 kg pare iz turbinske ekstrakcije potro?a? dobija (/ispuh - /c.

Kombinovana proizvodnja toplotne i elektri?ne energije ima zna?ajne prednosti. U onim slu?ajevima kada uz elektri?ne potro?a?e postoje i potro?a?i toplinske energije (za grijanje, u tehnolo?ke svrhe), mogu?e je koristiti toplinu ispu?ne pare parne turbine. Ali u isto vrijeme, tlak ispu?ne pare, ili, kako se obi?no naziva, protutlak, u potpunosti je odre?en parametrima pare potrebnim za potro?a?e topline. Tako, na primjer, kada se koristi para za ?eki?e i prese, njen potreban tlak je 10 - 12 atm, u nizu tehnolo?kih procesa para se koristi pod pritiskom od 5 - 6 atm. Za potrebe grijanja, kada je potrebno zagrijavanje vode do 90 - 100 C, mo?e se koristiti para pod pritiskom od 1 1 - 1 2 atm.

a-industrijska CHP;
b- HE za grijanje;
1 - bojler (generator pare);
2 - gorivo;
3 - parna turbina;
4 - elektri?ni generator;
5 - kondenzator izduvne pare turbine;
6 - pumpa za kondenzat;
7- regenerativni grija?;
8 - pumpa za napajanje parnog kotla;
7-kolektorski rezervoar za kondenzat ( bolje je tamo staviti odzra?iva?)
9 - potro?a? toplote;
10 - mre?ni bojler;
11-mre?na pumpa;
12-kondenzatna pumpa mre?nog grija?a

Uobi?ajeno je da se karakteri?e efikasnost rada CHP faktor iskori??enja toplote:

Koli?ina elektri?ne, odnosno toplotne energije koja se daje potro?a?u u jedinici vremena

B - potro?nja goriva za isto vrijeme

Ni?a kalorijska vrijednost goriva

2 Kombinovana proizvodnja toplote i elektri?ne energije je sistematski na?in pove?anja efikasnosti instalacija za proizvodnju elektri?ne energije. Najjednostavnije sheme kombiniranih termoelektrana na plinskim motorima s unutarnjim sagorijevanjem. Energetske karakteristike CHP.

1. dio u pitanju #1 ( Kombinovana proizvodnja toplote i elektri?ne energije je sistematski na?in pove?anja efikasnosti instalacija za proizvodnju energije.)

Kombinovana proizvodnja toplotne i elektri?ne energije je zajedni?ka (kombinovana) integrisana proizvodnja 2 proizvoda: toplotne i elektri?ne energije. ?ematski dijagram najjednostavnije CHP bazirane na plinskoj turbini (CCP) prikazan je na slici:

Opis tehnologije:

Najjednostavnije gasnoturbinsko postrojenje (GTP) sastoji se od komore za sagorevanje (1), gasne turbine (2) i vazdu?nog kompresora (3). Plinska turbina se ovdje koristi za pogon sinhronog generatora (4) i kompresora. Princip rada CCGT-a je jednostavan: vazduh komprimovan kompresorom se ubrizgava u komoru za sagorevanje, u koju se tako?e dovodi gasovito ili te?no gorivo. Nastali proizvodi sagorevanja ?alju se u turbinu, za koju su radni fluid. Ispu?ni plinovi iz turbine ovdje se ne emituju u atmosferu kao kod jednostavnog GTP-a, ve? ulaze u kotao na otpadnu toplinu (8), gdje se njihova toplina koristi za proizvodnju pare i osigurava termodinami?ki ciklus na uobi?ajen na?in. Para ide u parnu turbinu (5), odakle ide do potro?a?a.

U ovoj shemi, kombinovana turbina za toplinu i energiju koristi se za proizvodnju rada i topline. 2 ekstrakcija pare iz parne turbine. 11 je kondenzator.

Efikasnost rada CHP karakteri?e faktor iskori??enja toplote:

Odnos koli?ine rada i toplote date potro?a?u i toplote koja se osloba?a tokom sagorevanja goriva

Qnr - ni?a kalorijska vrijednost;

B je toplota sagorevanja;

Mi i Qtp - koli?ina elektri?ne (svaki generator ima svoju) i toplotne energije date potro?a?u

PSU: ?ema proizvodnje sa selekcijama, regenerativni ciklusi u T-s i sh-s dijagramima, regenerisana efikasnost. ciklusi, upotreba toplina pregrijavanja ekstrakcijskih para i toplina pothla?ivanja kondenzata u regenerativnim grija?ima.

Parna elektrana (SPU) je toplinski stroj u kojem radni fluid prolazi kroz fazne transformacije. PSU se ?iroko koriste u termoelektranama (TE) za proizvodnju elektri?ne energije. PSU se tako?er koriste u vodnom i ?eljezni?kom transportu. Kao transportni motor, PSU je neosjetljiv na preoptere?enja, ekonomi?an u bilo kojem na?inu rada. Odlikuje ga jednostavnost i pouzdanost dizajna, manje zaga?enje ?ivotne sredine u odnosu na motor sa unutra?njim sagorevanjem. U odre?enoj fazi razvoja tehnologije, kada pitanje zaga?enja okoli?a nije bilo toliko akutno, a lo?i?te s otvorenim plamenom izgledalo opasno, plinski motori zamijenili su PSU u transportu. Trenutno se parni stroj smatra perspektivnim i ekonomski i ekolo?ki.

U PSU se i klipni cilindar i parna turbina mogu koristiti kao jedinica koja uklanja koristan rad iz radnog fluida. Budu?i da su turbine sada sve vi?e u upotrebi, u budu?nosti ?emo razmatrati samo instalacije parnih turbina. Kao radni fluid PSU-a mogu se koristiti razne supstance, ali glavni radni fluid je (i ostat ?e u doglednoj budu?nosti) voda. To je zbog mnogih faktora, uklju?uju?i termodinami?ka svojstva. Stoga ?emo u budu?nosti PSU s vodom smatrati radnim fluidom. ?ematski dijagram najjednostavnije PSU prikazan je na slici

U parnom kotlu 1 voda se pretvara u pregrijanu paru sa parametrima p 1 , t 1 , i 1 , koji kroz parni cjevovod ulazi u turbinu 2, gdje se adijabatski ?iri do pritiska p2 sa izvo?enjem tehni?kog rada kojim se rotor elektrogeneratora 3 postavlja u rotaciju. Zatim para ulazi u kondenzator 4 koji je cijevni izmjenjiva? topline. Unutra?nja povr?ina cijevi kondenzatora se hladi cirkuliraju?om vodom.

U kondenzatoru se uz pomo? rashladne vode pari oduzima toplota isparavanja i para prolazi pod konstantnim pritiskom p 2 i temperaturu t2 u te?nost, koja se uz pomo? pumpe 5 dovodi u parni kotao 1. U budu?nosti se ciklus ponavlja.

Karakteristi?ne karakteristike PSU-a su:

Prisutnost faznih transformacija u kotlu i kondenzatoru;

Proizvodi sagorevanja goriva nisu direktno uklju?eni u

ciklusa, ali su samo izvor toplote q1, koja se prenosi kroz

zid do radnog tijela;

Ciklus je zatvoren i toplota q2 se prenosi u okolinu kroz povr?inu razmene toplote;

Sva toplina se uklanja na minimalnoj temperaturi ciklusa, koja se ne mijenja zbog izobarnog faznog prijelaza;

U PSU, mo?emo su?tinski implementirati Carnot ciklus.

1.2. Pobolj?anje toplotne efikasnosti termoelektrana zasnovano na upotrebi regenerativnog ciklusa

Uprkos ?injenici da je trenutno masovni razvoj visokih i ultravisokih parametara pare ( = 23...30 MPa;
= 570...600°C) i duboki vakuum u kondenzatoru (97%, ili p 2 = 0,003 MPa), termi?ka efikasnost Rankineovog ciklusa ne prelazi 50%. U stvarnim instalacijama udio korisno iskori?tene topline je jo? manji zbog gubitaka povezanih s unutra?njom nepovratno??u procesa. S tim u vezi, predlo?ene su i druge metode za pobolj?anje termi?ke efikasnosti parnih elektrana. Konkretno, kori?tenje predgrijavanja napojne vode zbog ispu?ne pare (regenerativni ciklus). Razmotrite ovaj ciklus.

Posebnost ovog ciklusa je u tome ?to se kondenzat, koji ima temperaturu od 28 ... 30 ° C nakon kondenzatora, prije ulaska u kotao, zagrijava u posebnim izmjenjiva?ima topline P1-PZ (slika 8, a) sa uzetom parom iz me?ustepena turbine. Izvo?enjem postupnog zagrijavanja vode uslijed postupnog izdvajanja topline pare u procesu njenog ?irenja, mogu?e je implementirati ideju regenerativnog Carnotovog ciklusa, kao ?to je prikazano na sl. 8b za dio ciklusa u podru?ju zasi?ene pare.

Rice. 8. ?ema p.s. y. (a) i slika regenerativnog ciklusa (b)

Pove?anjem broja ekstrakcija do beskona?nosti (ekstremno regenerativni ciklus), mogu?e je proces ekspanzije pribli?iti ta?kastoj krivulji, koja ?e biti ekvidistantna krivulja procesa grijanja 4 – 4". Me?utim, tehni?ki je to nemogu?e realizovati, a kori?tenje pet do osam stupnjeva grijanja je prakti?no ekonomski opravdano. P.S.C. ciklus sa regeneracijom, striktno govore?i, ne mo?e se prikazati na T-s dijagramu, jer je izgra?en za konstantnu (1 kg) koli?inu supstance, dok je u ciklusu sa regeneracijom koli?ina pare razli?ita po du?ini turbine. Stoga, ciklus prikazan na sl. 8b je donekle proizvoljno. Kada se para povla?i za zagrijavanje kondenzata, s jedne strane, smanjuje se potro?nja topline za proizvodnju pare, ali s druge strane, istovremeno se smanjuje i rad pare u turbini. Uprkos suprotnoj prirodi ovih uticaja, selekcija se uvek pove?ava. Ovo se obja?njava ?injenicom da kada se napojna voda zagreva usled toplote kondenzacije ekstrahovane pare, dovod toplote iz spolja?njeg izvora se elimini?e u sekciji 4–4", a time i prose?na temperatura dovoda toplote iz eksterni izvor u regenerativnom ciklusu se pove?ava (spoljno snabdevanje toplotom q 1 vr?i se samo u podru?ju 4"- 5-6-7).

Osim toga, regenerativno zagrijavanje napojne vode smanjuje ireverzibilnost u procesu prijenosa topline iz plinova u vodu u prostoru. 4" – 5, kako se temperaturna razlika izme?u plinova i prethodno zagrijane vode smanjuje.

Zadaci povezani s provedbom regenerativnog ciklusa mogu se jednostavno rije?iti pomo?u dijagrama. Da biste to u?inili, razmotrite krug i regenerativni ciklus PS-a. sa jednim izborom (slika 9). Presek ekspanzione adijabate 1 – 2 (slika 9b) sa izobarom ekstrakcije daje ta?ku 0, koja karakteri?e stanje pare u ekstrakciji.

Rice. 9. ?ema p.s. y. sa jednom regenerativnom ekstrakcijom pare

(a) i slika procesa i - s-dijagram (b)

Od sl. 9, o?ito je da se od 1 kg pare koja ulazi u turbinu, kg pare ?iri samo do selekcijskog tlaka, proizvode?i koristan rad, i () kg?iri u turbini do kona?nog pritiska. Koristan rad ovog parnog toka. Ukupan rad 1 kg pare u regenerativnom ciklusu:

Koli?ina topline koja se tro?i da se dobije 1 kg pare: (10)

Toplotna efikasnost regenerativnog ciklusa: . (jedanaest)

Procesi u regenerativnim grija?ima smatraju se izobarskim, a pretpostavlja se da voda napu?ta grija? u stanju zasi?enja pri tlaku pare u odgovaraju?oj ekstrakciji (itd.).

Koli?ina izvu?ene pare odre?uje se iz jednad?be toplotnog bilansa za grija? za mije?anje:

odakle: , (13)

gdje je entalpija teku?ine pri ekstrakcijskom tlaku; je entalpija pare uzete iz turbine; je entalpija kondenzata koji izlazi iz kondenzatora. Sli?no, mogu?e je odrediti brzinu protoka pare na mjestima bilo koje selekcije.

Upotreba regenerativnog grijanja napojne vode pove?ava toplinsku efikasnost s.c. ciklusa. y. za 8...12%.

Svrha obavljanja samostalnog rada je savladavanje metodologije za prora?un regenerativnog ciklusa parnoturbinskog postrojenja i odre?ivanje glavnih termodinami?kih pokazatelja ciklusa koji se prou?ava, uklju?uju?i termi?ku efikasnost, uz procjenu gubitaka eksergije u glavnim elementima agregata. parna elektrana.

Termodinamika strujanja: karakteristi?ne brzine i parametri adijabatskog strujanja Brzina zvuka, Laplaceova jednad?ba. Maksimalne i kriti?ne brzine, osnovni bezdimenzionalni brojevi. Uslovi za prelaz brzine strujanja kroz brzinu zvuka. Princip preokretanja spolja?njih uticaja.

Koncept brzine zvuka je va?an u termodinamici protoka, budu?i da podzvu?ni i nadzvu?ni tokovi medija imaju kvalitativne razlike: svaki udar daje suprotne rezultate u podzvu?nim i nadzvu?nim strujanjima; svi parametri protoka u podzvu?nom strujanju se kontinuirano mijenjaju, u nadzvu?nom toku je mogu?e mijenjati parametre skokom, diskontinuitetom strujanja.

Brzina zvuka (a, m/s) je brzina prostiranja zvu?nih talasa. Talasi su perturbacije koje se ?ire u mediju neke fizi?ke veli?ine koja karakterizira stanje tog medija. Zvu?ni valovi nazivaju se slabe perturbacije koje se ?ire u elasti?nom mediju - mehani?ke vibracije s malim amplitudama.

Na primjer, u nekom trenutku, vanjsko tijelo, zvano izvor zvuka, uzrokuje slabe mehani?ke perturbacije. Rezultat je porast pritiska dp. Brzina ?irenja ovog praska je brzina zvuka, ozna?ena sa "a".

Proces ?irenja zvu?nog poreme?aja je adijabatski proces opisan Laplaceovom jedna?inom

Zadovoljava jednad?bu adijabatskog procesa idealnog gasa (7.19), koju predstavljamo u obliku

p/ p k = konst

Brzina zvuka stoga ovisi o prirodi medija (kR) i temperaturi medija.

Kako se temperatura medijuma u struji (10 5) menja sa promenom koordinate x, brzina zvuka se menja pri prelasku iz jednog preseka u drugi.S tim u vezi, potreba za konceptom lokalne brzine zvuka je razumljivo.

Lokalna brzina zvuka naziva se brzina ?irenja zvuka u datoj ta?ki toka.

Maksimalni i kriti?ni protok

Brzina protoka se mo?e odrediti iz jednad?be energije protoka

U slu?aju kada se po?etna brzina strujanja mo?e zanemariti (W| = 0), posljednja relacija ima oblik

U formulama (10.29), (10.30) entalpija se zamjenjuje samo u J/kg, tada ?e brzina imati dimenziju m/s. Ako je entalpija definirana kao kJ/kg, odnos (10.30) se mijenja u skladu s tim

Trenutna brzina dosti?e maksimalna vrijednost w MaKc u presjeku gdje entalpija strujanja dosti?e nulu h = 0, to se de?ava pri oticanju u ?upljinu (p = 0) i, prema odnosu parametara u procesu adijabatskog ?irenja (7.21), T = 0 Postizanje maksimalne brzine strujanjem odgovara transformaciji sve energije haoti?nog (toplinskog) kretanja molekula u energiju usmerenog, ure?enog kretanja.

Navedena analiza nam omogu?ava da utvrdimo da brzina protoka mo?e poprimiti vrijednosti unutar 0...Wmax

Iz jednad?be zamaha (10.12) slijedi odnos izme?u promjene tlaka i promjene brzine strujanja: ubrzanje strujanja (dw > 0) je pra?eno padom tlaka (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.

Grafikon pokazuje da postoji dio strujanja u kojem se njegova brzina po veli?ini poklapa s lokalnom brzinom zvuka. Naziva se kriti?nim odsjekom toka, jer odvaja podzvu?ni i nadzvu?ni dio toka, koji se kvalitativno razlikuju jedan od drugog. Kriti?ni parametri protoka - parametri u presjeku kanala, gdje je brzina protoka jednaka lokalnoj brzini zvuka.

Brzina protoka u ovom slu?aju naziva se kriti?na brzina protoka.

Kriti?ni odnos pritiska (P cr) je odnos kriti?ne vrednosti pritiska protoka gasa (p cr) i njegovog pritiska (p ()) u ulaznom delu kanala pri po?etnoj brzini jednakoj nuli

?cr = Pcr/Ro- (10,32)

U prora?unima i analizi protoka, prikladno je koristiti ne apsolutne vrijednosti brzine, ve? relativne karakteristike:

broj M - odnos brzine strujanja u datom odseku i lokalne brzine zvuka

M = w/a.; (10.33)

~ broj l je omjer brzine protoka u datom

popre?ni presjek do kriti?ne brzine protoka

l = w/acr; (10.34)

~ broj ? - omjer brzine strujanja u datom dijelu i brzine zvuka u stagniraju?em toku

broj A - omjer brzine protoka u datom dijelu i maksimalnog protoka: A \u003d w / wmax

Op?e informacije

Gotovo do 70-ih godina XX vijeka, jedini toplinski stroj koji se koristio u industriji bio je parni klipni stroj, koji je bio neefikasan i radio je na zasi?enu paru niskog pritiska. Prvi toplotni stroj koji neprekidno radi (parni stroj) razvio je I.I. Polzunov. Prvi auto je bio atmosferski. Kada je jedna od klipnih komora spojena na kotao, klip se podigao pod dejstvom pritiska pare, nakon ?ega se ventil za distribuciju pare okrenuo i odsekao klipnu ?upljinu od kotla. Voda je ubrizgana kroz cijev, para se kondenzirala, a ispod klipa je stvoren vakuum. Pod dejstvom atmosferskog pritiska, klip se spu?tao i obavljao koristan posao.

Do 1980-ih, ciklus rada motora sa unutra?njim sagorevanjem (Oto ciklus) je prakti?no savladan, ali, u su?tini, ovaj ciklus odra?ava principe mnogih drugih pronalaza?a, a posebno Beau-de-Roche princip.

Idealan ciklus takvog motora, nazvan ciklus motora sa unutra?njim sagorevanjem sa dovodom toplote u gas pri konstantnoj zapremini, uklju?uje adijabatsku kompresiju radnog gasa, izohorni dovod toplote u gas, adijabatsko ?irenje radnog fluida. , i izohorni prijenos topline preko radnog fluida.

Toplotni motor Nikolausa Augusta Otta nije dozvoljavao visoku kompresiju, pa je stoga njegova efikasnost bila niska. U nastojanju da stvori moderniji motor sa unutra?njim sagorevanjem visoke efikasnosti, nema?ki in?enjer R. Dizel je razvio druga?iji princip rada, koji se razlikovao od principa rada Otto motora.

Prvi poku?aj da se rije?i kompresora pripada na?em sunarodnjaku prof. G.V. Trinkler, koji je napravio motor bez kompresora 1904. Motor Trinkler nije bio uklju?en u masovnu proizvodnju, iako je napravljen u jednoj od njema?kih tvornica (postrojenje Kerting). Kod dizel motora bez kompresora izveden je novi tre?i radni ciklus. Idealni ciklus ovog motora, koji se naziva ciklus sa mje?ovitim dovodom topline, sastoji se od adijabatske kompresije zraka, izohornog, a zatim izobarnog unosa topline, adijabatskog ?irenja plinova i izohornog prijenosa topline.

Toplotni motori, u kojima su plinoviti produkti sagorijevanja istovremeno i radni fluid, nazivaju se motori s unutarnjim sagorijevanjem. Motori sa unutra?njim sagorevanjem izra?uju se u obliku klipnih motora, gasnih turbina 1 i mlaznih motora.

Toplotne ma?ine (parne ma?ine), kod kojih su proizvodi sagorevanja samo greja? (emiter toplote), a funkcije radnog fluida obavljaju te?na i parna faza, nazivaju se motori sa spoljnim sagorevanjem. Motori sa vanjskim sagorijevanjem - parne elektrane: parne ma?ine, parne turbine, nuklearne elektrane.

Savr?en Otto ciklus

Adijabatska i izotermna efikasnost

Zapravo, na rad kompresora uti?e ne samo uticaj ?tetne zapremine, ve? i trenje gasa, kao i promena pritiska gasa tokom usisavanja i uklanjanja iz cilindra.

Slika 1.85 prikazuje dijagram realnog indikatora. Na usisnom vodu, zbog neravnomjernog kretanja klipa, inercije opruge i ventila, tlak plina u cilindru fluktuira i manji je od po?etnog tlaka plina p1. Na liniji izbacivanja gasa iz cilindra, iz istih razloga, ispostavlja se da je pritisak gasa ve?i od kona?nog pritiska p2. Politropska kompresija ostvarena u rashladnim kompresorima uspore?uje se sa reverzibilnom izotermnom kompresijom koriste?i izotermnu efikasnost. iout = lout/lkp.

Adijabatska ireverzibilna kompresija ostvarena u nehla?enim kompresorima uspore?uje se s adijabatskom reverzibilnom kompresijom koriste?i adijabatsku efikasnost. iad = lad/lka.

Za razli?ite kompresore, vrijednost izotermne efikasnosti varira unutar iiz = 0,6?0,76; vrijednost adijabatske efikasnosti - iad = 0,75?0,85.

Entropija mije?anja.

?s cm = – R cm ? r i ln r i - entropija mije?anja za mje?avinu 2 plina.

?to je ve?i, to je proces mije?anja nepovratniji.

Zavisi od sastava smjese, ne ovisi o temperaturi i pritisku.

?s cm / R cm zavisi od kvantitativnih proporcija komponenti sme?e i ne zavisi od njihove prirode.

Prvi zakon termodinamike. Vrste energije. Toplota i rad su oblici prijenosa energije. Energetski i toplotni bilansi tehni?kog sistema. Apsolutne i relativne karakteristike tehni?kog sistema zasnovanog na jednad?bi ravnote?e 1. zakona.

Prvi zakon termodinamike- zakon odr?anja i transformacije energije za termodinami?ke sisteme i procese

Analiti?ki, ovo se mo?e napisati W = const, ili

W 1 - W 2 \u003d 0,

gde je W 1 , W 2 - respektivno, u po?etnom i kona?nom stanju, energija razmatranog izolovanog TS.

Iz prethodnog, formulacija prvog zakona termodinamike slijedi: uni?tenje i stvaranje energije su nemogu?i.

Za zatvoreni, adijabatski TS, promjena energije sistema odre?ena je koli?inom rada L, koji on izmjenjuje sa okolinom u odre?enom termodinami?kom procesu promjene stanja

? 1 - ? 2 \u003d L.

Za zatvoreno vozilo, koje energiju sa okolinom mo?e razmjenjivati samo u obliku topline Q, mo?e se odrediti promjena energije tokom odre?enog termodinami?kog procesa.

W 1 - W 2 \u003d - Q.

Za zatvoreni TS koji menja svoje stanje u procesu 1 - 2, u op?tem slu?aju postoji relacija

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

Toplota i rad su jedini mogu?i oblici prijenosa energije s jednog tijela na drugo - jo? jedna formulacija prvog zakona termodinamike za zatvorena vozila.

Ako zatvoreni TS izvodi kru?ni termodinami?ki proces, tada nakon njegovog zavr?etka svi parametri sistema poprimaju po?etnu vrijednost, ?to omogu?ava da se posljednja jednakost zapi?e u obliku

Iz ovoga slijedi najpopularnija formulacija prvog zakona termodinamike: perpetualni motor prve vrste je nemogu?.

Vrste energije: unutra?nji (U), hemijski, nuklearni, kineti?ki. U nekim slu?ajevima je zgodno podijeliti energiju prema predznaku kvantitativne transformacije jedne vrste energije u druge. Energija, koja se u potpunosti mo?e transformirati iz jednog oblika u bilo koji drugi, pripada tzv. prvoj vrsti. Ako je iz ovog ili onog razloga transformacija u bilo koju drugu vrstu energije potpuno nemogu?a, to se odnosi na tzv. drugu vrstu.

Energija TS u op?tem slu?aju mo?e se odrediti

W = W znoj + W kin + U

Jedinica za energiju u SI sistemu fizi?kih jedinica je 1 J (Joule). Kada se koriste drugi sistemi, potrebno je baratati drugim jedinicama mjerenja energije: kalorija, erg, kilogram, itd.

Drugi zakon termodinamike. Formulacije i njihov me?usobni odnos. Zna?enje koncepta reverzibilnosti. Eksterna i unutra?nja ireverzibilnost. Entropija. Promjena entropije u reverzibilnim i ireverzibilnim procesima. Analiti?ki izraz 2. zakona termodinamike. Jedinstvena jedna?ina (identitet) termodinamike za zatvorene sisteme

Drugi zakon termodinamike.

Drugi zakon, kao i prvi, je generalizirani eksperimentalni podatak i nije dokazan ni na koji na?in. Odnosi se na sistem u stanju ravnote?e, na proces prelaska sistema iz jednog stanja ravnote?e u drugo. On razmatra pravac toka prirodnih procesa, ka?e da razli?ite vrste energije nisu ekvivalentne.

Svi procesi u prirodi odvijaju se u pravcu nestanka pokreta?ke sile (temperaturni gradijent, pritisak, koncentracija). Na osnovu ?injenica i jedan od tekstova zakona: toplota se ne mo?e preneti sa manjeg na toplije telo. Zaklju?ak iz 2. zakona: utvr?uje nejednaku vrijednost topline i rada, a ako se pri pretvaranju rada u toplinu mo?ete ograni?iti na promjenu stanja jednog hladnjaka, onda je pri pretvaranju topline u rad neophodna kompenzacija.

Ostalo tekst zakona: Perpetuum mobile 2. vrste je nemogu?, odnosno nemogu?e je napraviti ma?inu ?iji ?e jedini rezultat funkcionisanja biti hla?enje termalnog rezervoara.

Koncept reverzibilnosti.

Koncept reverzibilnosti je centralni:

1) to je vododelnica izme?u fenomenolo?ke termodinamike i stati?ke fizike;

2) koncept reverzibilnosti vam omogu?ava da dobijete polaznu ta?ku za procjenu termodinami?kog savr?enstva procesa.

Reverzibilni proces je termodinami?ki proces nakon kojeg se sistem i sistemi (OS) koji su u interakciji s njim mogu vratiti u svoje po?etno stanje bez ikakvih zaostalih promjena u sistemu i OS.

Ireverzibilni proces je termodinami?ki proces nakon kojeg se sistem i sistemi (OS) koji su u interakciji s njim ne mogu vratiti u svoje po?etno stanje bez pojave rezidualnih promjena u sistemu ili OS.

Mnogo je unutra?njih i eksternih faktora koji stvaraju nepovratnost procesa.

Unutra?nja ireverzibilnost uzrokuje unutra?nje trenje molekula teku?ine kao rezultat molekularnih sila i turbulencije.

Eksterna ireverzibilnost proizilazi iz vanjskih faktora sistema. Jedan od naj?e??ih uzroka vanjske nepovratnosti je mehani?ko trenje. Trenje je prisutno u svim procesima gdje se povr?ina tijela ili tvari trlja o drugu povr?inu. Drugi razlog vanjske nepovratnosti je proces prijenosa topline. Po prirodi se prijenos topline odvija samo u jednom smjeru: iz toplijeg podru?ja u hladnije. Stoga se proces ne mo?e potpuno obrnuti, jer se toplina ne prenosi sa hladnijih podru?ja na toplija bez primjene rada.

Entropija.

Entropija je funkcija stanja termodinami?kog sistema, odre?ena ?injenicom da je njegov diferencijal (dS) u elementarnom ravnote?nom (reverzibilnom) procesu koji se odvija u ovom sistemu jednak omjeru beskona?no male koli?ine toplote (dQ) prenesene na sistem na termodinami?ku temperaturu (T) sistema.

Uvo?enje entropije daje nam jo? jednu jedna?inu za izra?unavanje topline procesa, ?ija je upotreba pogodnija od dobro poznate jedna?ine u smislu toplinskog kapaciteta. Podru?je ispod grafa procesa u T(S) - skalirani dijagram prikazuje toplinu procesa.

Promjena entropije u reverzibilnim i ireverzibilnim procesima.

Efikasnost Rankineovog ciklusa, ?ak i u instalacijama sa visokim parametrima pare, ne prelazi 50%. U stvarnim instalacijama, zbog prisutnosti unutra?njih gubitaka u turbini, vrijednost efikasnosti je jo? ni?a.

Na entalpije u izrazu (9) uti?u tri parametra radnog fluida – po?etni pritisak R 1 i po?etnu temperaturu T 1 pregrijana para na ulazu u turbinu i krajnjem pritisku R 2 na izlazu iz turbine. To dovodi do pove?anja toplotnog pada i, kao posljedica, do pove?anja specifi?nog rada i efikasnosti ciklusa.

Osim promjene parametara pare, mogu?e je pove?ati efikasnost parnih elektrana kompliciranjem shema same instalacije.

Na osnovu prethodno navedenog, otkrivaju se sljede?i na?ini pove?anja toplinske efikasnosti.

1. Pove?anje po?etnog pritiska str 1 sa nepromijenjenim parametrima T 1 i R 2 (sl. 15, a). Dijagram prikazuje Rankineove cikluse pri maksimalnim pritiscima R 1 i R 1a > R jedan . Pore?enje ovih ciklusa pokazuje da sa pove?anjem pritiska na R 1a prijenos topline je ve?i od , a koli?ina unesene topline je smanjena. Takva promjena energetskih komponenti ciklusa sa pove?anjem pritiska R 1 pove?ava termi?ku efikasnost Ova metoda daje zna?ajno pove?anje efikasnosti ciklusa, ali kao rezultat pove?ane R 1 (pritisak u termoelektranama mo?e dose?i i do 30 atm), pove?ava se vla?nost pare koja izlazi iz turbine, ?to uzrokuje preranu koroziju lopatica turbine.

2. Pove?anje po?etne temperature T 1 sa nepromijenjenim parametrima R 1 i R 2 (sl. 15, b). Pore?enje ciklusa u grafikonu na temperaturama T 1 i T 1a > T 1 mo?e se vidjeti da razlika entalpije raste vi?e od razlike, budu?i da izobara te?e strmije od izobare. Sa takvom promjenom razlike entalpije, s pove?anjem maksimalne temperature ciklusa, pove?ava se toplinska efikasnost. Nedostatak ove metode je ?to je za pregrija? potreban metal otporan na toplinu, temperatura pregrijane pare mo?e dose?i i do 650 °C.

3. Istovremeno pove?anje pritiska str 1 i temperatura T 1 pri konstantnom pritisku R 2. Raise like R 1 tako i T 1 pove?ava termi?ku efikasnost Njihov efekat na vlagu pare na kraju ekspanzije je suprotan, sa pove?anjem R 1 se pove?ava i sa pove?anjem T 1 - smanjuje se. Na kraju, stanje pare ?e biti odre?eno stepenom promjene koli?ina R 1 i T 1 .

4. Smanjenje pritiska str 2 pri konstantnim parametrima T 1 i R 1 (sl. 15, in). Dole R 2 pove?ava stepen ekspanzije pare u turbini, a tehni?ki rad pove?ava ? l \u003d l a - l. U ovom slu?aju, koli?ina uklonjene topline manje od (izobara je ravnija pri ni?em pritisku), a koli?ina dovedene toplote se pove?ava za . Kao rezultat, pove?ava se termi?ka efikasnost ciklusa. Sni?avanje pritiska R 2, mogu?e je posti?i temperaturu jednaku temperaturi okoline na izlazu iz kondenzatora, ali u tom slu?aju ?e se morati stvoriti vakuum u kondenzacijskom ure?aju, jer tlak odgovara temperaturi R 2 = 0,04 ata.

5. Upotreba sekundarnog (intermedijarnog) pregrijavanja pare(Sl. 15, G). Dijagram prikazuje ravnu liniju 1 –2 pokazuje ?irenje pare do odre?enog pritiska R 1a u prvom cilindru motora, linija 2–1 a–– sekundarno pregrijavanje pare pod pritiskom R 1a i direktno 1 a –2 a–– adijabatsko ?irenje pare u drugom cilindru do kona?nog pritiska R 2 .

Toplinska efikasnost takvog ciklusa odre?ena je izrazom

Upotreba sekundarnog pregrijavanja pare dovodi do smanjenja sadr?aja vlage pare na izlazu iz turbine i do odre?enog pove?anja tehni?kog rada. Pove?anje efikasnosti u ovom ciklusu je zanemarljiv, svega 2–3%, a takva shema zahtijeva kompliciranje konstrukcije parne turbine.

6. Primjena regenerativnog ciklusa. U regenerativnom ciklusu, napojna voda nakon pumpe te?e kroz jedan ili vi?e regeneratora, gdje se zagrijava parom, djelimi?no uzetom nakon njenog ?irenja u nekim fazama turbine (Sl. 16).

Rice. 15. Na?ini pove?anja termi?ke efikasnosti. Rankineov ciklus

Rice. 16. Shema rada termoelektrane

prema regenerativnom ciklusu:

1 –– kotao; 2 –– pregreja?; 3 -- parna turbina; 4 –– elektri?ni generator; 5 –– hladnjak-kondenzator; 6 - pumpa; 7 – regenerator; a je udio ekstrakcije pare

Koli?ina pare koja se ekstrahuje ?e biti odre?ena iz jedna?ine toplotnog bilansa za regenerator

gdje je entalpija kondenzata pri kona?nom tlaku pare R 2; je entalpija pare uzete iz turbine; je entalpija kondenzata pri tlaku ekstrakcije pare.

Korisni rad 1 kg pare u turbini odredit ?e se po formuli:

Koli?ina toplote koja se tro?i na 1 kg pare je

Zatim termi?ka efikasnost u regenerativnom ciklusu ?e se na?i

.

Detaljna studija regenerativnog ciklusa pokazuje da je njegova termi?ka efikasnost uvek ve?a od termi?ke efikasnosti. Rankineov ciklus sa istim po?etnim i kona?nim parametrima. Pove?anje efikasnosti kada se koristi regeneracija, iznosi 10-15% i pove?ava se s pove?anjem koli?ine ekstrakcije pare.

7. Primjena ciklusa grijanja. Ciklus grijanja koristi toplinu koju para daje rashladnoj vodi, koja se obi?no koristi u sistemima grijanja, tople vode i u druge svrhe. U ovom slu?aju, toplota q 1 dovedena radnom fluidu mo?e se preraspodijeliti u razli?itim stupnjevima kako bi se dobio tehni?ki rad i dovod topline. U ciklusu grijanja (slika 17) dio elektri?ne energije je nedovoljno iskori?ten, jer dio topline pare uzete iz turbine tro?i potro?a?.

Rice. 17. Shema rada termoelektrane

ciklus grijanja:

1 –– kotao; 2 –– pregreja?; 3 -- parna turbina; 4 –– elektri?ni generator; 5 –– hladnjak-kondenzator; 6 - pumpa; 7 – potro?a? toplote

Koli?ina toplote koju primi radni fluid jednim dijelom se pretvara u koristan rad lopatica turbine, a dijelom se tro?i u svrhu opskrbe toplinom potro?a?a. Po?to su oba rada korisna, termi?ka efikasnost gubi smisao.

efikasnost ciklus grijanja ?e biti odre?en

.

Budu?i da se u ciklusu grijanja proizvode dvije vrste proizvoda (elektri?na energija i toplina), potrebno je razlikovati internu efikasnost za proizvodnju topline i ponderiranu prosje?nu efikasnost za proizvodnju elektri?ne i toplotne energije. Svaki od njih je jednak jedan, jer nema gubitaka unutar ciklusa.

U stvarnosti, efikasnost ciklus grijanja ne mo?e biti jednak jedan, jer uvijek postoje mehani?ki gubici u turbini i hidrauli?ki gubici u sistemima za opskrbu toplinom.

Kao ?to znate, toplotni motor koji radi po Carnot ciklusu ima najve?u efikasnost konverzije energije, odnosno, njegova termi?ka efikasnost je najve?a mogu?a. Toplotna efikasnost Carnot ciklusa zavisi samo od temperatura hladnjaka Ti i hladnjaka T2 i potpuno je nezavisna od prirode radnog fluida. Stoga se ovaj ciklus mo?e smatrati idealnim ciklusom i za parnu elektranu. Kao ?to znate, Carnotov ciklus uklju?uje sljede?e procese:

Proces izotermne ekspanzije uz istovremenu opskrbu toplinskom energijom Qi;

Proces adijabatske ekspanzije;

Proces izotermne kompresije s istovremenim odvo?enjem toplinske energije Q2]

proces adijabatske kompresije.

Na sl. 11.3 prikazuje indikatorski dijagram ciklusa parne elektrane koja radi po Carnotovom ciklusu. Voda pod pritiskom pi i temperaturom T8 1 sti?e na (ta?ka 0 ). Stepen suho?e pare u ta?ki 0 je jednako X= 0. Ta?ka 0 nalazi se na grani?noj krivulji te?nosti. U procesu 0-1 pri konstantnom pritisku R\ = Isto(izobarni proces) energija se dovodi u vodu qi u termalnom obliku. Linija 0-1 je i izobara i izoterma. U ta?ki 1 izobari?no-izotermni proces opskrbe toplinskom energijom zavr?ava se kada para postane suho zasi?ena. Stepen suho?e pare u ta?ki 1 jednak je x = 1. Ta?ka 1 se nalazi na grani?noj krivulji pare. Dakle, proces 0-1 snabdevanje toplotnom energijom je izotermni, kao u Carnotovom ciklusu.

Proces 1-2 odra?ava adijabatsko (bez razmjene toplote sa okolinom) ?irenje radnog fluida u parnoj ma?ini (ma?ini). Ovdje se tako?er opa?a uvjet Carnotovog ciklusa (adijabatsko ?irenje). U adijabatskom procesu 1-2 pritisak pare se smanjuje sa pi na ft.

Nakon parne ma?ine, para ulazi u kondenzator (ta?ka 2). Energija se uklanja u kondenzatoru Q2 iz radnog fluida (hla?enje) pri konstantnom pritisku R2 -Isto(izobarni proces 2-3). Isobar 2-3 To je tako?e izoterma na ta?ki klju?anja te?nosti T9 2 odgovaraju?i pritisak p2 = Isto. Kada se ohladi, specifi?ni volumen vodene pare se smanjuje. U ta?ki 3 zavr?ava se izobari?no-izotermni proces oduzimanja toplotne energije iz radnog fluida. Ta?ka 3 (zavr?etak procesa) se bira tako da se u procesu adijabatske kompresije vla?ne pare proces zavr?ava u ta?ki 0, koja odgovara po?etnom stanju radnog fluida u ciklusu.

Dakle, prikazano na sl. 11.3 ciklus 0-1-2-3-0 sastoji se od dvije izoterme ( 0-1 i 2-3) i dva adijabata ( 1-2 i 3-0).

Na rns. 11.3 vidi se da se ta?ka 3 nalazi u podru?ju vla?ne zasi?ene pare. To zna?i da u procesu 2-3 dolazi do nepotpune kondenzacije vodene pare koja ulazi u kondenzator iz toplotnog motora. Posljedi?no, u kondenzatoru (KN) (slika 11.1) nastaje mje?avina pare i teku?ine (vode). Po izlasku iz kondenzatora, ova smjesa se ?alje u kompresor, gdje, kao rezultat pove?anja tlaka od P2D0 px, temperatura tako?er raste od Ta2 prije T8 1, a radni fluid se vra?a u prvobitno stanje (ta?ka 0). Na sl. 11.4 prikazuje termalni (entropijski) dijagram toka Carnotovog ciklusa na parni pogon.

Ako se opskrba te?nosti toplinskom energijom prekine u ta?ki 1' (slike 11.3 i 11.4), tada para ne?e postati suho zasi?ena (ostat ?e zasi?ena mokrom). Tada ?e ?irenje pare u toplotnom stroju pratiti adijabatsko V-2\ a ceo ciklus ?e biti predstavljen linijama 0-1'-2'-3-0.

Rm3 ? Z2

Da bi se Carnotov ciklus implementirao u termoelektranu, mora se po?tovati jedan uslov: cijeli ciklus mora biti izveden u podru?ju zasi?ene pare (ne mo?ete i?i dalje od linije x = 1 desno). Podru?je koje se nalazi desno od linije x = 1 je podru?je pregrijane pare. Ako se u podru?ju pregrijane pare (desno od linije x = 1) toplotna energija dovodi do radnog fluida na trajno pritisak (pi = Isto), tada ?e temperatura radnog fluida porasti. Takav proces ?e biti izobari?an, ali ne izotermi?an, kao ?to bi trebao biti u Carnot ciklusu. Takav ciklus ne?e zadovoljiti uslove Carnot ciklusa.

Na osnovu zavisnosti (8.50), primijenjene na razmatrani ciklus parne snage, pi?emo:

W Gi -g 2 G1-G2 (ll AL

TOC \o "1-3" \h \z % = - = -- = -7r- (I-4)

Iz izraza (11.4) imamo:

Tg-T2

^ = (I.5)

Gdje W - specifi?an rad koji se obavlja parom u parnoj ma?ini (ma?ini).

Temperatura te?nosti u kotlu jednaka je ta?ki klju?anja Ta 1 odgovara pritisku pi. To zna?i da se sva toplotna energija koja se dovodi do te?nosti u kotlu tro?i samo na pove?anje sadr?aja pare sa x = 0 (grani?na kriva te?nosti) do x = 1 (grani?na kriva pare). Stoga, u procesu 0-1 (Slika 11.3) isparavanje ?e potro?iti sljede?u koli?inu energije u termalnom obliku:

9i=xm, (11.6)

Gdje X- stepen suvo?e pare, odre?en formulom (6.1); r je specifi?na toplota isparavanja.

Na grani?noj krivulji te?nosti, stepen suvo?e pare je nula (x = 0). Na grani?noj krivulji, par x = 1, pa stoga izraz (12.6) za ovaj slu?aj poprima oblik:

Kombinuju?i izraze (11.5) i (11.6"), dobijamo:

Ti-T2 GkJT §ll

Uz termi?ku efikasnost t^, va?na karakteristika parnog ciklusa je i specifi?na potro?nja pare DQ, odre?ena formulom:

do= H = X^ Rfr— T,) *(1L8)

Iz jednad?bi (11.7) i (11.8) mo?e se vidjeti da specifi?na potro?nja pare u ciklusu pare snage, koji se izvodi prema Carnot ciklusu pri konstantnim temperaturama 7\ i T2, ovisi samo o sadr?aju pare X\. ?to je ve?i sadr?aj pare Xi, ve?i je specifi?ni rad W stvara paru u parnoj ma?ini pod datim uslovima, a ?to je manja specifi?na potro?nja pare DQ. Najve?e vrijednosti konkretnog rada W i najni?e vrijednosti specifi?ne potro?nje pare DQ odvija?e se na x = 1.

Neka suva zasi?ena para sa pritiskom od 1 MPa mora da zavr?i Carnotov ciklus u idealnoj parnoj elektrani. Potrebno je odrediti specifi?an rad pare u ciklusu i termi?ku efikasnost ako je pritisak u kondenzatoru 10 kPa.

Za rje?avanje problema treba koristiti podatke date u Prilogu 1. „Zavisnost parametara zasi?ene vodene pare od pritiska“. Pri pritisku od 1 MPa te?nost klju?a na temperaturi jednakoj T 8 1 = 179,88°S, a pri pritisku od YukPa -ie2 = 45,84°S. Tada, u skladu sa izrazom (11.4), mo?emo napisati:

^ _ (1.1+ +273.15) _0 R6| M11 29,6%.

Iz Dodatka 1 nalazimo da je pri pi = 1 MPa, g = 2015 kJ/kg. Iz izraza (11.7) imamo:

Gx-Gs GkJ]

W=x1-rT^ = Xr-r-rit J.

Budu?i da je para suha i zasi?ena, tada je X\ \u003d 1, pa stoga posljednji izraz ima oblik:

W = R R) T = 2015 0,296 « 596 .

Iz navedenog proizilazi da je implementacija Carnotovog ciklusa u parnoj elektrani, kada je radni fluid mokra para, sasvim mogu?a. Po?to je kriti?na temperatura vode relativno mala (374°C), ?to odgovara ta?ki To na sl. 11.3, tada je temperaturni raspon u kojem se Carnotov ciklus mo?e provesti u parnoj elektrani tako?er mali. Ako se donja temperatura uzme jednakom 25°C, a gornja temperatura nije vi?a od 340 ... 350°C, tada ?e maksimalna vrijednost toplinske efikasnosti Carnotovog ciklusa u ovom slu?aju biti jednaka:

Prilikom implementacije Carnot ciklusa u termoelektrani, maksimalna temperatura vla?ne pare ne mo?e se birati proizvoljno, jer je gornja granica ograni?ena vrijedno??u 7\ = 374°C (ta?ka TO; pirina?. 11.3). Kako se pribli?avamo kriti?noj ta?ki To(Sl. 11.3) du?ina izobari?no-izotermnog presjeka 0-1 smanjuje, a u ta?ki To on potpuno nestaje.

?to je vi?a temperatura radnog fluida u ciklusu, to je ve?a efikasnost ovog ciklusa. Ali nije mogu?e podi?i temperaturu radnog fluida iznad 340...350°C u termoelektrani koja radi po Carnot ciklusu, ?to ograni?ava efikasnost takvog postrojenja.

Iako je toplinska efikasnost termoelektrane koja radi po Carnotovom ciklusu relativno visoka, uzimaju?i u obzir uvjete rada termoenergetske opreme, gotovo da nije dobila prakti?nu implementaciju. To je zbog ?injenice da se pri radu na mokroj pari, koja je tok suhe zasi?ene pare u kojoj su suspendirane kapljice vode, radni uvjeti proto?nih dijelova parnih turbina (klipnih parnih strojeva) i kompresora ispostavljaju te?ki. , ispada da je protok gasnodinami?ki nesavr?en i unutra?nja relativna efikasnost t ^ ovih ma?ina je smanjena.

Kao rezultat, unutra?nja apsolutna efikasnost ciklusa

Rii = VfVoi (119)

Ispada da je relativno mali.

Tako?er je va?no da je kompresor za kompresiju vla?ne pare s niskim pritiscima i velikim specifi?nim volumenima vrlo glomazna konstrukcija koja nije pogodna za rad. U isto vrijeme, mnogo energije se tro?i na pogon kompresora. Gotovo 55% mehani?ke energije primljene u ciklusu parne snage tro?i se nazad na pogon kompresora.