Материал: 1150

Цикл ПТУ с регенерацией (рис. 1.14, а) осуществляется путем подогрева питательной воды перед котлом в регенераторе паром, отбираемым между ступенями турбины, т.е. полностью еще не расширившимся и не совершившим всей работы. На рис. 1.14, б условно изображен процесс регенеративного подогрева питательной воды.

Регенеративный подогрев позволяет, когда это желательно, исключить экономайзер (подогрева питательной воды уходящими газами), использовав теплоту уходящих газов для подогрева поступающего в топку воздуха.

Увеличение КПД при применении регенерации составляет 10–15 %. При этом экономия теплоты в цикле возрастает с повышение начального давления р1 пара. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных паротурбинных электростанциях.

1.3.3. Цикл паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара

Цикл с промежуточным перегревом пара (рис. 1.15, а) позволяет:

–избежать повышенной влажности пара в конце расширения, которая снижает внутренний относительный КПД турбины и вызывает эрозию лопаток турбины;

–повысить КПД цикла t за счет приближения его по мере увеличения числа ступеней перегрева к циклу Карно.

Количество подведенной теплоты

q1 = q'1 + q"2 ,

где q'1 = h1 – h'2 – теплота, подведенная в котле; h'2 – энтальпия конденсата, подаваемого в котел; q"1 = hb – ha – теплота, подведенная в промежуточном перегревателе.

Количество теплоты, отводимой в изобарном процессе конденсации пара,

q2 = h2 – h'2 .

Термический КПД

25

В теплофикационном цикле паротурбинной установки производство механической работы уменьшено на величину, пропорциональную пл. 6-2-3-7-6, с целью увеличения количества теплоты пропорциональной площади 6-10-9-7-6, отводимой при t0 = 150-200 ОС на удовлетворение нужд промышленности, отопления и т.п.

Рис. 1.16. Теплофикационный цикл (а) и три типа установок: с противодавлением (б), с ухудшенным вакуумом (в) и с регулируемыми отборами пара (г); 1 паровой котел; 2 – паровая турбина; 3 – питательный насос; 4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – потребитель теплоты; 7 – сетевой насос; 8 – турбина высокого давления; 9 – регулятор количества отбираемого пара; 10 – турбина низкого давления

В теплофикационных установках используются турбины трех типов:

–с противодавлением, р2 = 0,12–1,2 МПа (рис. 1.16, б);

–с ухудшенным вакуумом, р2 = 0,05–0,09 МПа (рис. 1.16, в);

–с регулируемыми отборами пара (рис. 1.16, г).

27

Турбины с противодавлением относительно просты, малогабаритны и дешевы, но применяются они мало, поскольку количество электроэнергии, вырабатываемое с их помощью, зависит не от электрических, а от тепловых потребителей, весьма нестабильных.

Турбины с ухудшенным вакуумом при отсутствии тепловых потре-

бителей могут работать с расширением пара до глубокого вакуума, как конденсационные, но выработка электроэнергии у них тоже зависит расхода теплоты.

Турбины с регулируемыми отборами не имеют отмеченных недос-

татков, позволяя свободно изменять электрическую и тепловую нагрузку, т.е. работать по свободному графику. Они в основном применяются на ТЭЦ. На рис. 1.16, г приведена схема такой установки с одним регулируемым, в зависимости от потребителей в электроэнергии и теплоте, отбором пара рОТБ . Давление устанавливается с помощью клапана 9, расположенного на магистрали между ступенями турбины высокого 8 и низкого 10 давления.

Критерий эффективности теплофикационного цикла называют в отличие от КПД коэффициентом использования теплоты. Он опре-

деляется отношением общего количества получаемой работы w и теплоты q2 к количеству затраченной теплоты q1:

В идеальном случае И.Т = 100 %, реально – 70–75 %.

1.4. Газотурбинные установки

Газотурбинные установки (ГТУ) относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Газ, получившийся в результате сгорания топлива в камере сгорания, направляется в турбину. Продукты сгорания, расширяясь в сопловом аппарате и частично на рабочих лопатках турбины, производят на колесе турбины механическую работу.

В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. К числу возможных идеальных циклов ГТУ относятся:

цикл с подводом теплоты при постоянном давлении р = const;

цикл с подводом теплоты при постоянном объеме = const;

цикл с регенерацией теплоты.

28

Из перечисленных циклов наибольшее распространение получил цикл с подводом теплоты при р = const.

1.4.1. Цикл с подводом теплоты при р = const

Схема простейшей ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении представлена на рис. 1.17. Компрессор К, приводимый в движение газовой турбиной ГТ, подает сжатый воздух в камеру сгорания КС, в которую впрыскивается топливо. Продукты сгорания расширяются в сопловом аппарате и частично на рабочих лопатках турбины и выбрасываются в атмосферу.

Рис. 1.17. Схема ГТУ с подводом теплоты при р = const (а) и цикл в диаграммах р- (б) и Т-s (в): К компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина

Втермодинамических диаграммах р и Т s (см. рис. 1.17, б и в) цикл ГТУ 1-2-3-4-1. Работа цикла на р -диаграмме представляет собой разность площадей 2"-4-3-2' и 2"-1-2-2', соответственно равных работе турбины и компрессора.

Вэтих диаграммах: 1-2 – процесс адиабатного сжатия воздуха в компрессоре; 2-3 – подвод теплоты в камеру сгорания при р = const; 3-4 – адиабатное расширение газа в турбине; 4-1 – изобарная отдача теплоты окружающему воздуху.

Параметрами цикла являются: степень повышения давления воз-

духа и степень предварительного расширения :

Термический КПД цикла определяется из выражения

29