Документ: Белозеров В.И. Учебное пособие по курсу Техническая термодинамика (оригинал), страницы 111-115

	Горячая вода
	к потребителю
Ïàð
к потребителю	ÏÃ
Возврат	ÏÁ
ÏÁ
конденсата
	Возврат холодной
	âîäû
Ðèñ. 14.5.3	от потребителя
Ðèñ. 14.5.3
	Ðèñ. 14.5.4

или (что то же самое)
K	N Q	,	(14.5.2)

	BQH
	P

где N – электрическая мощность установки; B – часовой расход топ-

ëèâà; QH – теплота сгорания топлива; Q – количество тепла, отдан-

P

ного внешнему потребителю.

Величина K тем ближе к единице, чем совершеннее установка, т.е. чем меньше потери тепла в котлоагрегате и паропроводе, механические потери в турбине, механические и электрические потери в электроагрегате.

14.6. Бинарные циклы

Поскольку в настоящее время нет рабочих тел, обеспечивающих высокий коэффициент заполнения цикла, то можно осуществить цикл, используя комбинацию двух рабочих тел, применяя каждое из них в той области температур, где это рабочее тело обладает наибольшими преимуществами.

Циклы такого рода носят название бинарных. Схема теплосиловой установки, в которой осуществляется бинарный ртутно-водяной цикл, показан на рис. 14.6.1.

В ртутном котле I к ртути подводится тепло, ртуть испаряется, и

сухой насыщенный пар ртути при давлении P1p поступает в ртутную турбину II, где он совершает работу, отдаваемую соединенному с

224

ния, а на участке 5-4 количество ра-

T

бочего тела возрастает с ростом

1

T

давления.

1

P

= const

1

Если расход пара, поступающе-

P 0

= const

1

T 0

I

го в турбину, обозначить через D, то

1

4

в первый подогреватель отбирает-

T 0

III

6

II

2

ся D кг/ч пара, а во второй –

5

IV

2

1

T

D кг/ч пара, следовательно, до

2

3

2

точки, в которой осуществляется

P = const

S

2

первый отбор, в турбине работает

Ðèñ. 14.4.2

D кг/ч пара, за точкой первого от-

бора (1 – ) D кг/ч пара, за точкой второго отбора (1 –

–

) D êã/÷

1

2

пара пара, соответственно в конденсатор поступает (1 –

–

) D êã/÷

1

2

пара. Во второй подогреватель из конденсатора попадет (1 –

–

)

1

2

D кг/ч воды и из второго отбора

D кг/ч пара; в результате смеше-

2

ния из подогревателя выходит (1 –

) D кг/ч подогретой воды. В

1

первый подогреватель из второго поступает (1 –

) D âîäû è èç

1

первого отбора D пара; пар и вода смешиваются, и из этого подо-

1

гревателя выходит D подогретой воды. Эта вода поступает в насос,

которым подается в котел.

Обозначим энтальпию недогретой воды на вход во второй реге-

нератор через hÂ2 , ïàðà – h2Ï , на выходе из регенератора энтальпия

кипящей воды h χ, тогда из уравнения баланса

2

1

1 h2χ

2h2Ï 1 2 1 h2Â ,

1 1

2

2 h2χ

2h2Ï 1 2 1 h2Â ,

2 h2Ï h2χ

1

2

1 h2χ h2Â .

(14.4.1)

Обозначим энтальпию воды на входе в первый подогреватель

через hÂ , перегретого пара – через

hÏ

. Так же, как и во втором по-

1

догревателе расход пара выбирается таким образом, чтобы полу-

чить на выходе из подогревателя кипящую воду. Уравнение тепло-

вого баланса первого подогревателя

1 h1Ï h1χ 1 1 h1χ h1Â .

(14.4.2)

Из уравнений (14.4.1) и (14.4.2) получаем

221

223
	.Ðèñ2.5.14	.Ðèñ1.5.14
		.Ðèñ1.5.14
конденсата
Возврат	ÏÁ
	ÏÁ
кпотребителю		Кпотребителю
кпотребителю
Ïàð

1 q

.5.(141)					K
	2		ý

		q		l

		выделившегосяприсгораниитоплива:
1	2
тепла,отданноговнешнемупотребителюq,кколичествутеплаq,
ý
отношениесуммыполезнойработы,произведеннойвцикле(l),и
называемыйкоэффициентиспользованиятеплаK,определяемыйкак
ДляхарактеристикиэкономичностиработыТЭЦприменяетсятак
взависимостиотхарактерапотреблениятепла.(рис5.14–1.5.14..4)
наТЭЦприменяютсятеплофикационныетурбиныразличныхтипов
иводавотносительноширокомдиапазонетемпературидавлений,
Посколькудляпроизводственныхибытовыхнуждтребуетсяпар
	гииитепла,называютсятеплоэлектроцентралями.(ТЭЦ)
станции,осуществляющиекомбинированнуювыработкуэлектроэнер-
такихэлектростанциях,–.теплофикационнымиТепловыеэлектро-
роэнергииназываетсятеплофикацией,атурбины,применяемыена
Комбинированнаявыработканаэлектростанцияхтеплаиэлект-
	троэнергииоказываетсявесьма.выгодным
кихибытовыхнуждзасчетнекоторогосокращениявыработкиэлек-
техжезатратах.топливаОднакополучениетепладлятехнологичес-
мического,.д.п.к.е.ткуменьшениювыработкиэлектроэнергиипри
пературыциклаприводиткнекоторомууменьшениювеличинытер-
денсаторе,.е.тувеличитьего.температуруПовышениенижнейтем-
ваемоеконденсирующимсяпаром,нужноувеличитьдавлениевкон-
Длятого,чтобыиметьвозможностьиспользоватьтепло,отда-
	отоплениязданийигорячего.водоснабжения)
рячейводыипара(вразногородатехнологическихпроцессах,для
выхнуждпотребляетсязначительноеколичествотеплаввидего-
пользоватьэтотепло?Какизвестно,дляпроизводственныхибыто-

222

передачутеплахолодномуисточникуневозможно,тонельзялиис-

ющейконденсаторводе)ибесполезно.теряетсяЕслиустранить

шоеколичествотеплапередаетсяхолодномуисточнику(охлажда-

Впроцессевыработкиэлектроэнергиинаэлектростанцияхболь-

.5.14Теплофикационныециклы

ровчислоступенейрегенеративногоподогревадостигает.десяти

.циклаВсовременныхпаротурбинныхустановкахвысокихпарамет-

ногоподогреваводыприводиткповышениютермического.д.п.к

Анализпоказывает,чтоувеличениечисластупенейрегенератив-

1

.

χ

h

t

.4.(148)

i

Κðåã

2

h

i

h

i

¦

2

h

1

Ï

h

Дляцикласпступенямиотбора

1

.

χ

h

1

t

.4.(147)

Κ

3

2

1

2

ðåã

h

1ΔΔ

.4.(146)

3

2

1

2

,

h

1ΔΔ

ðåã

q

ïàðà,

Аналогично,тепло,отданноевконденсатореврасчетена1кг

.

1

q

.4.(145)

χ

h

ðåã

но,к1кграбочеготелавкотелподводится

,следователь-

1

нагретаядотемпературынасыщенияпридавлении

0

P

Врезультатерегенеративногоподогревавкотелпоступаетвода,

2

h

2

h

2

.

Â

Ï

.4.(144)

22

Âh χ h

		1		1		1
	,	Â	h	Ï	h	1
.4.(143)	,
		1		1
		Â	h	χ	h
			h		h

тогда термический к.п.д. парогазового цикла

(h1

h

2) (h

3 h

2χ)

m ←(h

3 h

4) (h

2 h

1 )…

â

♠

ã

≡

.

Κ

t

(h1â h â4) m(h3ã h 2ã )

14.8.Циклы ядерных энергетических установок

14.8.1.Циклы промышленных ядерных энергетических установок

Одним из способов, обеспечивающих получение тепловой энергии, а в конечном счете, электрической энергии, является использование энергии деления ядра. В современных энергетических установках для получения тепловой энергии используются ядерные реакторы, которые представляют собой комплекс агрегатов, обеспе- чивающих управляемую цепную реакцию делений ядер урана (в общем случае не только урана) и возможность отвода выделившейся в результате реакции теплоты. Ядерные реакторы входят в состав ядерной энергетической установки (ЯЭУ), основной целью которой является преобразование тепловой энергии деления ядра в электрическую энергию или преобразование ее в электрическую и тепловую заданными параметрами, такими как давление, температура, степень сухости и т.д.

Конструктивно ЯЭУ, их тепловые схемы и термодинамические циклы определяются их назначением, типом ядерного реактора, применяемым топливом и теплоносителями. В последнее время основными факторами, определяющими конструктивные решения ЯЭУ, оказываются требования надежной и безопасной эксплуатации установки в целом и обеспечение жизнедеятельности обслуживающего ее персонала.

В качестве ядерного топлива обычно используют уран и плутоний, а теплоносителями являются вода, газы (гелий, азот, углекислый газ), металлы (калий, натрий) и органические жидкости (углеводороды, дифенил, нафталин и т.д.).

Процесс преобразования энергии в ЯЭУ заключатся в следующем: в ядерном реакторе в результате делений ядер атомного «го-

рючего» выделяется теплота при температуре Т . Из реактора эта

ð

теплота отводится потоком теплоносителя в парогенератор или ба-

этой турбиной электрогенератору.
По выходе из турбины отработав-
ший ртутный пар, имеющий давле-		1	II
p	I			2
íèå P2 , направляется в конденса-	I
íèå P2 , направляется в конденса-
тор-испаритель III, где он конденси-				3
руется, и затем жидкая ртуть насо-			III
руется, и затем жидкая ртуть насо-
сом IV подается в котел I; в насосе		IV		4
		IV

давление ртути повышается от Pp
2
p			Ðèñ. 14.6.1
äî P1 .			Ðèñ. 14.6.1
äî P1 .
Конденсатор-испаритель пред-	T
	T
ставляет собой поверхностный теп-
лообменник, в котором конденсиру-	500		e	a
				a
					1
					1
ющийся ртутный пар отдает тепло
охлаждающей воде. За счет этого			Ртуть
	300	d		b
тепла вода в конденсаторе-испари-				b
тепла вода в конденсаторе-испари-
теле нагревается до кипения и ис-		c	5
теле нагревается до кипения и ис-			5
				6
паряется. Сухой насыщенный пар
(водяной) из конденсатора-испари-		4	Âîäà
	100	4
	100
теля направляется в пароперегрева-		3			2
		3

тель 1, размещаемый обычно в га-	0	2	4	6	S
	0	2	4	6	S
зоходе ртутного котла. Перегретый
водяной пар при давлении PÂ ïî-			Ðèñ. 14.6.2
водяной пар при давлении PÂ ïî-
1
ступает в паровую турбину 2, соединенную с электрогенератором.
Отработавший водяной пар с давлением PÂ		конденсируется в кон-
	2
денсаторе 3, затем насос 4 подает воду в конденсатор-испаритель.
Теплота парообразования ртути при давлении 0,1 бар (rpò =
= 299 кДж/кг), а разность энтальпий сухого насыщенного водяного
пара и воды при температуре 28,6°С на изобаре 33,3 бар составляет
2680 кДж/кг. Отсюда видно, что для того, чтобы в конденсаторе-ис-
парителе довести до кипения и затем испарить 1 кг воды, необходи-
мо отвести тепло от 2680/299 = 8,95 кг конденсирующегося ртутно-
го пара. Таким образом, расход рабочего тела в ртутном контуре дол-
жен быть в 8,95 раза больше расхода в пароводяном контуре.
В общем случае соотношение расходов ртути и воды (кратность
расхода ртути по отношению к расходу воды) m определяется из
			p
выражения

228

225

227

,

3

h

4

h

)

6

h

4

m(h

â

ã

водяногоподогревателя

Кратностьmопределяетсяизуравнениятепловогобалансагазо-

.)

1

2

4

3

l

ã

h

ã

)(h

ã

h

ã

m(h

ã

Полезнаяработагазовогоциклаопределяетсякак

.)

2χ

3

2

1

lâ

hâ

hâ)(hâ

(hâ

Полезнаяработапароводяногоцикла

и.газового

Термодинамическийциклсостоитиздвухциклов–пароводяного

вапитательной.воды

турбину,аизпоследней–вгазоводянойподогревательдляподогре-

напарообразованиедоприемлемойвеличины,подаютсявгазовую

тысгорания,температуракоторыхсниженазасчетотдачитеплоты

поступаетвпароперегревательизатемвпаровую.турбинуПродук-

стоянном.давленииОбразующийсявпарогенератореводянойпар

рогенератора,работающегонагазовомилижидкомтопливеприпо-

Воздух,сжатыйвкомпрессоре,подаетсявкамерусгоранияпа-

.1.7.14

мииеециклпредставленынарис.

Принципиальнаясхемапарогазовойустановкисдвумятурбина-

а)схемасдвумятурбинами;б)теоретическийцикл

Рис..1.7.14Парогазоваяустановка:

$

6

S

ãã

âä

2

â

ã

1

3

6

!

â

ã

â3

"

"4

ухВозд

3

ã

4

â

ã

â

4

â

6

5

ã

4

â

2

ã

4

ãä

2

1

ã

2

â

‘â

ã

3

!

3ã

2

ã

Топливо

â



		1
	â
	â
	Ò
á)	à)

226

ответственновгазовуюипаровую.турбины

–рабочиевеществанесмешиваются,араздельнонаправляютсясо-

варительносмешиваютсяизатемпоступаютвтурбину,авдругих

вещества(газообразныепродуктысгоранияиводяныепары)пред-

газовой.установкойВоднихпарогазовыхустановкахобарабочих

газообразныепродуктысгоранияиводяныепары,называютпаро-

Газотурбиннуюустановку,вкоторойрабочимвеществомслужат

.7.14Циклыпарогазовыхустановок

20000кВтбылосооруженов30–20.ггXX.в

водяныхбинарныхустановокединичноймощностьюот1800до

кимитрудностямисооружениятаких.установокНесколькортутно-

лучили.распространенияЭтосвязано,главнымобразом,стехничес-

Следуетотметить,чтортутно-водяныебинарныециклынепо-

ственноповышаеттермическийд.п.к..цикла

Применениертутнойнадстройкинадпароводянымцикломсуще-

.33

|

t

|

t

|0,37;Κ

0,66;Κ

Κ

ðò

Â

áèí

паром:

ствляютсязасчеттепла,отдаваемогоконденсирующимсяртутным

,

6

h

1

h

1

.к.тнагревводыдокипенияииспарениеводыосуще-

Â

q

1

–этотепло,затрачиваемоенаперегревводяногопара,.е.т

qÂ

нойипароводянойчастяхцикла.соответственноВбинарномцикле

1

–количествотепла,подводимоговртут-

qÂ

qpò,

нойчастяхцикла,а

–величиныработы,произведеннойвртутнойипароводя-

B

l

,

ãäål

pò

1

p

m

.6.(142)

Â

q

ðò

q

t

,

p

Κ

l

m

áèí

Â

pò

Термический.д.п.кбинарногоциклаопределяетсявыражением

веденанарис..2.6.14

êè

–.д.п.кконденсатора-.испарителяTS-диаграммациклапри-

ãäåh

êè

r

Κ

ðò

p

m

.6.(141)

,

1

4

6

Â

h

Â

h

1	2		4
	2	3
		3

		5
		5

6
8	7	6

Рис. 14.8.4. Принципиальная схема двухконтурной ЯЭУ:

1 – реакторная установка; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос (КН); 7 – теплообменник;

8 – питательный насос (ПН); 9 – главный циркуляционный насос (ГЦН)

Уровень Pb на входе	Верхний уровень		Pb
		11750	Нижний уровень Pb
		11750
13	+14,75
13
11
	+11,0
+10,0
	+9,0
10	12
10
9	14
9
	+5,0
8	1
8
	5500
	2
1100	0,00
	3
7
	4
5
6				–5,00

Рис. 14.8.5. Общий вид ЯЭУ БРЕСТ-ОД-300 с жидкометаллическим теплоносителем эвтектика свинец-висмут: 1 – насос; 2 – корпус; 3 – теплоизоляция; 4 – СУЗ; 5 – активная зона; 6 – опорные стояки; 7 – разделительная обечайка; 8 – хранилище ТВС; 9 – парогенератор; 10 – бетонная шахта; 11 – поворотные пробки;

12 – аварийный сброс паровой смеси; 13 – перегрузочная машина; 14 – опоры

h

0

T

í1

T

í2

0

T

0

		Q						a
		Q	p
			p
						Q
b			4		1
			4				1	P
	4χ						1χ 1
	4χ							1σ
								P
				2				0
			3	2				2
				Q
				2

T

Qâûõ

p

Q


T						ïã

âõ

P

01

P

02

Q

k

a

Q

p

	Na aχ
b	Q
Na	Q
	1
bχ

Q

2

à)

S

â)

S

ä)

S

h	á)

Qa

p

Q

b	4	1			1χ
4χ	4			1	1χ
						2 P


	3		2χ				0

Q

2

0 S

T

ã)

Q		T
Q		âûõ
p
Q		P
	ïã	0
T
âõ		P
		P
		ïï

		Q
		k
0				S
T	Q	a
T	p	a	å)
			å)
	Na		aχ

b	Q
Na	Q
	1
bχ
	T
	k
Q
2

0 S

T	Q	a	æ)
T	p	a

	Na		aχ
	b	Q		Рис. 14.8.1. Теоретический цикл
		Q
		1
	Na			ßÝÓ:
	bχ			а) – б) с реакторами, охлаждаемыми
				а) – б) с реакторами, охлаждаемыми
				водой;
				в) – г) с газоохлаждаемыми
				реакторами;
	Q			д) – ж) с реакторами–размножителя-
	Q	2
		2		ми, охлаждаемыми жидкими металла-
				ми, охлаждаемыми жидкими металла-
0			S	ìè

232

229

Материал: Белозеров В.И. Учебное пособие по курсу Техническая термодинамика (оригинал)

Смотрите также: