Рабочим телом называется вещество, способное воспринимать теплоту и совершать работу

Вывод: Теплота характеризует процесс энергетического обмена. Теплоту нельзя полностью преобразовать в работу в замкнутых процессах. Часть теплоты, которая в идеальном случае может быть преобразована в работу, зависит от температуры процесса.

На современных мощных ТЭС превращение теплоты в работу происходит в циклах, где в качестве рабочего тела используется водяной пар.

Термодинамический цикл преобразования теплоты в работу с помощью водяного пара был предложен в середине XIV в. Шотландским инженером У. Ренкиным.

Принципиальная технологическая схема ТЭС, работающая по циклу Ренкина, представлена на рис. 2.2.

АВС – пар; СДА – конденсат

Рисунок 2.2 - Технологическая схема тепловой электростанции

работающей по циклу Ренкина

Схема состоит из парогенератора 1, турбины 2, электрического генератора 3, конденсатора 4 и насоса 5. В парогенераторе происходит сжатие топлива, за счет получаемой теплоты вода нагревается и испаряется. Этому процессу на диаграмме цикла Ренкина, которая представлена на рис. 2.2, соответствует участок АВ увеличения объема при постоянном давлении. Пар, получаемый в парогенераторе, направляется в турбину, где происходит его расширение и превращение внутренней энергии пара в механическую, т.е. в турбине совершается полезная работа. Процесс расширения пара в турбине происходит по адиабате ВС (см. рис. 2.3)

АВ – подвод теплоты рабочему телу в парогенераторе; ВС – преобразование энергии пара в механическую энергию в турбине; СД – охлаждение пара в конденсаторе; ДА – подача насосом конденсата в парогенератор.

Рисунок 2.3 – Схема идеального цикла Ренкина паросиловой ус-

тановки

Далее отработанный в турбине пар конденсируется и из конденсатора охлаждающей водой отводится теплота. Конденсат питательным насосом подается в парогенератор, что сопровождается возрастанием давления воды при постоянном объеме. Этому процессу соответствует участок ДА.

КПД идеального цикла Ренкина, как и любой тепловой машины, характеризуется отношением теплоты, затраченной на работу, ко всей полученной от нагревателя теплоте:

,

где - количество теплоты, подведенное к рабочему телу в парогенераторе;

- количество теплоты, отведенного охлаждающей водой в конденсаторе.

Любая конденсационная паротурбинная электростанция включает в себя четыре обязательных элемента:

энергетический котел, или просто котел, в который подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идет процесс горения — химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Сгорающее топливо является мощным источником теплоты, которая передается питательной воде. Последняя нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения. Этот пар с температурой 540 °С и давлением 13—24 МПа по одному или нескольким трубопроводам подается в паровую турбину;

турбоагрегат, состоящий из паровой турбины, электрогенератора и возбудителя. Паровая турбина, в которой пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного), преобразует потенциальную энергию сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в электрических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя;

конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения. Это позволяет очень существенно сократить затрату энергии на последующее сжатие образовавшейся воды и одновременно увеличить работоспособность пара, т.е. получить большую мощность от пара, выработанного котлом;

питательный насос для подачи питательной воды в котел и создания высокого давления перед турбиной.

Таким образом, в ПТУ над рабочим телом совершается непрерывный цикл преобразования химической энергии сжигаемого топлива в электрическую энергию.

Кроме перечисленных элементов, реальная ПТУ дополнительно содержит большое число насосов, теплообменников и других аппаратов, необходимых для повышения ее эффективности

В зависимости от вида вырабатываемого рабочего тела котельные установки подразделяются на паровые, вырабатывающие водяной пар требуемых параметров, и водогрейные, которые выдают горячую воду определенной температуры.

По назначению котельные установки делятся на энергетические, производственные (промышленные), отопительно-производственные и отопительные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар высокого (р≤9 МПа) и среднего (р≤3,5 МПа) давлений, предназначенный для дальнейшего преобразования в паровых турбинах на ТЭС.

Производственные котельные установки предназначены для получения водяного пара или горячей воды на различные технологические нужды. В отопительных котельных установках вырабатывают водяной пар низкого давления или нагревают воду только для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий и сооружений.

По конструктивному выполнению котельные установки подразделяют на барабанные и прямоточные.

Барабанные – циркуляция воды и пароводяной смеси осуществляется за счет различия плотностей воды и пароводяной смеси, то есть естественная циркуляция.

Прямоточные – циркуляция воды и пара принудительная, создается насосами.

Рабочий процесс в котельных установках состоит из следующих конечных стадий:

а) горение топлива;

б) теплопередача от горячих дымовых газов к воде или пару;

в) парообразование (нагрев воды до кипения и ее испарение) и перегрев насыщенного пара.

Схема барабанного парогенератора показана на рис. 2.4.

1- барабан котла; 2- топочная камера; 3- водяные экраны; 4- опускные трубы; 5- фестонный пучок; 6- водяной экономайзер; 7- пароперегреватель; 8- воздухоподогреватель; 9- обмуровка; 10- пылеугольные горелки.

Рисунок 2.4 – Схема барабанного парогенератора с

естественной циркуляцией

Питательная вода поступает в экономайзер 6, где происходит ее подогрев за счет тепла газов, уходящих из котла. Экономайзер – это система чугунных или стальных труб гладких или ребристых, внутри которых циркулирует вода.

Подогретая вода из экономайзера поступает в барабан котла, а из него через опускные трубы 4 попадает в нижние коллекторы, и которых она переходит в экранные трубы 3. Образовавшийся в экранных трубах пар собирается в паровом пространстве барабана котла, откуда он поступает для перегрева в пароперегреватель 7. Топливо в топочную камеру поступает через пылеугольные горелки 10. В топочном пространстве развивается наиболее высокая t° и организуется наиболее эффективная теплоотдача лучеиспусканием. Продукты сгорания из топочного пространства, проходя пароперегреватель, и водяной экономайзер попадают в воздухоперегреватель 8 и далее в дымовую трубу. Подогретый воздух из воздухоперегревателя с помощью вентилятора подается в топочную камеру. Весь котлоагрегат заключен в обмуровку 9.

Обмуровка – система огнеупорных и теплоизоляционных конструкций, предназначенная для уменьшения тепловых потерь.

Дата добавления: 2014-01-07