1.21 Теоретический цикл паротурбинной установки

Паротурбинная установка (ПТУ) предназначена для производства электроэнергии за счет тепла сжигаемого топлива. Рабочим телом в ПТУ есть вода и водяной пар. Тепловой двигатель – паровая турбина.

ПГ – парогенератор или котельный агрегат;

ПВ – подогреватель воды;

ИП – испаритель поверхности;

ПП – пароперегреватель;

Т – турбина паровая;

Э – электрогенератор;

К – конденсатор;

ПН – питательный насос.

Рисунок 1.27 – Схема паротурбинной установки

Полученный в парогенераторе ПГ перегретый пар подается на паровую турбину Т, на валу турбины находится ротор электрогенератора. За счет механической энергии вращающегося вала турбины в электрогенераторе Э вырабатывается электрическая энергия.

Отработанный пар после турбины направляется в конденсатор К, где превращается в воду. Питательным насосом ПН конденсат сжимается до давления выше, чем в ПГ и направляется в котельный агрегат. Вода проходит подогреватель воды ПВ (экономайзер), где нагревается до температуры начала кипения, дальше попадает в испарительные поверхности ИП, где полностью испаряется и после этого в пароперегревателе ПП доводится до нужных параметров.

1.22 Цикл Ренкина

Рисунок 1.28 – Цикл Ренкина в координатах

Процесс 1-2 адиабатического расширения пара в турбине. При этом давление пара уменьшается от р₁ до р₂.

2-2` - процесс конденсации водяного пара в конденсаторе. Протекает при р₂, Т₂=const. Конденсация протекает за счет отбора от пара теплоты q₂.

2`-3 – процесс изохорного сжатия воды в ПН (процесс изохорного повышения давления, т.к вода практически не сжимается).

3-4 – процесс подогрева воды до начала кипения в ПВ за счет подвода теплоты q_1.

4-5 – процесс испарения за счет подвода теплоты q₁.

5-1 – перегрев пара из состояния 5 в 1, процесс перегрева пара осуществляется за счет подвода теплоты q₁.

Термический КПД установки

Подвод и отвод теплоты протекают при р=const, тогда

,

Поскольку энтальпия в точках 3 и 2` практически не отличаются за счет сжатия воды.

;

Отработанный пар после турбины часто используется на производственные нужды и отопление.

Иногда используется промежуточный отбор пара в турбине, его направляют для вторичного перегрева в парогенератор.

1.23 Реальные термодинамические процессы. Влажный воздух

Влажный воздух является рабочим телом и широко применяется в системах кондиционирования воздуха и в технике для сушки.

Сухой воздух – это воздух, который не содержит водяных паров.

Влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяного пара.

Влажный воздух представляет собой газовую смесь, состоящую из молекул О₂, N₂ и H₂O.

Существует предел содержания водяного пара в воздухе при превышении которого водяной пар начинает конденсироваться и переходит в туман или росу.

Насыщенный влажный воздух – это воздух, который содержит максимально возможное количество водяных паров при данных условиях.

Воздух, занимающий промежуточное положение между сухим и насыщенным влажным воздухом называется ненасыщенным воздухом.

Если ненасыщенный влажный воздух охлаждать, например при р = const, то при некоторой температуре такой воздух станет насыщенным. Эта температура называется температурой точки росы t_p. Охлаждение воздуха ниже точки росы приводит к конденсации водяного пара из воздуха (образуется туман либо выпадает роса).

Согласно закону Дальтона, если влажный воздух находится при барометрическом р_б давлении, то

,

где р_вз – парциальное давление сухого воздуха, Па;

р_п – парциальное давление водяного пара, Па.

Соответственно парциальное давление сухого воздуха может быть определено из выражения, Па:

.

Характеристиками влажного воздуха являются абсолютная и относительная влажность.

Абсолютная влажность воздуха – это отношение массы пара М_п к занимаемому объему V. Очевидно, что это плотность пара .

, .

Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре. Обозначается , измеряется в процентах.

,

где - абсолютной влажности воздуха (плотность пара), ;

- абсолютная влажность в состоянии насыщения, .

Иногда относительную влажность удобнее определять по формуле

,

где р_п – парциальное давление водяного пара, Па

- парциальное давление насыщенного пара, Па.

Определить абсолютная и относительная влажность можно, зная температуру точки росы. Для определения точки росы используются приборы, которые называются гигрометры. Зная температуру точки росы, по таблицам определяется парциальное давление пара р_п и парциальное давление насыщенного пара .

Приборы, которые используют принцип «сухого» и «мокрого» термометров, позволяют более точно определить относительную влажность воздуха. Такие приборы называются психрометрами.

Зная температуру «сухого» и «мокрого» термометров по таблицам или графикам определяется относительная влажность воздуха.

В технике широко используется такая характеристика влажного воздуха, как влагосодержание.

Влагосодержание – это отношение массы пара к массе сухого воздуха.

, ,

где М_п - массы пара во влажном воздухе, кг;

М_вз - массе сухого воздуха, кг.

Поскольку во влажном воздухе масса пара значительно меньше массы сухого воздуха М_п<М_вз, то для влагосодержания часто используется размерность .

Массу пара и массу сухого воздуха можно найти, используя уравнение состояния идеального газа, применив его для пара и воздуха.

,

Тогда, учитывая, что пар и воздух занимают один и тот же объем, находятся при одинаковой температуре, т.е. V=const и Т=const, получим:

;

.

Учитывая значения удельных газовых постоянных пара и сухого воздуха ; ,

получим следующие выражения для влагосодержания

.

Вспоминая, что , выражения для влагосодержания представим в виде

, ;

Или

,