Tema 8. INSTALAȚII DE ABURI
8.1. Schema principală a centralei electrice cu aburi
Transformarea energiei combustibilului organic sau nuclear în energie mecanică prin intermediul vaporilor de apă se realizează în centralele cu abur (bp), care stau la baza construcției de energie electrică la scară largă. O diagramă schematică a celei mai simple centrale de abur este prezentată în Fig. 8.1.
Fig. 8.1. Schema termică de bază a centralei termice cu abur
Apa din cazan de abur 1 se transformă în abur supraîncălzit cu parametrii p1. T1. i1, care curge prin conducta cu abur turbina 2, unde este expansiunea adiabatică a unui p2 presiune cu îndeplinirea lucrărilor tehnice, care rezultă în mișcare de rotație a rotorului generatorului electric 3. Vaporii intră apoi în condensatorul 4, care este un schimbător de căldură tubular. Suprafața interioară a tuburilor condensatorului este răcit cu apă care circulă.
În condensatorul cu apa de răcire din abur, căldura de vaporizare este îndepărtată și aburul trece la presiunea constantă p2 și temperatura t2 în lichid, care este alimentat în cazanul cu abur prin intermediul pompei 5. Ciclul este apoi repetat.
În Fig. 8.2 prezintă schema turbinei cu abur. unități cu turbină sunt concepute pentru a transforma energia fluid (gaz cu abur) având o presiune ridicată și temperatură în energia mecanică a rotorului turbinei. Turbinele sunt utilizate ca motoare de generatoare electrice, turbocompresoare, suflante, pompe.
Fig. 8.2. Schema turbinei cu o singură treaptă de tip activ
Vaporii de apă cu presiune ridicată și temperatură intră în duza 1, când expiră, presiunea scăzută, iar energia cinetică crește. Jetul de abur este îndreptat către rotoarele lamei 2 a turbinei fixate pe discul 3, dându-le o parte din energia lor cinetică, care este transmisă prin lamele la rotorul rotativ.
În mod tipic, turbina are mai multe duze care alcătuiesc aparatul de duză. Lamele de lucru sunt situate de-a lungul întregii circumferințe a discului și formează o rețea de lucru. Aparatul de duză și grătarul de lucru alcătuiesc stadiul turbinei, iar canalele pentru trecerea gazului sunt partea care curge din turbină.
Turbinele sunt de tip single-stage și multistage, active și reactive.
În turbinele active, expansiunea aburului are loc numai în duze, în turbine cu jet, în duze și în canalele de lame de lucru.
8.2 Ciclul lui Rankine
În centralele cu abur, se utilizează ciclul Rankine. În ciclul Rankine, răcirea aburului umed în condensator este efectuată înainte de a fi transformată în apă.
Există ciclul Rankine cu abur saturat uscat și abur supraîncălzit (Figura 8.3). În ciclul Rankine cu abur saturat uscat, abur saturat uscat cu parametrii p1. T1. i1 alimentat de la cazan la turbina (punctul 1 din Fig. 8.3), unde este extins adiabatic de la o presiune p1 la p2 presiune (punctul 2). După turbină, aburi saturați saturați cu parametrii p2. T2. i2 intră în condensator, unde este condensat complet la presiune constantă și temperatură (punctul 3). Apa de alimentare este comprimată de pompă la o presiune p1. egală cu presiunea din cazanul de abur și introdusă în cazan (punctul 4). Parametrii apei la intrarea cazanului - p1. T2. I4. În cazanul cu abur, apa de alimentare este amestecată cu apă fiartă, încălzită până la punctul de fierbere și evaporată
Fig. 8.3. Ciclul Rankine
Ciclul Rankine constă în următoarele procese:
4'-1 - procesul de vaporizare în cazan la presiune constantă;
1-2 - expansiunea adiabatică a aburului în turbină;
2-3 - procesul de condensare a aburului umed în condensator cu îndepărtarea căldurii cu ajutorul apei de răcire;
3-4 - procesul de compresie adiabatică a apei în pompă de la presiunea p2 la presiunea p1;
4-4 'este procesul de furnizare a căldurii la apă la o presiune p1 într-un cazan de abur până la punctul de fierbere corespunzător acestei presiuni.
Eficiența termică a ciclului
Încălzirea q1 în ciclu este furnizată în procesele: 4-4 '- încălzirea apei până la punctul de fierbere al cazanului; 4'-1 - vaporizare în cazan. La 1 kg de abur q1 în procesul izobară este egal cu entalpie diferență finită (punctul 1) și inițial (punctul 4) pentru furnizarea de puncte de căldură pentru proces:
Termică. N. D. Less termic ciclu Rankine k. Ciclul N. D. Carnot, cu aceiași parametri inițiali și finali ai aburului, ca q1 ciclu termic Carnot consumat numai pe procesul de vaporizarea (adică q1 ≈r), în ciclul Rankine a petrecut ca generarea de abur și pentru încălzirea apei de alimentare în cursul 3-4. Prin urmare, pentru centrala de abur, la un interval de temperatură predeterminat termodinamic mai ciclu favorabil ar fi ciclul Carnot. Cu toate acestea, punerea sa în aplicare implică mari dificultăți. Ciclul Carnot este relativ mai ușor de realizat în aburul umed. Acest lucru se datorează faptului că, în aburul umed izoterme coincide cu izobară și pot fi puse în aplicare de fapt, în cazan și condensator. Cu toate acestea, ciclul Carnot, condensarea vaporilor în procesul izoterm nu este completă, rezultând într-o apă ulterioară proces adiabatic nu este comprimat, la fel ca în ciclul Rankine, un abur umed având un volum relativ mare.
În ciclul Rankine cu abur supraîncălzit, se adaugă încă un proces: 1-1 '- supraîncălzirea aburului.
Efectul parametrilor aburului asupra eficienței termice a ciclului Rankine
O analiză a eficienței termice a ciclului Rankin arată că eficiența termică a centralei cu abur crește odată cu creșterea presiunii inițiale p1 și a temperaturii inițiale a aburului t1.
Când temperatura aburului la ieșirea din cazan crește (presiunea vaporilor nu se schimbă), i1 crește. Dacă entalpiile rămase în expresie (8.5) sunt neschimbate, ceea ce este fezabil din punct de vedere tehnic, atunci, după cum se arată în (8.5), o creștere a temperaturii vaporilor la ieșirea din cazan este însoțită de o creștere a lui nt.
Atunci când crește presiunea de vapori la ieșirea din cazan (temperatura aburului supraîncălzit nu se schimbă) scade i1 (vezi tabelul termodinamice proprietățile apei și abur supraîncălzit). Dacă entalpia de repaus în expresia (8.5) sunt fixe, care este fezabil tehnic, rezultă din (8.5), creșterea presiunii aburului la ieșirea unui cazan însoțit de o ηt scădere. În consecință, presiunea la ieșirea din unitatea cazanului este indicat să se crească numai pentru a crește temperatura aburului.
8.4 Modalități de îmbunătățire a eficienței centralelor electrice cu abur
În ciuda faptului că implementate în prezent dezvoltarea în masă a parametrilor de înaltă și ultraînaltă cu abur (p1 = 23,0 ÷ 30,0 MPa; t1 = 570 ÷ 600 0 C) ..., N d la ciclul Rankine termic nu depășește 50% . Proporția reală de plante folositoare folosite chiar mai puțină căldură datorită pierderilor asociate cu procesele ireversibile interne. În acest sens, a fost propus alte metode de a îmbunătăți eficiența termică a centralelor electrice cu abur.
Fig. 8.4. Schema centralei electrice cu abur cu supraîncălzitor intermediar
Una dintre aceste metode este supraîncălzirea intermediară a aburului (Figura 8.4). Aici, aburul este supraîncălzit în supraîncălzitorul 2 al generatorului de abur 1 și este alimentat într-un cilindru de înaltă presiune 3 în care treptele turbinei sunt proiectate pentru abur de înaltă presiune. Într-un cilindru de înaltă presiune, aburul produce lucrări mecanice, presiunea și scăderea temperaturii. Din cilindrul de înaltă presiune, aburul este trimis către un supraîncălzitor intermediar 4, unde temperatura acestuia este mărită, dând o anumită căldură q1 '. De la supraîncălzitorul intermediar, aburul este trimis la cilindrul de joasă presiune 5, unde acesta efectuează lucrări mecanice, reducând presiunea și temperatura acestuia la presiunea și temperatura condensatorului. 7. Condensatorul este furnizat condensatorului prin pompa 8 generatorului de abur. Cilindrii cu presiune joasă și înaltă sunt localizați pe același arbore cu un generator electric 6.
Cantitatea de căldură q2 dată de vaporii din condensator rămâne constantă, iar cantitatea de căldură q1. Aburul raportat în boiler este mărit cu q1 '. furnizat la abur într-un supraîncălzitor intermediar. Prin urmare, în conformitate cu punctul (8.1), eficiența termică a unei centrale electrice cu abur cu un supraîncălzitor intermediar este mai mare decât cea a unei centrale electrice cu abur fără un supraîncălzitor intermediar. Creșterea eficienței termice în acest caz nu depășește 2-3%.
O modalitate mai eficientă de creștere a eficienței termice a unei centrale termice cu aburi este utilizarea schemelor regenerabile de încălzire a apei de alimentare (Figura 8.5).
Fig. 8.5. Schema unei centrale electrice cu abur cu supraîncălzitor intermediar și încălzire cu apă regenerabilă de alimentare
Pentru a obține o astfel de schemă, este instalat un încălzitor de apă de alimentare 9 și este prevăzută o prelevare suplimentară de aburi. De exemplu, de la un cilindru de joasă presiune. În acest caz, aburul care trebuie încălzit pentru alimentarea cu apă nu produce căldură în condensator, iar cantitatea de căldură pierdută în condensator scade cu o anumită cantitate q2 '. Prin urmare, în conformitate cu punctul (8.1), eficiența termică a centralei electrice cu abur crește. Cu toate acestea, datorită faptului că o parte a aburului îndreptată spre încălzirea apei de alimentare nu efectuează lucrări mecanice la etapele ulterioare ale turbinei, puterea livrată de turbină la generatorul de energie în acest caz este redusă.
Încălzirea regenerativă a apei de alimentare permite creșterea eficienței termice a centralei cu abur cu 10-12%.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: