Термодинамические циклы в энергетических установках

Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу, а также для отъема тепла от более холодного тела и передачи его более горячему (охлаждения) под действием механической работы.

Компонентами любой тепловой машины являются рабочее тело, нагреватель и холодильник (с помощью которых меняется состояние рабочего тела). Обратимым называют цикл, который можно провести как в прямом, так и в обратном направлении в замкнутой системе.

Суммарная энтропия системы при прохождении такого цикла не меняется.

Единственным обратимым циклом для машины, в которой передача тепла осуществляется только между рабочим телом, нагревателем и холодильником, является Цикл Карно.

Существуют также другие циклы (например, циклы Стирлинга и Эрикссона), в которых обратимость достигается путём введения дополнительного теплового резервуара регенератора. Можно показать, что обратимые циклы обладают наибольшей эффективностью.

Энергетическая установка - установка, состоящая из двигателя и всех вспомогательных устройств, необходимых для его работы.

Существует множество различных циклов энергетических установок, но не все они основываются на термодинамических циклах, например ветроустановки, поэтому в данном реферате будут рассматриваться следующие термодинамические циклы: - цикл Ренкина на основе паротурбинной установки - цикл Ренкина с промежуточным перегревом Термодинамический цикл Ренкина на основе паротурбинной установки За основной цикл в паротрубной установке принят идеальный цикл Ренкина, в котором осуществляется полная конденсация пара, для увеличения давления питательной воды используется насос и, кроме того, применяется перегретый пар, что позволяет повысить среднеинтегральную температуру.

Процессы нагрева и охлаждения рабочего тела осуществляются при давлении острого пара и давлении в конденсаторе.

Паровая установка представляет собой паровой котел в котором нагревается вода и превращается в пар, который под высоким давлением поступает на лопатки турбины. Под действием пара лопатки закрепленные на роторе начинают вращаться. Ротор турбины приводит во вращение вал генератора, который вырабатывает электрическую энергию.

Проходя лопатки турбины, пар расширяется и остывает. После этого он попадает в конденсатор и там уже превращается в воду, которая насосом снова подается в котел.

Химическая энергия топлива при его сжигании превращается во внутреннюю энергию продуктов сгорания, которая затем в виде тепла передаются воде и пару в котле 1 (процесс ПН О) и пароперегревателе 2 .Полученный пар, направляется в паровую турбину 3 (процесс О К), где и происходит преобразование теплоты в работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе 4, отработанный пар поступает в конденсатор 5 (процесс К К`), где отдает тепло охлаждающей воде.

Полученный конденсат, насосом 6 сжимается (процесс Д ПН) и подается в котел 1 Схема цикла Цикл Ренкина на основе паротурбинной установки в P -S диаграмме. ПН - 0 изобарный процесс генерирования пара; 0 К расширение пара в турбине; К К' конденсация отработавшего пара; К' КН процесс в конденсатном насосе; КН Д подогрев воды в деаэраторе; Д ПН процесс в питательном насосе Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара Для того чтобы увеличить термический к. п. д. цикла Ренкина, часто применяют так называемый перегрев пара в специальном элемент установки - пароперегревателе, где пар нагревается до температуры, превышающей температуру насыщения при данном давлении P1. В этом случае средняя температура подвода тепла увеличивается по сравнению с температурой подвода тепла в цикле без перегрева и, следовательно, термический к. п. д. цикла возрастает. Цикл Ренкина с перегревом пара является основным циклом теплосиловых установок, применяемых в современной теплоэнергетике.

Поскольку в настоящее время не существует промышленных энергетических установок с ядерным перегревом пара (перегрев пара в непосредственно в активной зоне ядерного реактора), то для ядерных реакторов BWR и РБМК используется цикл с промежуточным перегревом пара. Схема цикла Цикл с промежуточным перегревом пара в P -S диаграмме. Для повышения КПД в цикле с промежуточным перегревом пара, используется двух ступенчатая турбина, состоящая из цилиндра высокого давления ( ЦВД, на схеме обозначен - 3 ) и нескольких (4 для РБМК) цилиндров низкого давления (5). Пар из барабана сепаратора направляется в цилиндр высокого давления, часть пара отбирается для перегрева.

Расширяясь в цилиндре высокого давления процесс на диаграмме 0-А, пар совершает работу. После ЦВД пар направляется в пароперегреватель (4), где за счет охлаждения отобранной в начале части пара, осушается и нагревается до более высокой температуры, (но уже при более низком давлении, процесс А-ПП на диаграмме) и поступает в цилиндры низкого давления турбины (5). В ЦНД пар расширяясь, снова совершает работу (процесс ПП-К на диаграмме) и поступает в конденсатор (7). Остальные процессы соответствуют процессам в выше рассмотренном цикле Ренкина.

Заключение По разобранным примерам термодинамических циклов можно убедиться, что термодинамические циклы действительно круговые процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура, энтропия) совпадают.