Термодинамические циклы паротурбинных установок
Термодинамические циклы паротурбинных установок играют ключевую роль в обеспечении эффективного преобразования тепловой энергии в механическую работу. Рассмотрим основные циклы, применяемые в паротурбинных установках (ПТУ).
Цикл Карно для ПТУ
Цикл Карно является идеализированной моделью термодинамического цикла, работающего между двумя тепловыми резервуарами. В этом цикле тепло передается из горячего источника рабочему телу, затем рабочее тело отдаёт часть тепла в форме работы, и остальное тепло отводится в холодный резервуар. Для паротурбинных установок этот цикл представлен двумя адиабатическими и двумя изотермическими процессами. В реальных условиях цикл Карно недостижим из-за необходимости реализации идеальных процессов без потерь и с абсолютной тепловой изоляцией.
Цикл Ренкина
Цикл Ренкина представляет собой практическую реализацию идеализированного цикла Карно и наиболее широко применяется в современных паротурбинных установках. В этом цикле вода используется в качестве рабочего тела, которое последовательно испаряется, расширяется в турбине, конденсируется и вновь подается в котёл. Цикл включает четыре основных этапа: изобарическое подведение тепла в котле, адиабатическое расширение в турбине, изобарическое отведение тепла в конденсаторе и адиабатическое сжатие насосом.
Цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара
Цикл с промежуточным перегревом пара является усовершенствованной версией цикла Ренкина. В этом цикле после первичного расширения пара в турбине часть пара возвращается в котёл для дополнительного перегрева, а затем вновь подается на турбину для дальнейшего расширения. Это позволяет повысить среднюю температуру теплопоступления и, следовательно, увеличить термодинамическую эффективность установки. Промежуточный перегрев также способствует снижению влажности пара в выпускной части турбины, что уменьшает износ лопаток.
Теплофикационный цикл ПТУ
Теплофикационный цикл ПТУ используется в теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) для одновременного производства электричества и тепла. Этот цикл основан на цикле Ренкина, но с добавлением дополнительного этапа отбора части пара из турбины для нужд отопления или технологического использования. Теплофикационный цикл позволяет значительно повысить общий КПД установки, достигая суммарной эффективности использования топлива до 85%, что делает его крайне эффективным для централизованного теплоснабжения.
Регенеративный цикл ПТУ
Регенеративный цикл ПТУ включает использование теплообменников для подогрева питательной воды перед её поступлением в котёл за счёт отбора пара из промежуточных ступеней турбины. Этот процесс уменьшает количество топлива, необходимого для доведения воды до температуры насыщения, и, таким образом, улучшает термодинамическую эффективность системы. Использование нескольких регенеративных подогревателей позволяет оптимизировать процесс отбора тепла и уменьшить эксергетические потери.
