I dampkraftværker bruges dampe af forskellige væsker (vand, kviksølv osv.), men oftest vanddamp, som arbejdsvæske.

I dampkedlen på et dampkraftværk (1) på grund af varmeforsyningen Q 1 produceret ved forbrænding af brændsel i ovnen, dannes damp, når konstant tryk p 1(Fig. 33). I overhederen (2) opvarmes den yderligere og går over i tilstanden af ​​overophedet damp. Fra overhederen kommer damp ind i dampmaskinen (3) (f.eks. i dampturbine), hvor det udvider sig helt eller delvist til tryk p 1 med kvittering nyttigt arbejde L 1. Udstødningsdampen sendes til køleskabskondensatoren (4), hvor den kondenseres helt eller delvist ved konstant tryk s 2. Dampkondensering opstår som følge af varmeudveksling mellem udstødningsdampen og kølevæsken, der strømmer gennem køleskabskondensatoren (4).

Efter køleskabet kommer den kondenserede damp ind i pumpens indløb (5), hvor væsketrykket stiger fra kl. s 2 til den oprindelige værdi p 1 hvorefter væsken kommer ind i dampkedlen (1). Installationscyklussen er afsluttet. Hvis der opstår delvis kondensering af udstødningsdamp i køleskabet (4), så anvendes i dampkraftværket i stedet for en pumpe (5) en kompressor, hvor trykket af damp-vand-blandingen også stiger med s 2 til p 1. For at reducere kompressionsarbejdet er det dog tilrådeligt at kondensere dampen fuldstændigt i kondensatoren og derefter komprimere ikke damp-vand-blandingen, men vandet, der forlader kondensatoren. Den beskrevne cyklus for et dampkraftværk kaldes Rankine-cyklussen (fig. 34).

Rankine-cyklussen består af en isobar ( 4–1 ), hvor varme tilføres varmelegemet, adiabats ( 1–2 ) udvidelse af damp i en dampturbine, isobarer ( 2–3 ) varmefjernelse i køleskab-kondensator og isochores ( 3–4 ) øge vandtrykket i pumpen. Linje ( 4-a) på isobaren svarer til processen med at øge væskens temperatur efter pumpen til kogepunktet ved tryk p 1. plot ( a–b) svarer til omdannelsen af ​​en kogende væske til tør mættet damp, og sektionen ( b-1) – processen med at tilføre varme til en dampoverheder for at omdanne tør mættet damp til overhedet damp.

Ris. 34. Rankine cyklus i koordinater p-v (EN) Og T-s (b)

Arbejdet udført af damp i en turbine er lig med forskellen i entalpier af damp før og efter turbinen

Det arbejde, der bruges på at komprimere vand i pumpen, er også bestemt af forskellen i entalpien af ​​arbejdsfluidet i punkterne (4) og (3).

I koordinater р-v dette arbejde er bestemt af området e-3-4-f(Fig. 34a). Dette arbejde er meget lille i forhold til møllens arbejde.

Det nyttige arbejde i cyklussen er lig med turbinens arbejde minus det arbejde, der er brugt på at drive pumpen w N

Specifik mængde varme q 1 tilført i kedlen og overhederen bestemmes ud fra termodynamikkens første lov (intet arbejde udføres) som forskellen i entalpier af arbejdsvæsken i varmeforsyningsprocessen

Hvor h 4– entalpi varmt vand ved indløbet til dampkedlen under tryk s 2 praktisk talt lig med entalpien for kogende vand i punkt (3),
dem. h 4 @ h 3.

Ved at sammenligne forholdene kan vi bestemme den termiske effektivitet af Rankine-cyklussen som forholdet mellem det nyttige arbejde modtaget i cyklussen og mængden af ​​tilført varme

. (309)

Andre vigtig egenskab dampkraft installationer– specifikt dampforbrug d, som karakteriserer mængden af ​​damp, der kræves for at producere 1 kWh energi ( 3600 J), og måles i .

Specifikt forbrug et par i Rankine-cyklussen er lig med

. (310)

Det specifikke dampforbrug bestemmer størrelsen af ​​enhederne: Jo større det er, jo mere damp skal der genereres for at opnå samme effekt.

Måder at øge effektiviteten af ​​dampkraftværker

Den termiske effektivitet af Rankine-cyklussen, selv i installationer med høje dampparametre, overstiger ikke 50 % . I rigtige installationer på grund af tilstedeværelsen interne tab i motoren er effektivitetsværdien endnu lavere.

Der er to måder at øge effektiviteten af ​​dampkraftværker: at øge parametrene for dampen foran turbinen og komplicere kredsløbene i dampkraftværker.

1 - dampgenerator; 2 - dampoverhedning; 3 - dampturbine;
4 - kondensator; 5 - fødepumpe; 6 – varmeforbruger

Den første retning fører til en stigning i varmetab under udvidelsen af ​​damp i turbinen ( h 1 - h 2) og som følge heraf til en stigning i den specifikke arbejds- og cykluseffektivitet. I dette tilfælde falder varmen hen over turbinen h 1 - h 2 kan øges yderligere ved at reducere modtrykket i installationskondensatoren, dvs. reducerende tryk r 2. At øge effektiviteten af ​​dampkraftværker på denne måde er forbundet med at løse en række vanskelige tekniske problemer, især brugen af ​​højlegerede, varmebestandige materialer til fremstilling af turbiner.

Effektiviteten ved at bruge et dampkraftværk kan øges betydeligt ved at bruge varmen fra udstødningsdamp til opvarmning, varmtvandsforsyning, tørringsmaterialer osv. Til dette formål kan kølevandet opvarmet i kondensatoren (4) (fig. 35). ikke kastes i reservoiret, men pumpes igennem varmeinstallationer varmeforbruger (6). I sådanne installationer genererer stationen mekanisk energi i form af nyttigt arbejde L 1 på turbineakslen (3) og varme Q osv. til opvarmning. Sådanne stationer kaldes termiske kraftværker ( CHP). Kombineret generering af termisk og elektrisk energi er en af ​​de vigtigste metoder til at øge effektiviteten af ​​termiske installationer.

Effektiviteten af ​​et dampkraftværk kan øges sammenlignet med Rankine-cyklussen ved at bruge den såkaldte regenerative cyklus
(Fig. 36). I denne ordning fødevand, der kommer ind i kedlen (1), opvarmes af damp, delvis taget fra turbinen (3) . I henhold til dette skema sendes damp produceret i kedlen (1) og overophedet i overhederen (2) til turbinen (3), hvor den udvider sig til trykket i kondensatoren (4). Imidlertid forlader en del af dampen, efter at den har udført arbejde, turbinen og sendes til den regenerative varmelegeme (6) , hvor den som følge af kondens opvarmer fødevandet fra pumpen (5) til kedlen (1) .

Selve kondensatet, efter den regenerative varmelegeme, kommer ind i pumpeindløbet (5) eller kondensatoren 4, hvor det blandes med dampkondensatet, der har passeret gennem alle trin i turbinen. Således kommer den samme mængde fødevand ind i kedlen, som kommer ud af den i form af damp. Fra diagrammerne (fig. 37) er det tydeligt, at hvert kilogram damp, der kommer ind i turbinen, udvider sig på grund af tryk p 1 op til pres s 2, laver arbejde w1 = h 1 - h 2. Par i mængde ( 1 - g) fraktioner af et kilogram udvider sig til sluttryk s 3, laver arbejde w2=h2-h3. Det samlede arbejde på 1 kg damp i den regenerative cyklus vil være

hvor er fraktionen af ​​damp taget fra turbinen og tilført regeneratoren.

Ris. 37. Graf over adiabatisk ekspansion af damp i en turbine med mellemudtræk ( EN) og ændringer i mængden af ​​damp ( b)

Ligningen viser, at brugen af ​​varmegenvinding fører til et fald i det specifikke ekspansionsarbejde sammenlignet med Rankine-cyklussen med de samme dampparametre. Beregninger viser dog, at arbejdet i den regenerative cyklus falder langsommere end varmeforbruget for at producere damp i nærvær af regenerering, derfor er effektiviteten af ​​et dampkraftværk med regenerativ opvarmning i sidste ende højere end effektiviteten af ​​den konventionelle cyklus.

Brugen af ​​høj- og ultrahøjtryksdamp for at øge effektiviteten af ​​installationer støder på en alvorlig vanskelighed: dens fugtighed i de sidste trin af turbinen er så høj, at den reducerer turbinens effektivitet betydeligt, forårsager erosion af vingerne , og kan forårsage deres fiasko. Derfor er det i installationer med høje dampparametre nødvendigt at bruge den såkaldte mellemliggende overophedning af damp, hvilket også fører til en stigning i installationens effektivitet (fig. 38).

Ris. 38. Skema af et dampkraftværk med mellemliggende dampoverhedning:

1 - dampgenerator; 2 - damp overhedning; 3 – højtryksturbine (HPT); 4 – lavtryksturbine (LPT); 5 - kondensator; 6 - fødepumpe; 7 – mellemoverhedning; 8 – forbruger

I et dampkraftværk med mellemliggende overhedning af damp udledes dampen efter ekspansion i højtryksturbinen (3) til en speciel overhedning (7) , hvor det genopvarmes under tryk r rp til en temperatur, der normalt er lidt lavere end temperaturen t 1.Overhedet damp kommer ind i lavtryksturbinen (4) og udvider sig i den til sluttrykket s 2 og går ind i kondensatoren (5) (fig. 39).

Fugtigheden af ​​damp efter turbinen i nærvær af dampoverophedning er betydeligt mindre, end den ville være uden den ( x 1 > x 2) (Fig. 39). Brugen af ​​mellemliggende overophedning under virkelige forhold giver øget effektivitet tilnærmelsesvis 4 % . Denne gevinst opnås ikke kun på grund af en stigning i lavtryksturbinens relative effektivitet, men også på grund af en stigning i det samlede arbejde med dampekspansion gennem lavtryksturbinen og højt tryk. Faktum er, at summen af ​​segmenterne og , der karakteriserer driften af ​​henholdsvis høj- og lavtryksturbiner, er større end segmentet 1 –e, som kendetegner ekspansionsarbejdet i turbinen i en installation, hvor der ikke anvendes mellemoverophedning af damp (fig. 39) b).

Ris. 39. Dampekspansionsproces i en installation med mellemliggende overophedning

Kølecyklusser

Køleenheder er designet til at køle legemer til en temperatur under miljø. For at udføre en sådan proces er det nødvendigt at fjerne varme fra kroppen og overføre den til miljøet på grund af arbejde leveret udefra.

Køleenheder anvendes i vid udstrækning i gasindustrien til klargøring af gas til transport i integrerede gasbehandlingsenheder (CGTU'er), til køling af gas på kompressorstationer hovedgasrørledninger, lagt i områder med permafrost, under forarbejdning naturgas, ved modtagelse og opbevaring af flydende naturgas mv.

Teoretisk set er den mest rentable kølecyklus den omvendte Carnot-cyklus. Carnot cykler dog ind køleenheder bruges ikke på grund af de designvanskeligheder, der opstår ved implementering af denne cyklus, og derudover er effekten af ​​irreversible arbejdstab i rigtige kølemaskiner så stor, at det ophæver fordelene ved Carnot-cyklussen.

INSTALLATION AF DAMPKRAFT

Dampkraftværker (SPU) er designet til at producere elektrisk energi og vanddamp, der bruges til industrielle virksomheders produktionsbehov. I øjeblikket har alle store kemiske anlæg og industrielle komplekser deres egne kontrolsystemer.

Figur 20 viser et skematisk diagram af et dampkraftværk. PSU'en består af en dampkedel (1,1"), en dampturbine (2), en kondensator (3) og en fødepumpe (4). Dampkedlen er kompleks ingeniørstruktur. Diagrammet viser konventionelt kun to af dets elementer - kedeltromlen (1) og overhederen (1").

Ris. 20. Skematisk diagram dampkraftværk

Installationen fungerer som følger. Fødevand (kondensat og vand tilbage fra anlægget) pumpes ind i dampkedeltromlen (1) af en pumpe (4). I tromlen på grund af brændslets kemiske varme, som brændes i kedelovnen (ovnen er ikke vist i fig. 3), og i nogle tilfælde på grund af energipotentialet af brændbare eller højtemperatur sekundære energiressourcer , vand ved konstant tryk bliver til fugtig mættet damp (X = 0, 9 – 0,95). Derefter kommer den våde mættede damp ind i kedeloverhederen (1"), hvor den overophedes til en given temperatur. Den overhedede damp sendes til dampturbinen (2). Her udvider den sig adiabatisk for at producere nyttigt arbejde, som omdannes til elektrisk energi ved hjælp af en generator har en række ekstrakter, hvorigennem damp sendes til de teknologiske behov i en industrivirksomhed. Efter turbinen sendes udstødningsdampen til kondensatoren (3). en. skal og rør varmeveksler, hvis hovedformål er at skabe et vakuum bag turbinen. Dette fører til en stigning i varmetabet i turbinen, hvilket øger effektiviteten af ​​PSU-cyklussen. I kondensatoren, på grund af fjernelse af varme fra udstødningsdampen til kølevandet, kondenserer den. Det resulterende kondensat tilføres igen til kedeltromlen af ​​pumpen (4).

Ris. 21. Cykle P.S.U. i P – v og T – S diagrammer

I fig. Figur 21 viser PSU-cyklussen i P – υ og T – S diagrammerne I disse diagrammer svarer linje 1–2–3–4 til den isobariske proces med at producere overophedet damp i en dampkedel. Afsnit 1-2 karakteriserer processen med opvarmning af fødevand til kogepunktet, afsnit 2-3 svarer til processen med dampdannelse, dvs. omdannelsen af ​​vand til damp, afsnit 3-4 karakteriserer processen med dampoverophedning. Linje 4-5 afspejler den adiabatiske proces med dampudvidelse i turbinen. Afsnit 5-6 – isobarisk proces med dampkondensation i en kondensator. Linje 6-1 karakteriserer processen med at øge trykket af fødevand i pumpen. Processen med at øge vandtrykket i pumpen sker praktisk talt kl konstant temperatur og uden varmeudveksling med miljøet. I betragtning af at væsker praktisk talt ikke er komprimerbare, kan dette desuden betragtes som isokorisk. Under disse forhold sker proces 6-1 ved q = 0, T = const, υ = P – υ og T – S og S = P – υ og T – S. Derfor er linje 6-1 i T - S-diagrammet omdannes til et punkt.

Ved analyse af dampkraftværkers cyklusser introduceres følgende begreber:

1. Turbine teknisk drift. Det tekniske arbejde i en turbine refererer til arbejdet i alle termodynamiske processer i cyklussen.

For isobarisk proces 1-4 har vi:

(7.12)

Under processen med adiabatisk udvidelse af damp i en turbine:

Under en isobarisk kondensationsproces i en kondensator:

(7.14)

For proces 6-1, karakterisering af pumpens tekniske drift ved q = 0,

T = const, υ = const og S = const, får vi

Derfor:

2. Cykel arbejde. Cyklusarbejdet defineres som forskellen mellem rørets tekniske arbejde og pumpens arbejde.

Effektiviteten af ​​PSU-cyklussen vurderes ved hjælp af koefficienter nyttig handling cyklus. Der er termisk og intern relativ effektivitet af cyklussen. Den termiske effektivitet af cyklussen forstås som forholdet mellem cyklusarbejdet og den varme, der leveres fra den øvre kilde. Cyklusens arbejde bestemmes af formel (7.17). Den øverste varmekilde i i dette tilfælde er røggasser produceret under forbrændingsprocessen af ​​brændstof, eller højtemperatur H.E.R.

Varme fra den øvre kilde til arbejdsvæsken ( q 1) tilføres dampkedlen i en 1-2-3-4 proces. Denne varme er numerisk lig med:

I dette tilfælde kan den termiske effektivitet af PSU-cyklussen skrives som følger:

(7.19)

I praksis, når man analyserer driften af ​​en PSU, bruges der ofte en formel, der ikke tager højde for pumpens arbejde på grund af dens lillehed sammenlignet med det tekniske arbejde i cyklussen:

(7.20)

hvor Δh er varmetabet i turbinen.

I en egentlig PSU-cyklus er den adiabatiske ekspansionsproces i dampturbinedyserne irreversibel. Irreversibilitet er forbundet med en stigning i entropi, så det faktiske varmetab Δh d mindre end teoretisk Δh. I fig. 22 viser det teoretiske og faktiske varmetab i en dampturbine i h - S diagrammet.

Ris. 22. Grafisk fremstilling af varmetab i en turbine på et h – S diagram.

Den termiske effektivitet af den virkelige PSU-cyklus bestemmes af udtrykket.

Effektiviteten af ​​Rankine-cyklussen, selv i installationer med høje dampparametre, overstiger ikke 50%. I rigtige installationer er effektivitetsværdien endnu lavere på grund af tilstedeværelsen af ​​interne tab i turbinen.

Værdierne af entalpier inkluderet i udtryk (9) er påvirket af tre parametre for arbejdsvæsken - starttrykket r 1 og begyndelsestemperatur T 1 overophedet damp ved turbinens indløb og sluttryk r 2 ved turbineudløbet. Dette fører til en stigning i varmeoverførslen og, som en konsekvens, til en stigning i den specifikke arbejds- og cykluseffektivitet.

Ud over at ændre dampparametre kan effektiviteten af ​​dampkraftværker øges ved at komplicere selve installationens kredsløb.

Baseret på ovenstående identificeres følgende måder til at øge termisk effektivitet.

1. Stigende starttryk s 1 med uændrede parametre T 1 og r 2 (fig. 15, EN). Diagrammet viser Rankine-cyklusser ved maksimale tryk r 1 og r 1a > r 1. En sammenligning af disse cyklusser viser, at med stigende pres til r 1EN varmeændring har højere værdi, end , og mængden af ​​varmetilførsel falder. En sådan ændring i energikomponenterne i cyklussen med stigende tryk r 1 øger den termiske effektivitet. Denne metode giver en betydelig stigning i cykluseffektiviteten, men som følge af øget r 1 (trykket i dampkraftværker kan nå op til 30 ata), øges fugtigheden af ​​dampen, der forlader turbinen, hvilket forårsager for tidlig korrosion af turbinevingerne.

2. Forøgelse af starttemperaturen T 1 med uændrede parametre r 1 og r 2 (fig. 15, b). Sammenligning af cyklusser i et diagram ved temperaturer T 1 og T 1a > T 1 kan man se, at entalpiforskellen øges i større grad end forskellen, da isobaren flyder mere stejlt end isobaren. Med en sådan ændring i entalpiforskellen med stigende maksimal temperatur cyklus termiske effektivitet øges. Ulempen ved denne metode er, at overhederen kræver et varmebestandigt metal, temperaturen på den overhedede damp kan nå op til 650 °C.

3. Samtidig trykstigning s 1 og temperatur T 1 ved konstant tryk r 2. Forfremmelse som r 1 og T 1 øger den termiske virkningsgrad på dampens fugtindhold ved slutningen af ​​ekspansionen, med en stigning r 1 stiger den, og med stigende T 1 – falder. I sidste ende vil dampens tilstand være bestemt af graden af ​​ændring i mængderne r 1 og T 1 .

4. Fald i tryk s 2 ved konstante parametre T 1 og r 1 (fig. 15, V). Med et fald r 2 øges graden af ​​ekspansion af damp i turbinen, og det tekniske arbejde øges ∆ l = l a – l. I dette tilfælde fjernes mængden af ​​varme mindre end (isobaren ved lavere tryk er fladere), og mængden af ​​varmetilførsel stiger med mængden . Som et resultat øges cyklussens termiske effektivitet. Sænkning af trykket r 2 kan opnås ved kondensatorens udgangstemperatur lige temperatur miljø, men på samme tid kondenserende enhed du bliver nødt til at skabe et vakuum, da temperaturen svarer til tryk r 2 = 0,04 ata.

5. Brug af sekundær (mellem) dampoverophedning(fig. 15, G). Diagrammet viser en ret linje 1 –2 viser ekspansion af damp til et vist tryk r 1EN i motorens første cylinder, linje 2-1 a–– sekundær overophedning af damp under tryk r 1EN og lige 1 a-2 a–– adiabatisk ekspansion af damp i den anden cylinder til sluttryk r 2 .

Den termiske effektivitet af en sådan cyklus bestemmes af udtrykket

Brugen af ​​sekundær overophedning af damp fører til et fald i dampens fugtighed ved udløbet af turbinen og til en lille stigning teknisk arbejde. Øget effektivitet i denne cyklus er ubetydelig, kun 2-3%, og en sådan ordning kræver et mere komplekst design af dampturbinen.

6. Anvendelse af den regenerative cyklus. I den regenerative cyklus strømmer fødevandet efter pumpen gennem en eller flere regeneratorer, hvor det opvarmes af damp, delvis taget efter dets ekspansion i nogle trin af turbinen (fig. 16).

Ris. 15. Måder at øge termisk effektivitet Rankine cyklus

Ris. 16. Diagram over et dampkraftværk i drift

i henhold til den regenerative cyklus:

1 –– kedel; 2 –– dampoverhedning; 3 –– dampturbine; 4 –– elektrisk generator; 5 –– køler-kondensator; 6 –– pumpe; 7 –– regenerator; α er andelen af ​​dampekstraktion

Mængden af ​​damp, der tages, vil blive bestemt ud fra ligningen varmebalance til regenerator

hvor er kondensatentalpien ved endeligt damptryk r 2; –– entalpi af damp taget fra turbinen; –– kondensatentalpi ved dampekstraktionstryk.

Det nyttige arbejde af 1 kg damp i en turbine vil blive bestemt af formlen:

Mængden af ​​forbrugt varme pr. 1 kg damp er

Så den termiske effektivitet i den regenerative cyklus vil blive fundet

.

En detaljeret undersøgelse af den regenerative cyklus viser, at dens termiske effektivitet er altid større end termisk effektivitet. Rankine-cyklus med de samme indledende og sidste parametre. Øget effektivitet ved brug af regenerering er den 10–15 % og stiger med stigende mængder af dampudvinding.

7. Anvendelse af opvarmningscyklussen. Opvarmningscyklussen udnytter den varme, der afgives af damp til kølevand, som normalt bruges i varmesystemer, i varmtvandsforsyningssystemer og til andre formål. I dette tilfælde kan den tilførte varme q 1 til arbejdsfluidet omfordeles i varierende grad for at opnå teknisk arbejde og varmeforsyning. I opvarmningscyklussen (fig. 17) behandles en del af elektriciteten ikke, da en del af varmen fra dampen, der tages fra turbinen, forbruges af forbrugeren.

Ris. 17. Diagram over et dampkraftværk i drift

opvarmningscyklus:

1 –– kedel; 2 –– dampoverhedning; 3 –– dampturbine; 4 –– elektrisk generator; 5 –– køler-kondensator; 6 –– pumpe; 7 –– varmeforbruger

Mængden af ​​varme, der modtages af arbejdsfluidet, omdannes delvist til nyttigt arbejde med turbineblade og bruges delvist med henblik på varmeforsyning til forbrugerne. Da begge job er nyttige, mister termisk effektivitet sin betydning.

Effektivitet opvarmningscyklus vil blive bestemt

.

Da der produceres to typer produkter i opvarmningskredsløbet (el og varme), er det nødvendigt at skelne mellem den interne virkningsgrad for varmeproduktion og den vægtede gennemsnitlige virkningsgrad for produktion af el og varme. Hver af dem lig med én, da der ikke er nogen tab inden for cyklussen.

I virkeligheden effektivitet opvarmningscyklus kan ikke være lig med enhed, da der altid er mekaniske tab i turbinen og hydrauliske tab i varmeforsyningssystemer.

Dampkraftværk(PSU) er et kompleks energiudstyr, hvori vanddamp bruges som arbejdsvæske. Der kendes forskellige PSU-cyklusser, herunder Carnot-cyklussen, som, som vist i kap. 4, den højeste termiske effektivitet af alle mulige cyklusser i et givet temperaturområde. Fordelen ved vanddamp er netop, at der under fordampningsprocessen kan tilføres varme til den langs en isoterm og varme kan også fjernes langs en isoterm under kondensering. Hvis varmeforsyningsprocesserne ikke er forbundet med fasetransformationer, er det teknisk meget vanskeligt at udføre dem strengt ved konstante temperaturer. Det kan argumenteres, at Carnot-cyklussen teknisk set kun er mulig i det våde dampområde.

For at gøre dette skal væsken, som er i en tilstand af mætning (vol. 7, fig. 8.1), sendes til en dampgenerator, hvor varme tilføres til den, for eksempel fra forbrændingsprodukterne af organisk brændsel eller frigivet i løbet af nuklear reaktion. I området med våd damp falder isotermen og isobaren sammen, så den i det væsentlige isobariske kogeproces i dampgeneratoren sker også ved en konstant temperatur. Fra dampgeneratoren, tør mættet damp (dvs. 2) sendes til adiabatisk ekspansion til kondensatortryk

Ris. 8.1.

(T. 3 ) i en dampmaskine - en stempeldampmaskine eller en dampturbine. I en kondensator fjernes varme fra udstødningsdamp ved konstant tryk og konstant temperatur, og dampen kondenserer, men ikke fuldstændigt (dvs. 4). Kondensator - Denne varmeveksler, hvori den såkaldte cirkulerende vand, som fjerner den varme, der genereres af damp under kondensering på den ydre overflade af rørene. Våd damp efter kondensatoren kommer ind i et dampstempel eller bladkompressor og komprimeres adiabatisk til tilstanden af ​​mættet vand, inkl. 1.

Termisk effektivitet af Carnot-cyklussen i det våde dampområde

Denne effektivitet er den højest mulige værdi for alle cyklusser, der udføres i temperaturområdet T (_2 og G 3_4.

Desværre kan forholdet ikke reduceres vilkårligt

for at øge effektiviteten. For vanddamp den naturlige grænse for T (_2 er T cr = 647 K, og for kondenseringstemperaturen er den nedre grænse temperaturen i det miljø, som varmen skal bort i - G 3 _ 4 > 300 K.

Den faktiske effektive effektivitet af den pågældende cyklus vil være betydeligt mindre, da udvidelsen og især kompressionen af ​​våd damp ledsages af store energitab. Desuden en maskine til adiabatisk kompression af våd damp, som først skal fungere som en kompressor, der komprimerer damp med en relativ høj grad tørhed og så som en pumpe, skal også have komplekst design og kan ikke være pålidelig og billig.

Det skal bemærkes, at brugen af ​​temperaturer 7\_ 2 tæt på T kr, fører til et fald i det nyttige arbejde produceret af 1 kg damp i en cyklus. For at verificere dette er det nok at sammenligne områderne 1-2-3-4i G-2"-3"-4" i fig. 8.1.

De bemærkede ulemper ved Carnot-cyklussen er organisk iboende i det og forhindrer det i praktisk brug. Samtidig gør mindre forbedringer af den betragtede cyklus, foreslået af William John McQuarne Rankine (1820-1872), den til en cyklus, hvorigennem mere end 80% af al elektricitet produceret på Jorden genereres på termiske og atomkraftværker.

Energibalancen for et dampkraftværk med en turbine er vist i fig. 519. Han er eksemplarisk; Effektiviteten af ​​et dampkraftværk kan være endnu højere (op til 27%). De energitab, der opstår under driften af ​​et dampkraftværk, kan opdeles i to dele. En del af tabene skyldes ufuldkomment design og kan reduceres uden at ændre temperaturen i kedel og kondensator. For eksempel ved at arrangere mere avanceret varmeisolering af kedlen, er det muligt at reducere varmetabet i fyrrummet. Den anden, meget større del - tabet af varme, der overføres til vandet, der køler kondensatoren, viser sig at være fuldstændig uundgåelig ved givne temperaturer i kedlen og kondensatoren. Vi har allerede angivet (§ 314), at betingelsen for driften af ​​en varmemotor ikke kun er at modtage en vis mængde varme fra varmeapparatet, men også at overføre en del af denne varme til køleskabet.

Omfattende videnskabelig og teknisk erfaring i design af varmemotorer og dybdegående teoretiske undersøgelser vedrørende varmemotorers driftsforhold har fastslået, at effektiviteten af ​​en varmemotor afhænger af temperaturforskellen mellem varmeapparatet og køleskabet. Jo større denne forskel er, jo større er effektiviteten af ​​et dampkraftværk (selvfølgelig forudsat at alle de tekniske ufuldkommenheder i det ovenfor nævnte design er elimineret). Men hvis denne forskel er lille, så kan selv den mest teknisk avancerede maskine ikke give væsentlig effektivitet Teoretisk beregning viser, at hvis varmelegemets termodynamiske temperatur er lig med , og køleskabet er lig med , så kan effektiviteten ikke være større end.

Ris. 519. Tilnærmet energibalance for et dampkraftværk med en turbine

Så for eksempel i en dampmaskine, den damp, der har en temperatur på 100 (eller 373) i kedlen og 25 (eller 298) i køleskabet, kan effektiviteten ikke være større 20% (praktisk talt på grund af enhedens ufuldkommenhed vil effektiviteten af ​​en sådan installation være betydeligt lavere). For at forbedre effektiviteten af ​​varmemotorer er det således nødvendigt at flytte til højere temperaturer i kedlen og derfor til højere damptryk. I modsætning til tidligere stationer, som fungerede ved et tryk på 12-15 atm (hvilket svarer til en damptemperatur på 200), begyndte moderne dampkraftværker at installere kedler på 130 atm eller mere (temperatur ca. 500).

I stedet for at øge temperaturen i kedlen, ville det være muligt at sænke temperaturen i kondensatoren. Dette viste sig dog at være praktisk umuligt. På meget lave tryk damptætheden er meget lav og kl store mængder damp passeret igennem på et sekund af en kraftig turbine, skulle rumfanget af turbinen og kondensatoren med den være uoverkommeligt stort.

Ud over at øge effektiviteten af ​​en varmemotor, kan du tage vejen til at bruge "spildvarme", dvs. varme, der fjernes ved vandkøling af kondensatoren.

Ris. 520. Tilnærmet energibalance for termisk kraftværk

I stedet for at frigive kondensatoropvarmet vand til en flod eller sø, kan det ledes gennem varmtvandsvarmerør eller bruges til industrielle formål i den kemiske eller tekstilindustri. Det er også muligt kun at udvide damp i turbiner til et tryk på 5-6 atm. Samtidig kommer der meget varm damp ud af turbinen, som kan bruges til en række industrielle formål.

En station, der bruger spildvarme, forsyner forbrugerne ikke kun elektrisk energi opnået gennem mekanisk arbejde, men også ved varme. Det kaldes et kraftvarmeværk (CHP). En omtrentlig energibalance for et termisk kraftværk er vist i fig. 520.