Цикл Карно

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. Анализ цикла Ренкина и цикла Карно на насыщенном паре.. 3

1.1. Общие положения. 3

1.2. Цикл Карно. 5

1.3. Цикл Ренкина. 7

1.4. Выводы по анализу циклов Карно и Ренкина. 9

1.5. Цикл АЭС с ЯЭР кипящего типа. 10

1.6. Цикл АЭС с ЯЭР не кипящего типа. 12

Раздел 2. Паротурбинные установки АЭС.. 13

2.1. Паровая турбина как тепловой двигатель. 13

2.2. Классификация паровых турбин. 14

2.3. Маркировка паровых турбин АЭС.. 18

3.4. Основные параметры пара турбин АЭС.. 20

3.5. Преимущества многоступенчатых турбин. 21

3.6. Общие сведения о конструкции многоступенчатых турбин. 22

Раздел 3. Конденсационные установки АЭС.. 25

4.1. Назначение и принцип действия. 25

4.2. Состав конденсационной установки. 31

4.3. Температура конденсации отработавшего пара. 34

4.4. Предельный и экономический вакуум. 40

4.5. Эксплуатационные факторы, оказывающие влияние на вакуум. 42

4.6. Понятие переохлаждения конденсата. 48

4.6. Меры по борьбе с переохлаждением конденсата. 51

4.7. Устройство поверхностного конденсатора. 54

4.8. Расположение конденсаторов турбин. 58

Раздел 4. Тракт основного конденсата.. 61

5.1. Состав и назначение. 61

5.2. Термодинамическая эффективность регенеративного подогрева. 64

5.3. Поверхностные и смешивающие подогреватели. 66

5.4. Схемы включения поверхностных подогревателей. 67

5.4. Принципиальное устройство регенеративных подогревателей низкого давления. 71

5.5. Факторы, влияющие на эффективность работы подогревателя. 76

Раздел 6. Система регенерации высокого давления. 78

1.2 Термодинамическая эффективность использования системы.. 79

1.3 Принцип работы ПВД.. 79

1.4 Факторы, влияющие на работу ПВД.. 80

1.5 Принципиальное устройство и типы ПВД.. 82

1.5.1. Конструкция трубной системы ПВД.. 82

1.5.2. Поверхность теплообмена горизонтальных ПВД.. 83

1.5.3. Вертикальные ПВД.. 84

1.6 Принципиальная схема системы регенерации высокого давления. 85

1. Введение.. 86

1.1. Назначение деаэрационной установки. 86

Необходимость применения деаэрационной установки. 87

1.2. Принцип работы термического деаэратора. 88

1.3. Факторы, влияющие на эффективность деаэрации. 89

1.3.1. Влияние недогрева воды до температуры насыщения. 90

1.3.2. Влияние расхода выпара. 90

1.3.3. Влияние тепловой и гидравлической нагрузки деаэратора. 91

1.3.4. Влияние времени нахождения воды в деаэрационном баке. 92

1.3.5. Влияние расхода пара на барботаж.. 93

1.4. Принципиальное устройство и основные типы деаэраторов. 93

1.4.1. Струйно-капельные деаэраторы.. 94

1.4.2. Пленочные деаэраторы.. 94

1.4.3. Барботажные деаэраторы.. 97

1.4.4. Комбинированные деаэраторы.. 99

Раздел 1. Анализ цикла Ренкина и цикла Карно на насыщенном паре

Общие положения

Ядерными называются энергетические установки (ЯЭУ), в которых используется ядерное топливо. Наиболее распространено урановое и плутониевое топливо. Современная атомная энергетика базируется на нейтронных реакциях распада тяжёлых ядер. В отличии от химической реакции горения органического топлива при ядерных реакциях не требуется окислителя - воздуха. Продукты ядерных реакций не выбрасываются в окружающую среду, а сохраняются в полном массовом объёме до выработки ресурса топлива, после чего топливо заменяется. В результате ядерной реакции практически вся высвобождающаяся ядерная энергия преобразуется в теплоту, которая в ЯЭУ воспринимается теплоносителем. В большинстве ЯЭУ теплоносителем является вода.

В качестве примера возьмём циклы атомных электрических станций (АЭС) с теплоносителем в виде воды. Особенность таких циклов обусловлена типом ядерного реактора (ЯР). В реакторе воде передаётся теплота, полученная в результате ядерной реакции. По состоянию теплоносителя ЯР могут быть кипящего и некипящего типа.

Атомные электростанции (АЭС) классифицируют по числу контуров: одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные.

Рис. 2.1. Классификация АЭС по числу контуров

В системе любой АЭС различают теплоноситель и рабочее тело.

Назначение теплоносителя на АЭС - отводить теплоту, выделяющуюся в реакторе.

Рабочее тело - это вещество, с помощью которого происходит преобразование тепловой энергии в механическую. В качестве рабочего тела в тепловой и атомной энергетике используется вода.

Если контуры теплоносителя и рабочего тела объединены, то АЭС называют одноконтурной. В одноконтурных АЭС все оборудование работает в радиоактивных условиях, в том числе и паротурбинная установка. По одноконтурной схеме в России работают Ленинградская, Курская, Смоленская и Билибинская АЭС.

Если контуры теплоносителя и рабочего тела разделены, то АЭС называют двухконтурной. Контур теплоносителя называют первым, он находится под воздействием радиации. Второй контур включает в себя оборудование, работающее в отсутствии радиационной активности. Это обеспечивает большую безопасность и упрощает эксплуатацию станции. По двухконтурной схеме в России работают Нововоронежская, Балаковская, Кольская, Калининская, Волгодонская АЭС.

Реакторы одно- и двухконтурных АЭС работают на тепловых нейтронах. У них есть ряд общих черт, а именно: паровая турбина работает на насыщенном паре средних параметров. Это определяет особенности конструкций и обслуживания паротурбинных установок.

В настоящее время успешно эксплуатируются трехконтурные АЭС - на быстрых нейтронах. Первый контур - радиоактивный. Теплоносителем в нем является жидкий натрий. Третий контур паровой и нерадиоактивен. Чтобы, даже в аварийных ситуациях избежать контакта радиоактивного натрия первого контура с водой третьего контура - вводят промежуточный (второй) контур, также натриевый.

На АЭС, работающих по трехконтурной схеме, параметры пара перед турбиной практически такие же, как у обычных ТЭС на высокие параметры пара. Поэтому здесь применяются обычные турбины перегретого пара. По трехконтурной схеме работает третий блок Белоярской АЭС.

Цикл Карно

Цикл Карно может быть реализован в паротурбинной установке на насыщенном паре.

ПК – паровой котел (горячий источник теплоты); ПТ – паровая турбина (машина для получения механической работы); К-Р – конденсатор (холодильник); КОМ-Р – компрессор (машина для сжатия и транспорта рабочего тела); ЭГ – электрический генератор

Рис. 1. Паротурбинная установка с циклом Карно

Процессы подвода 4-1 и отвода 2-3 теплоты изобарно-изотермические. Процессы расширения пара в турбине 1-2 и сжатия в компрессоре 3-4 адиабатные.

Термический КПД цикла зависит только от температур (давлений):

,

где T₁(p₁) и T₂(p₂) температуры подвода и отвода теплоты соответственно.

Особенности цикла:

1. Ограничение верхнего предела T₁ критической температурой 273,15+374,12 = 647,27 К. Ограничение нижнего предела T₂ температурой окружающей среды. При T₁ = 350+273=623,13 К и T₂ = 25 + 273,15 = 298,1 К термический КПД цикла – это довольно большой КПД.

2. При максимальном КПД (T₁ = T_кр) работа цикла стремится к нулю (Ts-диаграмма).

3. Работа сжатия влажного пара l_ком-р (pv-диаграмма) в компрессоре составляет очень большую часть от работы турбины (до 50%), но это не сказывается на термическом КПД обратимого цикла. При необратимых процессах сжатия и расширения большая работа компрессора приведет к значительному снижению КПД цикла. Так, при адиабатных коэффициентах турбины и компрессора, равных 0,85 КПД действительного цикла станет 24% против 52% - идеального.

4. Практического применения цикл не имеет, т.к.: сжатие влажного пара, имеющего большой объем, требует громоздкой компрессорной установки с большими затратами мощности на ее привод.

Кроме того, большая влажность пара в последних ступенях турбины (процесс 1-2) не позволяет технически осуществить процесс расширения до T₂.

а)

б)

а) T-S – диаграмма, б) P-V – диаграмма

Рис. 2. Цикл Карно

Допустимая влажность пара в турбине не более 12%, степень сухости . В цикле Карно в точке 2 x₂ = 0,6 при T₁ = T_max и T₂ = 298 К.

Превышение допустимой влажности пара в турбине приводит к эрозийному износу лопаток, ее проточной части, и полному выходу их из строя.

Дата добавления: 2015-07-08