После котла в паросиловой установке образуется

Обновлено: 02.05.2024

ПАРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ ПО ЦИКЛУ РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА

Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с перегревом пара, показана на рис. 11.9, а индикаторная диаграмма —на рис. 11.10.

В паровом котле (ПК) (рис. 11.9) вода нагревается до температуры кипения (процесс 4

Таким образом, в процессе 4

1 (рис. 11.10) к рабочему телу подводится тепловая энергия в три этапа:

0 — нагревание воды до температуры кипения при постоянном давлении (pi = Idem);

В процессе 4"! к рабочему телу подводится тепловая энергия в количестве qi.

Перегретый пар из пароперегревателя (ПП) (рис. 11.9) поступает в паровую турбину (ПТ), в которой расширяется по адиабате 1-2 (рис. 11.10). Паровая турбина приводит во вращение якорь генератора (Г), в результате чего механическая энергия турбины преобразуется в электрическую энергию. В процессе расширения пара в паровой турбине (ПТ) давление и температура пара понижаются до р2 и t28 соответственно. Пар на выходе из

Перегретый пар

Электрическая энергия

Рис. 11.9. Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с перегревом пара

Рис. 11.10. Индикаторная диаграмма цикла Ренкина с перегревом пара

Рис. 11.11. Фрагмент индикаторной Рис. 11.12. Тепловая диаграмма цикла диаграммы цикла Ренкина Ренкина

Турбины становится влажным насыщенным (точка 2 находится в области влажного насыщенного пара; рис. 11.10).

Далее из турбины влажный насыщенный пар поступает конденсатор (КН) (рис. 11.9), выполненный в виде трубчатого теплообменника. Трубки конденсатора снаружи омываются паром, идущим из паровой турбины, а их внутренняя поверхность охлаждается водой, имеющей температуру окружающей среды. Охлаждающая вода отбирает от пара теплоту фазового перехода, в результате чего пар при давлении р2 и температуре T2S полностью конденсируется (переходит в жидкость). Этот конденсат собирается в отдельном баке. Процесс 2-3 (рис. 11.10) конденсации пара в конденсаторе происходит при постоянных давлении р2 = Idem и температуре T2A = Idem. Точка 3 расположена на пограничной кривой жидкости Х = 0. В адиабатическом процессе 3-4 (рис. 11.10) конденсат из бака с помощью водяного насоса (ВН) (рис. 11.9) откачивается в паровой котел (ПК) и цикл замыкается. Так как вода почти не сжимаема, то линия 3-4 (рис. 11.10) представляет собой вертикаль.

Так как в процессе 2-3 (конденсатор) пар полностью переходит в жидкость, то цикл Ренкина называют конденсационным циклом.

Таким образом, в отличие от двигателя внутреннего сгорания в паросиловой установке продукты сгорания топлива в цикле непосредственно не участвуют, а являются лишь источником тепловой энергии для нагрева воды (пара), являющейся рабочим телом.

Представленная на рис. 11.10 индикаторная диаграмма цикла Ренкина является условной, так как она не учитывает реальный масштаб величин. Как известно, 1 м3 воды имеет массу т = 1000 кг. Следовательно, удельный объем воды равен: Vm = V/M = 0.001 м3/кг.

В этом случае, изохора 3-4 (рис. 11.10), выражающая процесс подачи воды насосом в паровой котел, проходит настолько близко от оси ординат, что практически сливается с ней, как показано на рис. 11.11.

Где hi — удельная энтальпия пара, поступающего в паровую турбину (выходящего из пароперегревателя); H[ — удельная энтальпия воды, поступающей в паровой котел из конденсатора.

Определим располагаемую энергию пара (работу изменения давления), которую можно реализовать на турбине в процессе адиабатического расширения 1-2 (она эквивалентна площади фигуры 0-1-2-3-0\ рис. 11.11):

В уравнении (11.11) не учтена механическая энергия, затрачиваемая на привод водяного насоса, перекачивающего жидкость из конденсатора в паровой котел. Но затраты энергии на привод насоса ничтожно малы, так как рабочее тело находится в жидком состоянии и почти несжимаемо. Например, если в цикле Ренкина пар при начальных параметрах pi = 5.0 МПа и Ti = 400° С адиабатно расширяется до давления р2 = 5 кПа, то на привод насоса затрачивается механическая энергия, не превышающая 0.4% от получаемой в турбине механической энергии.

Тогда можно полагать, что удельная работа, которую может совершить рабочее тело (пар) в цикле Ренкина, равна:

Где WH — удельные затраты механической энергии на привод водяного насоса.

Удельное количество тепловой энергии отдаваемое паром (рабочим телом) в конденсаторе, равно на участке 2-3 при давлении р2 = idem, равно:

Где H2 — удельная энтальпия пара, выходящего из турбины (на входе в конденсатор).

Термический КПД цикла Ренкина определим по формуле (11.4):

h2) hi-h2 , A

Удельный расход пара в паросиловой установке можно определить по формуле (11.4). Однако на практике удельный расход пара в установке определяют несколько иным способом. Это связано со спецификой применения паросиловых установок. Они в основном применяются в крупной теплоэнергетике для привода электрических генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую энергию. Если принять, что в паросиловой установке нет потерь, то вся получаемая в паровой турбине механическая энергия затрачивается на привод генератора (рис. 11.10). Пусть за 1 час через паровую турбину прошло Д> [кг] пара. Каждый килограмм пара в цикле Ренкина (в паровой турбине) совершает работу, равную W. Тогда, учитывая выражение (11.12), за 1 час в цикле Ренкина будет получено следующее количество механической энергии:

Эта вся механическая энергия будет затрачена на привод генератора (затраты на привод водяного насоса относительно малы и их не учитываем). Количество полученной от генератора электрической энергии выражают в киловатт-часах, то есть:

1 [кВт • ч] = 1 • 3600 [с] = 3600 [кДж].

Тогда за 1 час от генератора будет получено следующее количество электрической энергии:

N = 3600 • Ne [кДж].

На основании энергетического баланса N = W можно записать: Д>(/*1-Мад = 3600ЛГв.

Тогда удельный теоретический расход пара DQ будет равен:

D0 3600

Из выражения (11.14) видно, что КПД цикла Ренкина зависит от:

• энтальпии пара hi перед турбиной (выходящего из пароперегревателя);

• энтальпии пара H2 после турбины (выходящего из турбины);

• энтальпии воды Ы2, выходящей из конденсатора при давлении р2 = Idem

И температуре кипения Ta2.

В свою очередь энтальпия пара на входе в турбину равна сумме энтальпии пара на выходе из котла и изменению энтальпии в пароперегревателе. Так как парообразование в котле происходит при постоянном давлении и температуре (изобарно-изотермический процесс), то энтальпия пара на выходе из котла (сухого насыщенного пара) зависит только от давления pi пара в котле или его температуры Ta\ (эти два параметра взаимосвязаны). Этот вывод справедлив для области влажного насыщенного пара. Изменение энтальпии пара в области перегрева уже зависит как от давления Pi (в данном случае оно не изменяется), так и температуры t\ (ti > t, i). После расширения в турбине пар снова становится насыщенным, а поэтому его энтальпия зависит только от давления р2 = Idem или температуры Ta 2 = Idem.

Следовательно, эффективность протекания цикла Ренкина с перегревом пара зависит от трех параметров:

• давления пара в котле pi (на входе в паровую турбину);

• температуры перегретого пара ti на выходе из пароперегревателя (на

• давления влажного пара на выходе из турбины р2 (входе в конденсатор).

Уравнение (11.14) позволяет с помощью s-Zi-диаграммы (рис. 11.13) или таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара[49] определить

Рис. 11.13. Диаграмма идеализированного цикла Ренкина в координатах

Термический КПД обратимого цикла Ренкина по известным значениям так называемых начальных параметров (давления pi и температуры Јi) пара перед турбиной и давления пара р2 в конденсаторе.

Комментарии к записи ПАРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ ПО ЦИКЛУ РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА отключены

Цикл паросиловой установки

Рис.7. Принципиальная схема паросиловой установки

При дальнейшем подводе тепла в паровом котле 1 количество жидкой фазы постепенно уменьшается, а количество пара увеличивается. Температура смеси остается постоянной, так как все подводимое тепло идет на испарение жидкой фазы. Этот процесс на рис. 8 изображается отрезком 5-6, который одновременно является изобарой и изотермой. То есть процесс парообразования 5-6 является изобарно-изотермическим.

В точке 6 последняя капля воды превращается в пар и пар теперь называется сухим насыщенным паром. При дальнейшем подводе тепла в пароперегревателе II (q’’₁) при том же давлении P₁ происходит увеличение температуры пара, пар перегревается. Точка 1 на рис. 8 соответствует, состоянию перегретого пара и, в зависимости от температуры T₁, может лежать дальше или ближе от точки 6.

Далее пар с параметрами P₁, T₁, поступает в паровую турбину, где расширяется адиабатически до давления Р₂. После расширения пара в паровой турбине и получения полезной работы от турбины отработанный пар поступает в холодильник-конденсатор IV, где за счет внешнего охлаждения полностью конденсируется. Вода вновь поступает на вход насоса V и цикл повторяется.

Для цикла Ренкина характерно, прежде всего, то, что в нем не учитываются какие-либо потери в различных стадиях цикла, присутствует одно и то же количество вещества и, главное, происходит полная конденсация водяных паров в холодильнике-конденсаторе на линии 2-3. При этом отводится тепло в количестве q₂.

Циклы паросиловых установок

Цикл паросиловой установки с регенерацией, строго говоря, нельзя изобразить в плоской Т-S-диаграмме, поскольку эта диаграмма строится для постоянного количества рабочего тела, тогда как в цикле установки с регенеративными подогревателями количество рабочего тела оказывается различным по длине проточной части турбины.

Поэтому, в дальнейшем, рассматривая изображение цикла этой установки в плоской Т-S-диаграмме, следует иметь в виду условность этого изображения; для того чтобы подчеркнуть это, рядом с Т-S-диаграммой (рисунок 9) помещена диаграмма, показывающая расход (D) пара через турбину вдоль ее проточной части. Эта диаграмма относится к линии 1-2 в T-S-диаграмме — линии адиабатного расширения пара в турбине. Таким образом, на участке 1-2 цикла в T-S-диаграмме количество рабочего тела убывает с уменьшением давления, а на участке 5 - 4 количество рабочего тела возрастает с ростом давления (к питательной воде, поступающей из конденсатора, добавляется конденсат пара из отборов).

Рисунок 9.Т-S диаграмма цикла с регенеративным подогревом.

После котла в паросиловой установке образуется

Для просмотра сайта используйте Internet Explorer

Тема 8. ПАРОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

8.1.Принципиальная схема паросиловой установки

Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках (п. с. у.), которые являются базой современной крупной энергетики. Принципиальная схема простейшей паросиловой установки показана на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Принципиальная тепловая схема паросиловой установки

В паровом котле 1 вода превращается в перегретый пар с параметрами p₁, t₁, i₁, который по паропроводу поступает в турбину 2, где происходит его адиабатное расширение до давления p₂ с совершением технической работы, приводящей во вращательное движение ротор электрического генератора 3. Затем пар поступает в конденсатор 4, который представляет собой трубчатый теплообменник. Внутренняя поверхность трубок конденсатора охлаждается циркулирующей водой.

В конденсаторе при помощи охлаждающей воды от пара отнимается теплота парообразования и пар переходит при постоянных давлении р₂ и температуре t₂ в жидкость, которая с помощью насоса 5 подаётся в паровой котёл 1. В дальнейшем цикл повторяется.

На рис. 8.2 приведена схема паровой турбины. Турбинные установки предназначены для преобразования энергии рабочего тела (пара, газа), имеющего высокое давление и температуру, в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбины используют в качестве двигателей электрогенераторов, турбокомпрессоров, воздуходувок, насосов.

Рис. 8.2. Схема одноступенчатой турбины активного типа

Водяной пар с высоким давлением и температурой поступает в сопло 1, при истечении из которого его давление снижается, а кинетическая энергия увеличивается. Струя пара направляется на закреплённые на диске 3 ротора турбины лопатки 2, отдавая им часть своей кинетической энергии, которая через лопатки передаётся вращающемуся ротору.

Обычно турбина имеет несколько сопел, составляющих сопловый аппарат. Рабочие лопатки расположены по всей окружности диска и образуют рабочую решётку. Сопловый аппарат и рабочая решётка составляют ступень турбины, а каналы для прохода газа - проточную часть турбины.

Турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые, активного и реактивного типов.

В активных турбинах процесс расширения пара происходит только в соплах, а в реактивных - в соплах и в каналах рабочих лопаток.

8.2.Цикл Ренкина

В паросиловых установках применяют цикл Ренкина. В цикле Ренкина охлаждение влажного пара в конденсаторе производится до превращения его в воду.

Различают цикл Ренкина с сухим насыщенным паром и с перегретым паром (рис. 8.3). В цикле Ренкина с сухим насыщенным паром сухой насыщенный пар с параметрами p₁, T₁, i₁ поступает из парового котла в турбину (точка 1 на рис. 8.3), где адиабатно расширяется от давления p₁ до давления p₂ (точка 2). После турбины влажный насыщенный пар с параметрами p₂, T₂, i₂ поступает в конденсатор, где полностью конденсируется при постоянных давлении и температуре (точка 3). Питательная вода с помощью насоса сжимается до давления p₁, равного давлению в паровом котле, и подаётся в котёл (точка 4). Параметры воды на входе в котёл – p₁, T₂, i₄. В паровом котле питательная вода смешивается с кипящей водой, нагревается до температуры кипения и испаряется

Рис. 8.3. Цикл Ренкина

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

4′-1 – процесс парообразования в котле при постоянном давлении;

1-2 – процесс адиабатного расширения пара в турбине;

2-3 – процесс конденсации влажного пара в конденсаторе с отводом теплоты с помощью охлаждающей воды;

3-4 – процесс адиабатного сжатия воды в насосе от давления p₂ до давления p₁;

4-4’ – процесс подвода теплоты к воде при давлении p₁ в паровом котле до соответствующей этому давлению температуры кипения.

Термический к. п. д. цикла

Теплота q₁ в цикле подводится в процессах: 4-4’ – подогрев воды до температуры кипения в котле; 4′-1 – парообразование в котле. Для 1 кг пара q₁ в изобарном процессе равно разности энтальпий конечной (точка 1) и начальной (точка 4) точек процесса подвода тепла:

Отвод теплоты q₂ происходит в конденсаторе по изобаре 2-3, следовательно

Подставив (8.2) и (8.3) в (8.1), получим

Термический к. п. д. цикла Ренкина меньше термического к. п. д. цикла Карно при одинаковых начальных и конечных параметрах пара, так как в цикле Карно теплота q₁ затрачивается только на процесс парообразования (то есть q₁≈r), а в цикле Ренкина она затрачивается как на парообразование, так и на подогрев питательной воды в процессе 3-4. Поэтому для паросиловых установок в заданном температурном интервале термодинамически наиболее выгодным циклом мог бы быть цикл Карно. Однако его осуществление связано с большими трудностями. Цикл Карно относительно проще было бы осуществить в области влажного пара. Это объясняется тем, что в области влажного пара изотермические процессы совпадают с изобарными и могут быть реально осуществлены в котле и конденсаторе. Однако в цикле Карно конденсация пара в изотермическом процессе происходит не полностью, вследствие чего в последующем адиабатном процессе сжимается не вода, как в цикле Ренкина, а влажный пар, имеющий относительно большой объем.

В цикле Ренкина с перегретым паром добавляется ещё один процесс: 1-1’ – перегрев пара.

8.3.Влияние параметров пара на термический к. п. д. цикла Ренкина

Анализ термического к. п. д. цикла Ренкина показывает, что термический к. п. д. паросиловой установки возрастает при увеличении начального давления p₁ и начальной температуры пара t₁.

При увеличении температуры пара на выходе из котлоагрегата (давление пара не изменяется) увеличивается i₁. Если остальные энтальпии, входящие в выражение (8.5), неизменны, что технически осуществимо, то, как следует из (8.5), увеличение температуры пара на выходе из котлоагрегата сопровождается ростом η_t.

При увеличении давления пара на выходе из котлоагрегата (температура перегретого пара не изменяется) уменьшается i₁ (смотри таблицы термодинамических свойст воды и перегретого пара). Если остальные энтальпии, входящие в выражение (8.5), неизменны, что технически осуществимо, то, как следует из (8.5), увеличение давления перегретого пара на выходе из котлоагрегата сопровождается уменьшением η_t. Следовательно, давление на выходе котлоагрегата целесообразно повышать только с целью увеличения температуры пара.

8.4.Пути повышения экономичности паросиловых установок

Несмотря на то, что в настоящее время осуществляется массовое освоение высоких и сверхвысоких параметров пара (p₁=23,0÷30,0 МПа; t₁= 570÷600 0 С), термический к. п. д. цикла Ренкина не превышает 50%. В реальных установках доля полезной использованной теплоты еще меньше из-за потерь, связанных с внутренней необратимостью процессов. В связи с этим были предложены другие способы повышения тепловой эффективности паросиловых установок.

Рис. 8.4. Схема паросиловой установки с промежуточным пароперегревателем

Одним из таких способов является промежуточный перегрев пара (рис. 8.4). Здесь пар перегревается в пароперегревателе 2 парогенератора 1 и подаётся в цилиндр высокого давления 3, в котором находятся ступени турбины, рассчитанные на пар с высоким давлением. В цилиндре высокого давления пар производит механическую работу, его давление и температура снижаются. Из цилиндра высокого давления пар направляют в промежуточный пароперегреватель 4, где его температуру повышают, передавая ему некоторое количество тепла q₁’. Из промежуточного пароперегревателя пар направляют в цилиндр низкого давления 5, где он производит механическую работу, снижая своё давление и температуру до давления и температуры конденсатора 7. Из конденсатора насосом 8 конденсат подаётся в парогенератор. Цилиндры низкого и высокого давления находятся на одном валу с электрогенератором 6.

Количество тепла q₂ отдаваемое паром в конденсаторе, остаётся постоянным, а количество тепла q₁, сообщаемое пару в котлоагрегате увеличивается на q₁’, подводимое к пару в промежуточном пароперегревателе. Поэтому в соответствии с (8.1) термический к. п. д. паросиловой установки с промежуточным пароперегревателем выше, чем у паросиловой установки без промежуточного пароперегревателя. Увеличение термического к. п. д. в этом случае не превышает 2-3%.

Более эффективным способом повышения термического к. п. д. паросиловой установки является применение схем регенеративного подогрева питательной воды (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема паросиловой установки с промежуточным пароперегревателем и регенеративным подогревом питательной воды

Для получения такой схемы устанавливают подогреватель питательной воды 9 и организуют дополнительный отбор пара. Например, из цилиндра низкого давления. В этом случае пар, отбираемый на подогрев питательной воды, не отдает тепло в конденсаторе, и количество теплоты, теряемой в конденсаторе, уменьшается на некоторую величину q₂’. Поэтому в соответствии с (8.1) термический к. п. д. паросиловой установки повышается. Однако, в связи с тем, что часть пара, направляемого на подогрев питательной воды, не производит механическую работу на последующих ступенях турбины, мощность отдаваемая турбиной электрогенератору в этом случае снижается.

Регенеративный подогрев питательной воды позволяет увеличить термический к. п. д. паросиловой установки процентов на 10-12.

Паросиловые установки. Цикл Ренкина

Для производства электроэнергии большое распространение получили паровые машины, использующие в качестве рабочего тела водяной пар. Простейшая схема установки представлена на рис. 13. Установка работает по следующему принципу. В паровом котле 1 за счет подвода теплоты образуется водяной пар при постоянном давлении р₁. В пароперегревателе 2 он дополнительно получает теплоту, нагревается и переходит в состояние перегретого пара. Из пароперегревателя пар поступает в паровую турбину 3 с электрогенератором 4, где полностью или частично расширяется до давления р₂ с получением полезной работы l₀. Отработанный пар направляется в охладитель 5, где он полностью конденсируется при постоянном давлении р₂. После охладителя конденсат поступает на вход насоса 6, в котором давление жидкости повышается до первоначального значения р₁, после чего жидкость отводиться в паровой котел и цикл повторяется.

Рис. 13. Простейшая схема паросиловой установки

Цикл рассмотренной паросиловой установки в координатах и представлен на рис. 14, где 4–5–6–1 –– изобарный подвод теплоты в котле и пароперегревателе, 1–2 –– адиабатное расширение пара в турбине, 2–3 –– изобарный отвод теплоты в охладителе при конденсации пара; 3–4 –– повышение давления жидкости в насосе.

Рис. 14. Цикл Ренкина в и координатах

Первое основное преимущество цикла состоит в том, что изохорное повышение давления рабочего тела происходит не в парообразном, а в жидком состоянии. Это дает минимальную затрату на работы насоса, так как техническая работа насоса прямопропорциональна удельному объему рабочего тела, а удельный объем водяного пара при одном и том же давлении примерно в 1000 раз больше, чем у воды.

Второе основное преимущество –– это изотермический отвод теплоты при конденсации пара и изотермический подвод теплоты в процессе парообразования (5–6). Это позволяет иметь температуру Т₂ почти равную температуре окружающей среды и тем самым увеличивать к. п. д. установки.

Так как теплота в цикле подводится при постоянном давлении, то количество подведенной теплоты будет равно разности конечной и начальной энтальпии:

Отвод теплоты также осуществляется изобарно. Тогда количество теплоты отведенной в цикле можно определить

Количество теплоты, которое превратилось в работу,

К.п.д. цикла Ренкина составит: . (9)

Наряду с термическим к. п. д., для паросиловых установок определяют и другие величины, характеризующие эффективность работы установки –– это удельные расходы пара и тепла.

Удельный расход пара находят по формуле:

, кг/(кВт-ч).

Так как на 1 кг пара в цикле Ренкина расходуется теплота q₁, то удельный расход теплоты можно найти по выражению:

, или

, кДж/(кВт-ч).

Циклы паросиловых установок

В современной стационарной теплоэнергетике в основном используются паровые теплосиловые установки. На долю паротурбинных электростанций приходится более 80% вырабатываемой электроэнергии. В паровых теплосиловых установках в качестве рабочего тела, как правило, используется водяной пар, что объясняется доступностью и дешевизной воды.

На рисунке 7.8 приведена схема паросиловой установки.

Рисунок 7.8. Принципиальная

схема паросиловой установки

Из парового котла ПК перегретый пар с параметрами поступает в паровую турбину. При расширении в сопловом аппарате пар приобретает значительную кинетическую энергию, которая в роторе турбины превращается в техническую работу. Механическая энергия турбины превращается в электрогенераторе в электрическую энергию. После турбины пар с давлением р₂ и энтальпией h₂поступает в конденсатор , представляющий собой теплообменник, в трубках которого циркулирует вода, охлаждающая пар. В конденсатор отводится теплота в количестве , в результате чего пар конденсируется. Конденсат подается насосом в котел, и цикл повторяется вновь. Таким образом, характерная особенность паросиловых установок — фазовое превращение рабочего тела в цикле,

Рассмотрим описанный замкнутый процесс в -, - и координатах (рисунок 7.9).

Точка 4 соответствует состоянию рабочего тела перед паровым котлом. В котле происходят: нагрев жидкости (4— 5), парообразование (5—6) и перегрев пара (6—1). Теплота , подведенная к 1 кг рабочего тела в изобарном процессе, равна разности энтальпий в конечной и начальной точках процесса .

В паровой турбине осуществляется адиабатный процесс расширения (1—2). В результате перегретый пар превращается в сухой насыщенный пар, а затем во влажный с параметрами точки 2. Конденсация пара происходит при постоянном давлении (процесс 2—3). Изобары в области влажного пара являются одновременно и изотермами, т. е. на участке 2—3 давление р₂ и температура Т₂ остаются неизменными.

При этом от рабочего тела отводится в окружающую среду количество теплоты .

Рисунок 7.9. Цикл Ренкина:

а ¾ в -координатах; б ¾ в - координатах; в ¾ в - координатах

Процесс 3—4 подачи конденсата в котел насосом изображается изохорой, так как вода практически несжимаема. Точки 3 и 4 на - и -диаграммах не совпадают, но это отклонение столь мало, что им пренебрегают. Образованный таким образом термодинамический цикл называется циклом Ренкина(по имени шотландского физика, предложившего его в середине прошлого столетия).

Термический КПД цикла Ренкина

Как уже говорилось, можно принять, что , т. е.

где — энтальпия конденсата в точке 3.

Выражение в числителе равняется работе цикла.

Из приведенной формулы следует, что термический КПД цикла Ренкина определяется значениями энтальпий пара до турбины и после нее и энтальпии воды при температуре конденсации пара . Поэтому при определении значения цикла паросиловой установки удобно пользоваться - диаграммой.

Для повышения термического КПД паросиловой установки следует расширить пределы рабочего процесса, а именно повысить давление и температуру перегретого пара (т. е. повысить значение )и понизить давление р₂пара за турбиной.

На современных тепловых электростанциях начальное давление (применяется также сверхкритическое давление, равное 24 МПа), температура пара . Давление пара за турбиной р₂ = 3. 5 кПа.

Так как с увеличением давления при постоянном предельном значении температуры повышается влажность пара в конце процесса расширения (на -диаграмме процесс сдвигается влево), то применяют промежуточный перегрев пара. Давление промежуточного перегрева выбирают так, чтобы работа цикла при этом увеличивалась в большей степени, чем расход теплоты (с учетом дополнительного расхода на промежуточный перегрев пара).

В паросиловой установке термический КПД повышается при ее работе по регенеративному циклу, что обусловлено приближением цикла к регенеративному циклу Карно. В регенеративном цикле паросиловой установки часть пара отбирается из турбины на участке расширения 1—2 и направляется в теплообменник, где, смешиваясь с конденсатом, повышает его температуру перед котлом. В результате такого мероприятия работа цикла несколько уменьшается, но вследствие снижения расхода теплоты в котле КПД цикла становится выше.

Оптимальные значения давления отбора пара из турбины (а следовательно, температуры подогрева конденсата) определяют на основании соответствующих технико-экономических расчетов.

Эффективность топлива, сжигаемого в паросиловой установке, можно повысить, если удаляемую теплоту (а она составляет не менее половины количества теплоты, подведенной от источника с более высокой температурой) использовать для отопления и горячего водоснабжения или для различных технологических процессов. В конденсационных электростанциях, предназначенных для выработки только электрической энергии, охлаждающая вода после конденсатора имеет температуру 20. 35 °С, и использовать теплоту этой воды (ввиду низкой температуры она называется низкопотенциальной теплотой) практически сложно. Для нужд отопления, горячего водоснабжения и т. п. температура воды должна быть не менее 80…100 С С. Этого можно достигнуть, если повысить давление пара р₂, выходящего из турбины. Такие турбины называют турбинами с ухудшенным вакуумом. Если давление р₂ выше атмосферного, то турбины называют турбинами с противодавлением. Обычно давление пара за турбиной 0,10. 0,15 МПа, в то время как на станциях без отпуска теплоты потребителям р₂ =3. 5 кПа.

Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина

На рисунке 6.1 приведена схема паросиловой установки. Из парового котла ПК перегретый пар с параметрами p₁, T₁, h₁ поступает в паровую турбину Т. При расширении в сопловом аппарате пар приобретает значительную кинетическую энергию, которая в роторе турбины превращается в техническую работу. Механическая энергия турбины превращается в электрогенераторе ЭГ в электрическую энергию. После турбины пар с давлением р₂ и энтальпией h₂ поступает в конденсатор К, представляющий собой теплообменник, в трубах которого циркулирует вода, охлаждающая пар.

Рис. 6.1 – Принципиальная схема паровой теплосиловой установки

В конденсатор отводится теплота в количестве q₂, в результате чего пар конденсируется. Конденсат подается насосом Н в котел, и цикл повторяется вновь. Таким образом, характерная особенность паросиловых установок – фазовое превращение рабочего тела в цикле.

Рассмотрим описанный замкнутый процесс в рт–, Тs– и hs – координатах (рисунок 6.2).

Точка 4 соответствует состоянию рабочего тела перед паровым котлом. В котле происходят нагрев жидкости (4–5), парообразование (5–6) и перегрев пара (6–1). Теплота q₁, подведенная к 1 кг рабочего тела в изобарном процессе, равна разности энтальпий в конечной и начальной точках процесса q₁ = h₁ – h₄.

В паровой турбине осуществляется адиабатный процесс расширения (1–2). В результате перегретый пар превращается в сухой насыщенный, а затем во влажный с параметрами точки 2. Конденсация пара происходит при постоянном давлении (процесс 2–3). Изобары в области влажного пара являются одновременно и изотермами, т.е. на участке 2–3 давление р₂ и температура Т₂ остаются неизменными. При этом от рабочего тела отводится в окружающую среду количество теплоты q₂ = h₂ – h₃. Процесс 3–4 подачи конденсата в котел насосом изображается изохорой, так как вода практически несжимаема. Точки 3 и 4 на Ts– и hs – диаграммах не совпадают, но это отклонение столь мало, что им пренебрегают. Образованный таким образом термодинамический цикл называется циклом Ренкина (по имени шотландского физика, предложившего его в середине прошлого столетия).

Термический КПД цикла Ренкина:

Как уже говорилось, можно принять, что , т.е.

где h_К – энтальпия конденсата в точке 3.

Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина

Тогда если системы B и C находятся в тепловом равновесии, то системы A и C также находятся в тепловом равновесии между собой. Людмила Фирмаль

Перегретый пар направляется в проточную часть турбины и сначала направляется в канал сопловой решетки (в реактивной турбине канал направляющей и рабочая решетка), где осуществляется процесс адиабатического расширения 12.Так как точка 2 находится в области влажного насыщенного пара, то общее количество теплоты л = Vapor пара в этом состоянии определяется по формуле (1.153) и равно точке 2В из области 0-32св,$ 7-дешрам, или соотношению (1.158) следующим образом: si график.

Пар, потребляемый турбиной, поступает в конденсатор, где тепло q2 отводится от пара охлаждающей водой, а пар конденсируется (процесс 23) и превращается в воду (конденсат) по условному параметру пункта 3.Затем конденсат возвращается в котел с помощью насоса (пункт 4).Обычно при анализе такого цикла воду принимают за несжимаемый объект.

Поэтому процесс откачки воды 34 принимается как изопластический. Нижняя граница кривой расположена вблизи линии этого процесса, поэтому ее часто совмещают с процессом сжатия на насосе и нагревом до кипящего состояния воды в котле! (sT и si диаграмма процесса 35).Образовавшийся таким образом термодинамический цикл является циклом Репкина.

Чем ниже давление в конденсаторе (чем глубже вакуум), тем больше работа пара в лопатках турбины и тем выше тепловой КПД. Цикл нагрузка / q также может быть увеличен путем увеличения давления (Gi =iᵥ- -i₂> / c = ii-i₂) и температуры перегрева (ломаная линия 5 ’67′). в пароприводной установке с промежуточным перегревом пара столб 1-й ступени (процесс 13, рис. 1.37) перегревается в промежуточном перегревателе (процесс 34) и расширяется во 2-й ступени Рис. 1.37.

Давление промежуточного перегрева следует выбирать таким образом, чтобы рабочий объем/ q цикла увеличивался более интенсивно, чем количество тепла. Перегрев в середине может привести к увеличению начального пара pressure. In дело в том, что при отсутствии промежуточного перегрева при определенном давлении p2 начальное давление повышается от pj до pg при ограничении верхней предельной температуры Tj в точке 1 (рис. 1.37 Рис. 1.38. Схема цикла воспроизведения З ’4′ о.） Г с Увеличьте влажность выхлопного пара(x₂. x₂ -).

С введением промежуточного перегрева этот недостаток устраняется. Воспроизведение cycle. In в паросиловой установке, работающей в цикле регенерации, часть пара выводится в середине рабочего процесса турбины и направляется в специальный теплообменник, где смешивается с конденсатом в количестве mₖ, а температура смеси повышается до температуры mQ t = + t«в котел. Работа конечной ступени турбины (после отбора пара) облегчается уменьшением количества пара, проходящего через нее. Цикл регенерации, как видно из сравнения теплового КПД цикла регенерации rjf и цикла Rsnkin c, тепловой .

В цикле Rsnkin (см. Рисунок 1.36) число * 1 местоположений численно равно площади 3’35611 ’(см. Рисунок 1.38), а удельная работа/ k равна площади 12356.Согласно формуле (1.293), 1K = rj^,.Поскольку тепловой КПД цикла осуществляется выбранной порцией пара, r] =l₀ q \, n? = ГУ? + «П // 1 м(1.297） В теплообменнике отбираемый пар g и конденсат смешиваются, и удельное количество тепла, которое движется от пара к конденсату/₀, численно равно площади 4 ′ 42 ′ г. количество тепла, передаваемого паром gqQₜ, воспринимается конденсатом как: л (91-9?) = £9- Потому что удельная работа / ₀ численно равна площади 12 ′ 456、 Т)? = * о / 9? =(В?-9°) м、.

В то же время повышение температуры в конце размножения подроста, по поводу подбора заданного числа, приводит сначала к повышению эффективности цикла размножения, а затем, после достижения определенного максимума, к ее снижению. Людмила Фирмаль

Откуда? 4О =(1-Р?9? » Продолжать.、 л(91-9ф)= г (л-Бр°)9ф и 91/9? 1 + g (l-П,°)/ l Подставляя это соотношение в уравнение (1.297), получаем: η= +((1-r|)) г°°-(1-298） Итак, поскольку это g (l-m] r]]°> 0, rtf > очевидно. Целесообразность кагора х будет очевидна из сравнения циклов Ренкина, как правило, для размножения используется несколько оборотов (до 9 раз) (67’45 и др.).） Рис. 1.39.СТ рисунок бинарного цикла На схеме sT (рис.1.38) без цикла перегрева пара и регенерации процесс 67 последовательного извлечения пара заменяется процессом 67’.Процесс 67 состоит из непрерывного расширения пара и рассеивания тепла(ступенчатые линии.

Изотерм и сегменты изоляции).Регенеративный цикл 6745 с постоянной средней температурой теплопередачи, средняя температура теплоснабжения высока, тепловая эффективность улучшена, она приближается к тепловой эффективности цикла Карно. Оптимальный выбор температуры анализирует зависимость qf и rjP от To、 Бинарные циклы.

Бинарный цикл, например водно-ртутный цикл, величина TM обеспечивается ртутью, а T₁ₜ-водой(рис.1.39). Пары ртути (процесс Зр4р/р), турбины подается до температуры ТН|Р, установленных в сопле образуется в теплообменнике в давление, создаваемое в процессе расширения 1р2р делается. Пары ртути конденсируются(процесс 2p3p), после чего ртутный конденсат закачивается в котел и нагревается (процесс Zp4p). Охладитель теплообменного аппарата water. In котел представляет собой рабочую жидкость в нижнем ярусе оборудования, использующую тепло, полученное ртутью.

Реакторный цикл Цикл оборудованный с реактором был широко used. In в ядерном реакторе, когда тепловое Q выделяется при температуре TP реактора, происходит деление ядра ядерного топлива. Тепловое количество Q парогенератора, представляющего собой специальную теплоноситель, циркулирующий через реактор, передается теплоносителю 2-го Circuit. As в результате образуется пар, который используется в турбинах. Работа оборудования с реактором осуществляется по циклу, показанному на схеме. 1.39.As охлаждающая жидкость.

Бинарный цикл-это термодинамический цикл, выполняемый двумя рабочими органами. Первичные контуры, непосредственно подключенные к ядерным реакторам, используют природную и тяжелую воду, газ, жидкий металл и органические высококипящие жидкости. Во 2-м контуре теплоноситель нерадиоактивный, поэтому 2-й контур представляет собой обычную паровую установку. Игнорируя потерю термодинамического цикла работы, цикл работы Ec = C(1-T₂ / TUₚ）.

Где Т₂-температура охлаждающей жидкости 2-го контура на выходе из турбины. T₁avav-средняя термодинамическая температура подвода тепла к рабочему телу. Фактически часть рабочего КТЛ расходуется на нужды самой установки(например, перекачка конденсата и привод в движение питающего насоса), и в связи с этим цикл L = = Ln-ab тиви =(л-А) (Л-T₂/7’ₗcₚ) Эл. (1301）.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Читайте также: