Глава 14 - Влажный воздух & Глава 15 - Циклы паросиловых уст (Головинцов А.Г., Юдаев Б.Н., Федотов Е.И. - Техническая термодинамика и теплопередача 1970), страница 2

189

Используя уравнения (268) и (270), получаем выражение для термического к. п. д. цикла Ренкина

вие малой экономичности компрессора, сжимающего влажный пар, общий эффективный к. п. д. установки будет даже меньше, чем при тех же условиях на установках, работающих по циклу Ренкина.

Цикл Карно мог бы быть реаль­но осуществлен в ПСУ, работаю­щей на влажном паре, так, как показано на рис. 121. Возможность осуществления такого цикла Кар­но основывается на том, что в об­ласти влажного пара изотермиче­ские процессы совпадают с изо­барными и могут быть реально проведены в котле и конденсаторе. В физическую схему установки (рис. 122 сравни с рис. 117) необ­ходимо ввести следующие измене­ния: питательный насос заменя­ется компрессором К, в котором адиабатно сжимается влажный пар (процесс 3—4); в конденсато­ре не должна производиться пол­ная конденсация пара.

Подведенная теплота

Работа за цикл Карно опреде­ляется как разность между подве­денной теплотой q_l и отведенной теплотой q₂:

Термический к. п. д. цикла Карно

или

Практически цикл Карно в паросиловой установке получить нельзя, так как в нем невозможно получить высокую температуру пара (максимальная температура должна быть меньше критиче­ской). Поэтому термический к. п. д. такого цикла будет сравнитель­но невелик. Кроме того, вследст-

§ 73. Экономичность паросиловой установки и пути ее повышения

Большинство мероприятий, на­правленных на повышение экономич­ности паросиловой установки, свя­зано в конечном счете с повышением термического к. п. д. _t идеального цикла.

Рассмотрим основные мероприя­тия, ведущие к повышению термиче­ского к. п. д. идеального цикла установки.

Повышение начального давления пара. При увеличении начального

давления пара повышается средняя температура в процессе подвода теплоты, что приводит к повышению термического к. п. д. Однако следствием увеличения начального давления при прочих равных условиях является неизбежный рост конечной влажности пара, что может вызвать разрушение рабочих лопаток последней ступени турбины. Поэтому нельзя допускать, чтобы даже на последние ступени поступал пар с влажностью выше 10 — 12%. Вследствие того, что пар высокого давления обладает рядом преимуществ в последнее время стремятся увеличивать давление в паросиловых установках. В настоящее время давление доведено почти до 300 am.

Повышение начальной температуры газа. Увеличение терми­ческого к. п. д. цикла при повышении начальной температуры пара объясняется тем; что при этом возрастает средняя темпера­тура во время подвода теплоты, в результате чего растет перепад средних температур между верхней и нижней изобарами.

При помощи диаграммы TS легко установить, что повышение температуры перегрева при прочих неизменных условиях приво­дит к уменьшению конечной влажности пара. Поэтому при повы­шении начального давления пара, которое, как уже говорилось, вызывает увеличение конечной влажности, обязательно повыше­ние и его начальной температуры. В современных паросиловых установках одновременно применяются и высокое давление и вы­сокая температура. Вследствие этого современные паросиловые установки являются установками высоких параметров.

Понижение конечного давления при расширении пара. Пони­жение конечного давления в цикле приводит к увеличению не толь-

191

ко работы за цикл, но и подведенной теплоты. Однако работа воз­растает более интенсивно, чем количество подведенной теплоты. В результате этого снижение конечного давления приводит к увеличению к. п. д. цикла.

Применение повторного (промежуточного) перегрева пара. Выше было установлено, что повышение начального давления па­ра при прочих неизменных условиях влечет за собой увеличение конечной влажности пара. Это является основным недостатком циклов высокого давления. Можно несколько уменьшить конечную влажность пара, если одновременно с переходом на высокое дав­ление применять и высокий перегрев пара. Обычно так и поступают.

Тем не менее для циклов с начальным абсолютным давлением 100 am и выше при используемых в настоящее время температурах пара 500—550° С конечная влажность получается выше допус­тимой (10—12%). В этих случаях применяют циклы с повтор­ным перегревом пара, который часто называют также проме­жуточным.

Исследование цикла с промежуточным перегревом пара пока­зывает, что средняя температура в процессе подвода теплоты к ра­бочему телу при прочих равных условиях уменьшается по мере понижения промежуточного давления р₂. Наконец, при каком-то р₂ процесс повторного перегрева не оказывает никакого влияния на среднюю температуру в течение всего процесса подвода тепло­ты к рабочему телу. Очевидно, что при этом термический к. п. д. цикла с промежуточным перегревом останется таким же, каким он был без него.

При дальнейшем уменьшении р₂ промежуточный перегрев приводит к снижению термического к. п. д. цикла, так как при этом понижается средняя температура в процессе подвода теплоты.

Таким образом при проектировании установок с повторным перегревом пара не следует стремиться к очень низким значениям давления р₂.

В обычных условиях увеличение экономичности установки с повторным перегревом невелико и является результатом повыше­ния не только термического к. п. д., но и индикаторного (внутрен­него относительного).

Применение регенеративных циклов. В паросиловой установке экономически выгодно для регенеративного подогрева питательной воды до поступления в котельную установку отбирать часть пара из двигателя непосредственно в процессе расширения.

В этом случае работа, которую производит 1 кг пара в двигате­ле, меньше той, которая была бы совершена при тех же условиях, но без отбора. В то же время количество теплоты, которое нужно подвести к рабочему телу, также меньше количества теплоты, затра­чиваемого при тех же условиях, но без регенеративного подогрева. Числовые расчеты показывают, что при применении этих циклон экономия затрачиваемой теплоты намного выше, чем уменьшение

работы за цикл. В результате этого регенеративный цикл отлича­ется большей экономичностью, чем цикл без регенерации, осущест­вляемый в том же диапазоне температур.

Бинарные циклы. Если в паросиловой установке вместо воды в качестве рабочего тела применять жидкость с меньшей теплоем­костью что, как следует из теории, приводит к более крутому подъе­му нижней пограничной кривой в координатной системе Т — s и бо­лее высокую температуру насыщения, то можно существенно увели­чить экономичность цикла.

Исследование различных возможных рабочих тел показывает, что в наибольшей степени этим требованиям отвечают ртуть, пара­метры которой соответствуют верхней изобаре цикла Ренкина, и вода, параметры которой соответствуют нижней изобаре этого цикла.

Этот вывод привел к мысли о создании цикла с двумя рабочими телами — бинарного цикла. Термический к. п. д. бинарного цикла достигает 54%.

Однако установки, работающие по бинарному циклу, не по­лучили распространения из-за большой стоимости, дефицитности и токсичности ртути.