Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 20
Текст из файла (страница 20)
К сожалению, цикл насыщенного водяного пара обладаег весьма низким КПД из-за невысоких температур насыщения. Например, при давлении 9,8 МПа температура насыщения составляет 3(! 'С. Прн температуре холодного источника, равной 25 'С, т), „„, = !в — (273+25)/(273+3! !)=0,49. Дальнейшее увеличение температуры Т„а значит, и давления р~ не имеет смысла, ибо, мало увеличивая КПД, оно приводит к утяжелению оборудования из условий прочности,' а также к уменьшению количества теплоты т)ь забираемой каждым килограммом воды в процессе испарения 5-! (из-за сближения точек 5 и ! на рис.
6.6 и 6.8 по мере повышения температуры). Это значит, что для получения той же мощности необходимо увеличивать расходы воды и пара, т. е, габариты оборудования. При температуре, превышающей критическую (для воды („р — — 374,(5'С, Х Рис. 68, Идеальная регенерация теплоты в цикле насыщенного пара что соответствует давлению 22,! МПа), цикл на насыщенном паре вообще невозможен. Поэтому цикл насыщенного пара (регенеративпый) применяется в основном в атомной энергетике, где перегрев пара выше температуры насыщения связан с определенными трудностями.
Между тем металлы, которыми располагает современное машиностроение, позволяют перегревать пар до 550— 600 'С. Это дает возможность уменьшить потери эксергии при передаче теплоты от продуктов сгорания к рабочему телу и тем самым существенно увеличить эффективность цикла. Кроме того, перегрев пара уменьшает потери на трение при его течении в проточной части турбины. Все без исключении тепловые электрические станции на органическом топливе работают сейчас на перегретом паре, а иногда пар иа станции перегревают дважды и даже трижды.
Перегрев пара все шире применяется и на атомных электростанциях, особенно в реакторах на быстрых нейтронах. Цикл Ренкина на перегретом паре. Изображения идеального цикла перетре. того пара в р-, и-, Т, э- и Л, э-диаграммах приведены на рис. 6,9 и 6.(0. Этот цикл отличается от цикла Ренкина на насыщенном паре (см.
рнс. 6.6) только наличием дополнительного перегрева по линии б-!. Ои осуществляется в пароперегреаателе, являющемся элементом парового котла. Термический КПД цикла определяется, как обычно, по уравнению тт, =(т)~— т)з)/т) . Теплота д, подводится при р=сопю в процессах 4-5 (подогрев воды до температуры кипения), 5-5 (парообразование) и б-! (перегрев пара) Теплота дь подведенная к ! кг рабочего тела в нзобарном процессе, равна разности энтзльпий в конечной и начальной точках ~роцесса: т)т=Й, — Й,. Отвод теплоты в конденсаторе ттсуществляется также по изобаре 2-3, следовательно, т)т=л,— Йз.
Термический КПД цикла и,= = [(Й~ — )та) — (Йз — Йз) ) /(Й~ — Йз). Если не учитывать ничтожного повышения температуры при адиабатном сжатие во- и л а/ Ч<=(И< 62)/(6< Из) «, "<: '! % ЗЗП 40<! бнн ЫЮ 40,5 4! 42„'< 44,2 рис 6.!< цикл Ренкина ка перегретом наре и к П ь лак<акима, Л вЂ” в Т, саик<раиче Рис П.!П !(их.< !'снкина к И, з-диаграмме ды в насосе, то Из=И< и =(И, — Иэ)/(И, — Из), (6.7) где И(=Из — энтальпия кипящей воды при давлении рз Из формулы (б 7) видно, что КПД идеального никла Ренкина определяется значениями энтальпий пара до турбины И, и <июле не< И, и эитальпии воды 6<й, находящейся при температуре кипения Иь В свою очередь эти значения определяются тремя параметрами цикла. давлением р, и температурой ц пара перед турбиной и давлением рэ за турбиной, т, е в конденсаторе, В самом деле, зная р, и 1ь легко отыскать положение точки 1 в 6, з-диаграмме и найти энтальпию И, (см.
рис. 6.(0). Пересечение адиабаты, проведенной из точки 1, с изобарой рэ опрелеляет положение точки 2, т. е. энтальпию Иь Наконец, энтальпия И', воды, закипающей при давлении р<, зависит только от этого давления. Перегрев пара унеличиваст среднюю температуру подвода теплоты в цикле, не меняя температуру отвода теплоты Поэтому термический КПД паросиловой установки возрастает с увеличением температуры пара перед двигателем.
Дли примера ни к< приведена зависимость т1, от 1, при абсолютных давлениях р, = =Чй,::<4! (а и 1<,=39 к! (а: С увеличением давлении пара перед турбиной р, при постоянных 1, и р, полезная работа цикла возрастает, т. е, 1~",.= '- 1",„)1,',, (рис 6.(!). В то же время количество подведенной за цикл теплоты <4< несколько уменьшается за счет уменьшения энтальпии перегретого пара И, Поэтому чем иыше давление р<, тем больше КПД идеального цикла Ренкина. На рис. б. ! ! видно, что большему давлению перед турбиной соответствует более высокая влажность выходящего из хр эр Рис. 5 !1 Влияние давления ле!илретого пара иа параметры никла Релкииа нес пара. При р~ =р! из турбины выходит перегретый пар; при р, =р" ,ои получается уже слегка влажным, а при р~ = р!"степень сухости его х"' значительно меньше единицы. Содержание капелек воды в паре увеличивает потери от трения его в проточной части турбины.
Поэтому одновременно с повышением давленин пара за паровым котлом необходимо повышать и температуру его перегрева, чтобы поддерживать влажность выходящего из турбины пара в заданных пределах. С этой же целью пар, частично расширившийся в турбиие, возвращают в котел и снова перегреввют (уже ори меньшем давлении), осуществляя так называемый вторичкый (а иногда н третичный) подогрев. Одновременно это повышает термический КПД цикла. Турбины атомных электростанций, работающие на насыщенном паре, имеют специальную конструкцию, позволяющую отводить выделягощухзся при конденсации поду.
Повышение параметров пара определяетгя уровнем развития металлургии, поставляющей металлы для котлов и турбин. Получение нара с температурой 535 — 565 'С стало нозможным лишь благодаря применению низколегированных сталей, из которых изготовляются 3 телллтлхллка пароперегреватели и горячие час~и турбин.
Переход на более высокие параметры (580 †650 'С) требуют примен ния дорогостоящих высоколегированных (аустенитных) сталей. При уменьшении давления рх пара за турбиной уменьшается среднни температура )л отвода теплоты в цикле, а с редняя температура подвода теплоты меняется мало. Поэтому чем меньше давление пара за лурбиной, тем выше КПД паросиловой установки. Давление за турбиной, равное давлению пара в конденсаторе, определяется температурой охлаждающей воды ! '.ели среднегодовая температура охлаждающей воды на входе в конденсатор составляет приблизительно )Π— !5'С. то из конденсатора она выходит нагретой до 20 — 25 'С.
Пар может конденсироваться только в том случае, если обеспечен отвод выделяющейся теплоты, а для этого нужно, чтобы температура ~ара в конденсаторе была больше темпе! агу. ры охлаждающей воды хотя бы на 5— !О'С. Поэтому температура насыщснного пара в конденсаторе составляет обычно 25 — 35 'С, а абсолютное давление этого пара рх соответственно 3 — 5 Па. Повышение КПД цикла за счет дал!.нейшего снижения рл практически н~ возможно из-за отсутствия естественны .
охладителей с более низкой температ! рой. Теплофикация. Имеется, однако, возможность повыси~ь эффективность г аросиловой установки путем увелич~ ния, а не уменьшения данления и температуры за турбиной до такой величины, чтобы отбросную теплоту (которая составляет более половины всего количества теплоты, затраченной в цикле) можно было использовать для отопления, 1орячего водоснабжения и различных тлхнологических процессов (рис. 6.)2). С этой целью охлаждающая вода, нагретая в конденсаторе )(, не выбрасыв ется в водоем, как в чисто канденсациолном цикле, а пригоняется через отопительные приборы теплового потребителя ТО и, охлаждаясь н них, отдает получечную в конденсаторе теплоту.
В результате станция, работающая по такой схеме, одновременно вырабатывает и электрическую энергию, и теплоту. Такая гтан- 65 Риг б !йт. 1:хема учтинггвки дли сонмсстной ныпаботки гепгювой и электрической энергии !!К паровой котел; 7 пгронон турбино, К коиденслторопгдгггсеиигель, и . ~госсе, ГП ~ои лавой нот реаитель цнфсм сиот нетте нука~ то гклм цикле и Г ь-дилгримме ция называется тенлоэлектроцен ~ ралью ( ТЭ((1. Охлаждающую воду можно использовать для отопления лишь при том условии, что ее температура не ниже 70- !00 С.
Температура пара н когщенсаторе (подогревателе) К должна быть хотя бы на !Π— !5 "С выше. В большинстве случаев она получается больше !ОО 'С, а давление насыщенного пара рт при этой температуре выпге атмосферного. Поэтому турбины, работающие по такой схеме, называются турбинами с противо- давлением.
Итак, давление за турбиной с противодавлением получается обычно не ме. нее О,! — О,!5 МПа вместо около 4 кПа за конденсационной турбиной, что, конечно, приводит к уменьшению работы пара в турбине и соответствующему увеличению количества отбросной теплоты Это видно на рнс. 6.!3, где полезно использованная теплота ци в кондснсапионном цикле изображается плошадью 1- 2'-,1'-4'-5-6, и при прогиводннлснип площадью /-у-оь4-,5-6 Площадь 7- 7'-3'-4 дает уменьшение полезной работы из-за повышении данлсннн ла турбиной с Рт до Р '(ермический КПТ! установки г противодавлснием получается ниже, чем конденсапионной установки, т.
с, в элок. троэнергию превращается меныная часть теплоты топлива. Зато общаи степень использования этой теплоты сгано. вится значительно большей, чем в конденсационной установке В идеальном бб цикле с противодавлением теплота, затраченная в котлоагрегате на получение пара (площадь )-7-8-4-5 6), полностью используется потребигелимн.
Чисть ее (площадь /-7-4-5-6) превращается в ме ханическукг или электрическую энергииг, а часть (гтлошадь 7-7-8-4] отдастся теп ловому потртоитслю в виде т 'плоты пара или горячей воды При установке турбины с противоданл«нием каждый килограмм пара совершает полезную работу !м„=й~ — йт и отдает тепловому потребителю количество ~епдготги г), ь=йт — й',. Мощность усгнноики по выработке электроэнергии йго=(й, — йт) 0 и ее тспловал мощность 1), л=(йт — й') !л п)топорциональиы расходу пара !), т. и жестко связаны. Это неудобно на пракгнке, ибо графини потребности н электроэне(п ии и теплоте почти никогд,т не совпадают.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
