Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 63
Текст из файла (страница 63)
/ Определяем степени повышения давления х1. 8 1,4 х7,„, = „/ххп„„=,/279,5 = 16,72. / Находим термический КПД 1 Ч вЂ” 1 — — — 1— 1 опт 8-1 8 2 опт , — 0,553. 1б,72 / Определяем работу цикла 8-1 ~опт ЧА1 111 рт 3 2) 111 р~ 3 111 ) 8-1 1,4 — 1 Ч,,„,с„Т„ (9 — Х „, ) = О, 553 ° 1,005 ° 300 ~ 5 — 16, 72 '4 ) = 460,5— кДж кг 28 — 5580 1 Ч1 шах 1 8 — 1 е Х2 таах =1— 1 =08 1,4 — 1 ~ т 279,3 Глава 11.
Термодинами каски в циклы Сводим значения Т, о,, г), и 1 для различных значений л при Та = 1500 К и Тг = 300 К в таблицу. По данным таблицы строим графики д, 1)о 1 = Ял2) при 8 = 5 (рис. 11.81). д, 10-4, кДжУ 10-4, кДж/кг га 0,8 0,4 0 50 100 150 200 кЕ Рис. 11.81 Глава 12 Циклы паросиловых установок 12.1. Принцип действия и устройство паросиловой установки Энергетическое хозяйство развитых стран в основном базируется на преобразовании теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию. Процессы преобразования теплоты, полученной при сгорании топлива, в механическую работу наиболее часто осуществляются в паросиловой установке, компоновочная схема которой показана на рис. 12.1. Основными элементами установки являются паровой котел 2, паронагреватель 3, паровая турбина 4, генератор электрического тока Б, конденсатор 6, питательный насос 1.
Рабочим телом в паросиловой установке является, как правило, вода, превращаемая в котле в насыщенный, а затем в паронагревателе — в перегретый пар. Из паронагревателя водяной пар поступает в турбину, где, расширяясь, производит полезную работу.
Отработавший пар конденсируется, а конденсат при помощи питательного насоса снова возвращается в котел. Фазовое превращение рабочего тела является характерной особенностью цикла паросиловых установок. В отличие от газотурбинных установок и двигателей з внутреннего сгорания, в паросиловых установках продукты сгорания топлива непосредственно не участвуют 1 в рабочем цикле. Продукты , 6 сгорания являются лишь источником теплоты.
Рис. 12.1 403 2б' Глава! 2. Циклы ларосиловых установок 12.2. Паровой цикл Карно Наиболее совершенным идеальным циклом, как известно, является цикл Карно. Принципиальная схема паросиловой установки на насыщенном паре, работающей по циклу Карно, приведена на рис. 12.2. Подвод теплоты в данном случае происходит при р, = сеттер и Т, = сопвФ.
Из парового котла 1 сухой насыщенный пар поступает в паровую турбину 2, где, расширяясь от давления р, до р, совершает работу. Из турбины 2 пар поступает в конденсатор 4, где частично конденсируется, отдавая часть теплоты охлаждающей во- 1 2 Л де, которая проходит по трубкам конден- сатора. Отвод теплоты от пара в конден- 11К саторе происходит при постоянном давлении ра и постоянной температуре Т . о Из конденсатора влажный пар поступает К в компрессор 5, в котором адиабатно Рис. 12.2 сжимается до давления р„равного дав- лению в паровом котле. Затем конденсат подается в котел 1 и цикл завершается.
На общем валу с турбиной 2 устанавливается генератор электрического тока 3. Цикл Карно насыщенного пара (рис. 12.3) состоит из следующих процессов: 4 — 1 — изобарно-изотермический подвод теплоты дт к пару в котле; 1 — 2 — процесс адиабатного расширения пара до давления ра в турбине; 2 — 3 — изобарно-изотермический отвод теплоты д, в конденсаторе; 3 — 4— адиабатиое сжатие конденсата в компрессоре. 0 Рис.
12.3 404 12.2. Паровой цикл Карно Отвод теплоты в конденсаторе происходит до тех пор, пока влажный пар не достигнет такого состояния, в результате которого при сжатии по адиабате 3 — 4 смесь воды и пара из состояния в точке 3 переводится полностью в воду в точке 4. Термический КПД обратимого цикла Карно не зависит от рода рабочего тела и будет определяться по ранее полученной формуле (11.11): (12.1) Критическая температура воды равна 374,15'С, поэтому сравнительно мал температурный интервал между нижней (йв = = 20 'С) и верхней (г = 340...350 'С) температурами цикла. Для обратимого цикла Карно, осуществляемого во влажном паре, термический КПД, как правило, не превышает следующего значения: 20 н- 273,15 'к 350 + 273,15 Вместе с тем необходимо иметь в виду, что в паровом цикле Карно конденсация пара в изотермическом процессе2 — 3 осуществляется не полностью, поэтому в адиабатном процессе 3 — 4 сжимается не вода, а влажный пар„который имеет относительно большой объем.
Компрессор для сжатия влажного пара с малыми давлениями и большими удельными объемами является громоздким. На сжатие влажного пара затрачивается большая работа„численно равная площади п43т (рис. 12.3, а). Кроме того, затрата работы на сжатие увеличивается при повышении начальных параметров пара р, и Т1 или уменьшении конечных параметров рв и Т . Так, например„при увеличении начальных параметров до точки Т работа, затрачиваемая на сжатие влажного пара, существенно возрастает, и, как видно из рисунка, пл. п43т ( пл. п'4'3'т. Следовательно, несмотря на увеличение термического КПД цикла Карно при увеличении начальных и уменьшении конечных параметров рабочего тела, эффективность использования теплоты в установке уменьшается. Последнее связано с относительно большим объемом компрессора, наличием «вредных» пространств и повышением потерь.
Таким образом, практически обесцениваются преимущества паровой установки, рабо- 405 Глава т2. циклы паросиловых установок тающей по циклу Карно с максимальным термическим КПД, вследствие повышения затрат работы, необходимой для сжатия отработавшего конденсата. При работе на влажном паре происходит механический износ лопаток последних ступеней турбины и компрессора каплями воды. По этим причинам цикл Карно практически не применяется в паросиловых установках и сохраняет лишь теоретическое значение как эталонный цикл, имеющий в заданном температурном интервале максимальный термический КПД. 12.3.
Цикл Ренкина 12.3.1. Принципиальная схема и эффективность цикла. Принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, практически ничем не отличается от схемы установки, работающей по циклу Карно (см. рис. 12.2). В рассматриваемом цикле сухой насыщенный пар с параметрами р, Тт поступает из парового котла 1 в турбину 2, где адиабатно расширяется от давления рт до давления рв. После турбины влажный пар с параметрами ра, Тв поступает в конденсатор 4, где полностью конденсируется при постоянном давлении и соответствующей температуре.
В дальнейшем вода с помощью насоса Б под давлением р,, равным давлению в паровом котле, подается в котел. Параметры воды на входе в котел — рв, Тз. В паровом котле питательная вода смешивается с кипящей водой, нагревается до температуры кипения и испаряется. Необходимо отметить, что вследствие резкого уменьшения удельного объема пара, поступающего в конденсатор при превращении его в капельно-жидкое состояние, в конденсаторе образуется вакуум. Абсолютное давление в конденсаторах находится в пределах 0,0035 — 0,0040 МПа.
Использование вакуума позволяет производить в паровых турбинах более глубокое расширение рабочего тела, Теоретический цикл Ренкина с насыщенным паром для 1 кг ТРТ на рр- и Тз-диаграммах представлен на рис. 12.4. Цикл состоит из следующих процессов: 406 12.3. Цикл Ренкина а) Рис. 12.4 ° 4 — 1 — процесса парообразования в котле при давлении р, = сопз$; ° 1 — 2 — процесса здиабатного расширения пара в турбине; ° 2 — 2' — процесса конденсации влажного пара при давлении рз в кондеысаторе с отводом теплоты с помощью охлаждающей воды; ° 2' — 3 — процесса адиабатного ыагнетания воды насосом от давления рз до давления р,; ° 3 — 4 — процесса подвода теплоты к воде при давлении р, в паровом котле до соответствующей температуры кипения.
Ча Ч~ Чз т), = 1 — — = Ч1 Ч1 (12.2) Теплота Ч, в цикле подводится при р = сопз$ в процессах: 3 — 4 — подогрева воды до температуры кипения в котле, 4 — 1 — парообразования в котле. Для 1 кг пара теплота Ч, 407 Линия 3 — 4 изображает изменение температуры воды при нагревании в котле от температуры в конденсаторе до температуры кипения.
Удельная знтальпия пара на выходе из котла в точке 1 равна Ь1, а удельная знтальпия пара на входе в коыденсатор в точке 2 равна Ь . Энтальпия воды на выходе из кондеысатора в точке 2' равна Ь '. Работа насоса 1„„л и пл. аб32'. Полезная работа пара в цикле Ренкина равна пл. 2'3412. Термический КПД цикла определяется по уравыению (11.6): Глааа 12. Циклы паросилоаык установок равна разности удельных знтальпий конечной (точка 1) и начальной (точка 3) точек процесса: Ч1 ~1 ~з. (12.3) Отвод теплоты Ч происходит в конденсаторе по изобаре 2 — 2', следовательно: Ч2 22 ~2' (12.4) Подставляя выражения (12.3) и (12.4) в выражение (12.2), получаем (~1 ~З) (~2 ~2) (~1 ~2) (~3 ~2) Термический КПД можно определить также из выражения т)т = („/Ч1, где 1 — полезная работа цикла для 1 кг ТРТ.
Полезная работа цикла равна разности работы паровой турбины и работы, затраченной на привод насоса, („= (у„- 1„„,. Работа паровой турбины равна уменьшению удельной антальпии в процессе 1 — 2 При адиабатном сжатии воды в насосе и подаче ее в котел затрачивается работа Тогда и ~тур ~нас ( 1 ~2) (~3 ~2)' С другой стороны, работа, затраченная на привод насоса при адиабатном сжатии и и = сопе$, определяется как о: Р, 1нас = 113 пз = ) ож Г(Р = о (Рт Рз) Ра где о' — удельный объем воды на линии насыщения при давлении р . Тогда Н сур нас ж ан асур анас (са1 саз) Ож(Р1 Р2) Ч1 Чт з 403 Разность удельных знтальпий Ьт — й составляет порядка 3 ° 103 Джуит, а член о' (Р— Рз) — порядка (10 — 20) 10' Дж)кг 12.3. Цикл Ренкина даже для установок высокого давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
