Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Поэтому величиной работы насоса, вследствие ее малости по сравнению с работой турбины, можно пренебречь. Тогда Ьз = Ьз и выражение (12.6) примет вид Ь вЂ” Ь, 0 (12.7) Рис. 12.5 Полученные формулы (12.6) — (12.7) говорят о том, что для расчетов эффективности цикла Ренкина целесообразно использовать Ьз-диаграмму, на которой цикл Ренкина для сухого насыщенного пара изображен на рис. 12.6, а КПД цикла, согласно формуле (12.7), определится соотношением отрезков 1 — 2 и 1 — 2'.
Так как теплоемкость воды 4,1868 кДж/(кг ° К), а кз = 12 = = е„, где т„~ — температура конденсата, то Ьз = 4,1868'тодд~ и формула (12.7) примет вид Ь~ — Ьз Ь~ 4 1868 ' тнод (12.8) д~ = г + с„(Т вЂ” Тз). По рис. 12.3 и 12.4 видно, что работа насоса значительно меньше работы компрессора в паровом цикле Карно 1„„» » 1„,о. Замена цикла Карно циклом Ренкина значительно увеличивает работу цикла за счет уменьшения работы на привод 409 Отсюда следует„что для нахождения КПД и работы цикла Ренкина на диаграмме достаточно рассмотреть лишь один процесс расширения пара в турбине (процесс 1 — 2 на рис. 12.5).
Термический КПД цикла Ренкина меньше КПД цикла Карно при одинаковых начальных и конечных параметрах пара. В цикле Карно теплота д расходуется только на процесс парообразования, т. е. д = г, а в цикле Ренкина она затрачивается как на парообразование, так и на подогрев питательной воды в процессе 3 — 4, т. е. Глава 12. Циклы ларосиловых установок компрессора. Так, в паросиловых установках, работающих по циклу Ренкина и циклу Карно при одних и тех же начальных параметрах пара, цикл Ренкина дает в 1,5 раза больше работы, чем паросиловая установка с циклом Карно. С повышением начальной температуры насыщенного пара термический КПД цикла возрастает.
Однако при температурах свыше 190 'С (при 1,0 — 1,2 МПа) дальнейшее повышение начальной температуры вызывает резкое увеличение давления пара и его конечной влажности (точка 2), что ухудшает эксплуатацию турбин. Второй путь повышения термического КПД цикла Ренкина, позволяющий без увеличения начального давления пара поднять среднюю температуру подвода теплоты в цикле, состоит в применении перегретого пара. В настоящее время температура перегрева пара достигает 600 — 650 'С. Кроме того, перегрев пара приводит к уменьшению конечной влажности. 12.3.2. Цикл Ренкина с перегретым паром.
Паросиловая установка, работающая по циклу Ренкина с перегретым паром (рис. 12.6), отличается от паросиловой установки с насыщенным паром наличием пароперегревателя 2, в котором пар нагревается до температуры, превышающей температуру насыщения при постоянном давлении рп Цикл Ренкина с перегретым паром отличается от цикла Карно (см.
рис. 12Л, б и 12.3, б), так как изобары в области перегретого пара, в отличие от изобар в области насыщенного пара, не совпадают с изотермами. В цикле Ренкина с перегретым паром средняя температура подвода теплоты увеличивается по сравнению с температурой подвода теплоты в цикле без перегрева, поэтому термический КПД цикла возрастает.
Цикл Ренкина с перегретым паром пп состоит из следующих процессов: ° 3 — 4 — нагрева воды в котле до температуры кипения при давле- НИИ Р1,' ° 4 — 5 — парообразования в котле при давлении рт; Рис. 12.6 410 1к.з, Цикл генкина Ь э О О а а) Рис. 12.7 е Б — 1 — перегрева пара; ° 1 — 2 — адиабатного расширения пара в турбине; ° 2 — 2' — конденсации пара в конденсаторе при давлении р = сопз1„ зз 2' — 3 — адиабатного нагнетания воды насосом, происходящего без изменения объема. %=о1 оз'дз=лз лз а термический КПД цикла будет представлен в виде "з (Ьз нз) Ч1 чз ч' ч (12.9) Ьз Теплота в цикле Ренкина с перегретым паром подводится при постоянном давлении р1 = сопз1 на участках: 3 — 4 — подогрева воды до температуры кипения; 4 — 5 — испарения воды; 5 — 1 — перегрева пара. Количество теплоты дп подведенной в цикле, численно равно пл.
а34512Ьа. Количество теплоты д, отводимой в цикле Ренкина в процессе 2 — 2' при рз = сопзз, численно равно пл. а2'2Ьа. Работа цикла определяется пл. 2'345122'. Согласно уравнению (2.10) количество теплоты, подведенной (отведенной) в изобарном процессе, равно разности энтальпий рабочего тела в начале и в конце процесса: Глава 12. Циклы ларосиловых установок и О в О а) в) Рис.
12.8 При давлениях меньше р„~3 все изобары в области жидкости проходят весьма близко одна к другой и к левой пограничной кривой, поэтому пл. 2'343' очень мала. Следовательно, цикл паросиловой установки при небольших давлениях пара наро-, Тэи Ьз-диаграммах иаображается так, как показано на рис. 12.8. В настоящее время цикл Ренкина с перегретым паром является основным циклом теплосвловых установок, применяемых в теплоэнергетике. Термический КПД цикла Ренкина примерно составляет 30 — 40% . 12.3.3. Влияние параметров пара на величину термического КПД. Анализ термического КПД цикла Ренкина показывает, что термический КПД паросиловой установки возрастает при увеличении начального давления и начальной температуры пара и понижении конечного давления пара в конденсаторе.
Рассмотрим подробнее влияние параметров Т,, р, и рв на величину термического КПД цикла Ренкина. При постоянных значениях начальных параметров пара Тв = = сопз1 ир, = сопз$ уменьшение конечного давления в конденсаторе приводит к повышению КПД цикла, так как в этом случае возрастает располагаемый температурный интервал цикла. Для уменьшения конечного давления рв на выходе пара из турбины создают вакуум с помощью конденсатора. Обычно в теплосиловых установках давление в конденсаторе определяется температурой охлаждающей воды и равно З,б — 4,0 кПа (0,03б — 0,040 кг~см ). Давление 4 кПа соответст- 412 12.3. Цикл Ренкина вует температуре 12 = 28,6 "С. 1' Дальнейшее понижение давле- К ния рз в конденсаторе нецелесообразно.
Так, при давлении 4 р =сола 3 кПа температура насыщения воды 1 = 23,8 'С, а при давлер = сопа1 4." нии 2 кПа 12 = 17,2 "С, поэтому 2 3 2 разность температур конденси- гг рующегося пара и охлаждающей воды становится слишком Рис. 12.9 малой, что приводит к увеличению размеров конденсатора. При малых значениях давления рз возрастает удельный объем пара, поступающего в конденсатор, а следовательно, увеличиваются размеры конденсатора и последних ступеней турбины. Обычно для интенсивного теплообмена разность температур пара и охлаждающей воды должна быть не менее 10 — 15 'С. Увеличение начальной температуры пара, при одном и том же начальном давлении, приводит к возрастанию КПД, поскольку возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле, что прослеживается по Тз-диаграмме (рис.
12.9). Кроме того, улучшаются эксплуатационные свойства паровых турбин, поскольку в конце адиабатного расширения уве- личиваетсЯ степень сУхости 1хз > хз). Так, напРимеР, пРи начальном давлении р, = 3,06 МПа повышение температуры от 350 до 550 'С приводит к увеличению степени сухости от 0,78 до 0,86 и небольшому увеличению КПД (примерно на 1,6%). Однако необходимо иметь в виду, что повышение начальной температуры пара ограничивается свойствами металла, из которого изготовлена установка, поэтому в настоящее время используется пар с температурой до 565 'С.
Анализируя влюитие начального давления пара р1 на эФФективность цикла Ренкина при Т, = сопз$ и р1 = сопз1, можно отметить, что увеличивается площадь, ограниченная кривыми процесса, которая соответствует работе цикла. 413 Глава 12. Циклы паросиловык установок т Кроме того, повышается средт,----------- няя температура при подводе К теплоты (Т', > Т! с ), уменьшается теплота парообрааова- 4' 1 ср ния(см. равд. 7.5 и рис. 12.10). т! ср С повышением давления рт Б при тон же температуре перетв 2 2 грева влажность пара на выхо1- х=О де из турбины возрастет (хз < О < х ), т. е.
негативно сказывается на эксплуатационных свойствах турбины, поэтому при увеличении начального давления пара необходимо увеличивать и температуру пара перед турбиной, Кроме того, повышению термического КПД способствуют также промежуточный перегрев пара, регенерация теплоты в цикле и применение бинарных циклов.
Рис. 12.10 1 2.4. Цикл с промежуточным перегревом пара 414 Степень сухости влажного пара на выходе из турбины ниже Ос8б не допускается в теплосиловых установках с паровыми турбинами по эксплуатационным показателям. В равд. 12.3.3 было показано, что простым способом уменьшения конечной влажности пара является его перегрев. Однако при давлениях свыше 10 МПа (100 бар) перегрев пара даже до 500 — 550 'С не обеспечивает допустимого значения конечной сухости.
Поэтому при высоких давлениях применяют вторичный или промежуточный перегрев пара после расширения его в турбине вы- сокого давления. ПП На рис. 12.11 приведена принци- 2 пиальная схема паросиловой установки со вторичным перегревом. В таких установках турбина выполняется в 8 с виде двух отдельных турбин: высокого 3 и низкого 5 давлений. Обычно обе турбины и электрогенератор 6 Рис. 12.11 располагаются на одном валу. Вто- 12.4. Цикл с промежуточным перегревом пара ричный перегрев пара можно проводить газами или паром. Полное расширение пара от давления рт до давления рз разбивают на два или несколько интервалов, каждый из которых осуществляется в отдельных секциях турбины. Перегретый пар из пароперегревателя 2 поступает в турбину высокого давления 3, где расширяется по адиабате до давления р .
После турбины пар поступает в перегреватель 4 для повторного перегрева при р, = сопз1. Затем пар направляется в турбину Б, где расширяется до давления в конденсаторе. Паровой котел 1 и водяной насос 8 выполняют традиционные функции. На рис. 12.12 приведен цикл паросиловой установки с одним промежуточным перегревом на ри-, Тз- и гтз-диаграммах. Точка 1 соответствует начальному состоянию перегретого пара, точка 2 — конечному состоянию пара за турбиной после вторичного перегрева.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
