Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Точка 2' соответствовала бы конечному состоянию пара при отсутствии вторичного перегрева. Процесс Š— 2'соответствовал бы полному расширению пара, если бы оно осуществлялось в одной секции турбины, а процесс 1 — с и гŠ— 2 — последовательному расширению пара в отдельных секциях турбины с промежуточным перегревом, процессу которого соответствует линия сгЕ. В результате вторичного перегрева степень сухости увеличивается от ха до х ~см. рис. 12.12).
При применении одного повторного перегрева термический КПД цикла повышается на 2 — 3% . С увеличением числа промежуточных перегревов тер- и о р Оа ос в О а) р) е) Рис. 12.12 415 Глава 12. Циклы паросиловык установок д1 = Ь1 - Ь,, д1' = Ь, - Ьс, Ч1 Д1 !)1 ( 1 5) ( д с)' Теплота, отводимая от пара в конденсаторе 2 — 3: Д2 Ь2 Ьг' (12.10) Разность теплот д — дг превращается в работу цикла ~ц Ч1 Чг (Ь1 Ьв) + ( 4 Ьс) (Ь2 ЬЗ)' а с учетом того, что Ь. = Ьв, будем иметь <<1 <<г (Ь1 Ьс) + (Ьв Ьг) где (Ь вЂ” Ь,) и (Ь, — Ьг) — адиабатный перепад удельных энтальпий в первой и во второй турбинах.
Термический КПД цикла с промежуточным перегревом пара (см. рис. 12.12) определяется из выражения Ч1 Чг (Ь1 Ьс) <Ьи Ьг) 1), «„„' „. (12 12) Промежуточный перегрев пара широко применяется в энергетике. Он позволяет значительно уменьшить конечную степень сухости влажного пара, что приводит к уменьшению износа лопаток последней ступени турбины, работающей в области низких давлений, и повысить термический КПД цикла. (12.11) 416 Л мический КПД возрастает еще Р1 1 больше. Ьз-Диаграмма цикла па- с< К росиловой установки с двукрат- с ным перегревом пара отображена Рг на рис. 12.12.
При давлениях, 2 близких к критическому и сверхкритическому, иногда применяют два и более промежуточных пег регрева и эффективность данных Рис. 12.13 циклов становится максимальной. Применительно к однократному перегреву количество теплоты <11, подводимой к 1 кг пара в цикле, равно сумме теплот д1 и д1', которые сообщаются пару в паровом котле и во вторичном перегревателе, т. е. теплот, подводимых в процессах Б — 4 — 6 — 1 и с — а' (см.
рис. 12.12). При этом 12.5. Регенеративний цика паротурбинной установки 1 2.5. Регенеративный цикл паротурбинной установки Для обращения цикла Ренкина 2' — 3 — 4 — 1 — 2 (см. рис. 12.4, б) в регенеративный цикл 3' — 4 — 1 — 2' (рис. 12.14) следует заменить процесс 1 — 2 адиабатного расширения на политропный про- т К цесс 1 — 2' так, чтобы политропа 1 — 2' была зквидистантна линии 3' — 4. Тогда удельная теплота, отведенная в процесз се 1 — 2', численно равная пл.
а2'1Ь, может быть использована для нагрева воды в процессе 3' — 4 (пл. сЗ'4д). Практически создать такие условия возможно только приближенно. Рис. 12.14 Принципиальная схема паросиловой установки, цикл когорой в некоторой мере приближается к регенеративному, приведена на рис. 12.15. Из котла 1 пар поступает в пароперегреватель 2, а потом в турбину З„где зди- абатно расширяется до давления р,. Затем пар поступает в подогреватель 9, где от него отбирается часть теплоты на на- грев питательной воды.
После подогревателя 9 пар поступает в турбину 4, затем в аналогичный подогреватель В и турбину Б, где расширяется до давления р„. Отработанный пар после тур- бины б направляется через конденсатор 6 и водяной насос 7 в подотреватель питательной воды 8. Процессы расширения па- ра в турбинах 3, 4 и б изображаются отрезками сп, тй и й' (рис. 12.16), а процессы отвода теплоты в подогревателях— о 1 2 5 Рис.
12. 16 Рис. 12.15 417 2 т - 5550 Глава 12. Циклы паросилавых установок отрезками тп и Гй. При этом вся теплота, отдаваемая паром на подогрев воды, изобразится заштрихованной площадью ЛптйГ1. Увеличение числа отводов пара, а следовательно, и числа ступеней турбины приводит к тому, что линия сптЬЯ будет приближаться к линии се, эквидистантной линии аЬ. Термический КПД цикла при увеличении числа отводов пара, возрастая, стал бы приближаться к термическому КПД цикла Карно. Однако подобный принцип работы паросиловой установки из-за технических трудностей не осуществляется. В реальных паросиловых установках регенеративный подогрев питательной воды осуществляется посредством отбора на турбины некоторого количества пара.
Пар отбирается последовательно из нескольких ступеней после того, как он произвел работу в предшествующих ступенях турбины. Пар конденсируется в специальных подогревателях (регенеративных теплообменниках) и нагревает питательную воду, поступающую в паровой котел. Конденсат греющегося пара поступает в котел или смешивается с потоком питательной воды. При таком способе отбора теплоты состояние основного потока пара в турбине остается таким же, как и в цикле без регенерации, а изменяется лишь масса протекающего через ступени турбины пара. Количество пара, отбираемого в регенеративные подогреватели, определяется из уравнений теплового баланса.
Термический КПД цикла с регенерацией увеличивается на 10 — 12%, и тем в большей степени, чем выше начальные параметры пара. Однако его значение все же меньше, чем КПД цикла Карно с максимальной температурой, равной температуре перегретого пара. При регенерации уменьшается количество пара, проходящего через последующие ступени турбины, т.
е. уменьшаются их проходные сечения, а следовательно, и габариты и вместе с тем — габариты тех элементов, в которых происходит подогрев воды, а также разгружается котел (в части подогрева воды). Регенеративный подогрев питательной воды уменьшает необратимость процесса передачи теплоты в котле от горячих газов, так как снижается разность температур между газами и предварительно подогретой водой.
418 12.6. Бинарные циклы 1 2.6. Бинарные циклы Известно, что термический КПД цикла Ренкина увеличивается с возрастанием начальной температуры пара (см. разд. 12.3.3). Если в качестве рабочего тела используется водяной пар, то повышение начальной температуры ограничено сравнительно малой критической температурой г„= 374,15 'С и высоким давлением рк = 221,3 бар. Для увеличения термического КПД цикла Ренкина необходимо использовать рабочее тело, к которому предъявляются следующие требования: Э высокий коэффициент заполнения цикла, т. е. рабочее тело должно иметь возможно меньшую теплоемкость в жидком состоянии. В этом случае изобары в Тэ-диаграмме идут более круто, приближаясь к вертикали; Э высокие критические параметры.
В этом случае при одной и той же температуре насыщенного пара больший коэффициент заполнения имеет цикл, осуществляемый веществом, имеющим более высокие критические параметры; ° высокий термический КПД при сравнительно невысоких давлениях пара; Ф давление насыщенного пара при низшей температуре цикла, т. е. при температуре, близкой к температуре окружающей среды, не должно быть слишком малым. Низкое давление насыщенного пара потребует применения глубокого вакуума; е рабочее тело должно быть недорогим, нетоксичным, неагрессивным в отношении конструкционных материалов. В настоящее время нет рабочих тел, которые бы удовлетворяли перечисленным требованиям во всем температурном интервале цикла. Самое распространенное рабочее тело — вода, имеющая высокую теплоемкость в жидкой фазе.
Она удовлетворяет требованию не слишком низкого давления в конденсате и поэтому является хорошим рабочим телом для низкотемпературной части цикла. Ртуть, наоборот, имеет невысокое давление насыщения и высокие критические параметры (р, = 151 МПа, Г„= 1490 'С). При температурах, близких к температуре окружающей среды, 419 Глава 12.
Циклы ларосиловых установок Рис. 12ЛЧ 420 давление насыщения ртути и = 0,36 Па, тогда как давление в конденсаторе паровых турбин рв = = 4 кПа. Поэтому ртуть является хорошим рабочим телом для верхней (высокотемпературной) части цикла. Можно применить комбинацию двух рабочих тел, используя лучшие их качества для осуществления цикла. Цикл с двумя рабочими телами называется бинарным — в области высоких температур рабочим телом является ртуть, а в области низких — вода.
На рис. 12.17 приведена принципиальная схема бинарной ртутно-водяной паросиловой установки. Пунктирной линией показан ртутный цикл. Ртутный пар из ртутного котла 1 поступает в ртутную турбину 2 и после расширения в турбине направляется в конденсатор-испаритель 3, где конденсируется. Теплота, выделяющаяся при конденсации ртути, используется для образования водяного пара. Поэтому конденсатор-испаритель 3 одновременно является и пароводяным котлом. Жидкая ртуть из конденсатора-испарителя 3 подается насосом 4 в ртутный котел, а водяной пар направляется в перегреватель 5, после чего поступает в паровую турбину 6, где и производит полезную работу.
Отработавший водяной пар отдает теплоту охлаждающей воде в конденсаторе 7, а затем водяным насосом 8 перекачивается в конденсатор-испаритель 3. В бинарных установках применяется насыщенный ртутный пар при давлениях 1 — 1,5 МПа с температурами 517 — 577'С. Пар в ртутной турбине адиабатно расширяется до давлений 0,01 — 0,004 МПа, т. е. до температур 247 — 227 'С. Начальная температура водяного пара на 10 — 15'С ниже температуры ртутного пара в конденсаторе-испарителе, что составляет примерно 217 — 237 'С и соответствует давлению 3,3...2,5 МПа. Перегрев водяного пара используется для уменьшения конечной влажности водяного пара при его расширении.
На рис. 12.18 приведены Тз-диаграммы, построенные для 1 кг водяного и тп килограмм ртутного паров. Вследствие малой теплоемкости ртути ее пограничная кривая х = 0 круто поднимается вправо так, что ртутный цикл весьма близок к 12.6. Бинарные циклы а О а) Рис. 12.1В прямоугольнику, т. е. к циклу Карно, чего нельзя сказать о цикле Ренкина для водяного пара. Пароводяная часть цикла (рис. 12.18, а) представляет цикл Ренкина с насыщенным паром, ртутная часть — цикл Репнина с насыщенным ртутным паром. Ртутный цикл состоит из следующих этапов: ° адиабатного процесса расширения в ртутной турбвне 8 — 7; ° отвода теплоты от конденсирующего ртутного пара в кон- денсаторе-испарителе 7 — б; ° процесса сжатия в ртутном насосе б — 10; ° изобарного процесса подвода теплоты к ртути в ртутном котле 10 — 9 — 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
