Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Пар, полученный в парогенераторе-котле1, поступает в паровую турбину 2, где, адиабатно расширяясь, совершает положи. тельную работу, н затем направляется в конденсатор 2, где и прбис. ходит полная конденсация поступающего в него пара при постоян. Рис !26. Теоретический циил иаросиловой устаиовки (цикл Реикииа) в коорди. натах: л — Вкл;б — х,г;и а,с шги давлении р„и соответствующей температуре "Тн, Конденсат (вода) насосом 4 (а не компрессором) направляется в котел для последующею получения нз него пара. Вследствие резкого уменьшения удельною объема пара, поступающего в конденсатор, при превращении его в ка.
пельно-жндкое состояние,в конденсаторе образуется вакуум (абсолютное давление в конденсаторах современных паровых установок не превышает 0,004 — 0,005 МПа). Вакуум дает возможность производить в турбинах более глубокое расширение рабочего тела, тем самым обеспечивается более полное использование его возможностей. В паровом цикле Ренкина вода (конденсат) сжимается насосом 4 (рис. 127)до давления рт не по изохоре, как изображено на рнс.
128, а, а по адиабате. Поэтому ее удельный объем несколько уменьшается, а температура возрастает(точка 4' на рис. 128„6). Если же прн этом учесть, что вода практически не сжимается, то процесс 8-4' является одновременно изохорным, а точка 4' практически сливается с точкой д в зТ- и а(диаграммах. Если допустить, кроме того, что изобара р, (для воды) практически сливается с нижней пограничной кривой, то паровой цикл Ренкнна представится круговым процессом 1-2-3-4-1.
;Отрезок 4-4' на пр-диаграмме соответствует подогреву конденсата в ~парогенераторе-котле при р.тпспцз( и переменной температуре (однок 'фазпзя область).к 312 С учетом принятых допущений удельная работа, затрачиваемая всосом на сжатие конденсата до давления р„в ор-диаграмме может „,ть представлена пл. п4'Злт и определяется произведением: 1„„= 'п,(р~ — рз) Эта работа существенно меньше работы, полученной в па,.вой турбнне, поэтому ее значением в расчетах обычно пренебрегают .принимают равной нулю. Работа насоса значительно меньше работы мпрессора, затрачиваемой им на сжатие конденсата в паровом цикле (арно (!ком )) 1йз~) Поэтому если сопоставить работы, полученные установках, действующих по циклу Ренкина и по циклу Карно при дних и тех же начальных параметрах (10 МПа), то установка з циклом викина дает примерно в 1,5 раза больше работы, чем установка с нклом Карно Таким образом, замена цикла Карно циклом Ренкина значительно величнвает работу цикла за счет уменьшения работы, затрачиваемой ~а сжатие конденсата.
Термический КПД цикла Ренкина все же меньше КПД цикла Карно при одинаковых параметрах. Это связано с большей затратой теплоты д, в цикле Ренкина. Действительно, в цикле Карно теплота расходуется только на процесн парообразования, поэтому д, = д В цикле Ренкина расходуется дополнительная теплота на подогрев питательной воды в процессе 4-4'. КПД цикла Ренкина определяется формулой (58), в которой д, — подводимая в цикле удель'ная теплота (пл. 1!'3'34 на зТ-диаграмме) и дз — отводимая в цикле удельная теплота (пл. 1'3'32!').
Поэтому удельная работа цикла определяется в виде разности площадей 1„ = пл. Оа4!!'Π— пл'. Оа321'О. Так как пл. Оа411'О на зТ-диаграмме является удельной энтальпивй 1з точки 1, а пл. Оа321'Π— удельной энтальпией 1, точки 2, то удельная работа цикла определяется в виде разности: (700) 1ц = 1, — 1м Подведенная удельная теплота может быть определена по зТ-диаграмме: д, = пл.
!!'3'341 = пл. Оа4!!'Π— пл. ОаЗЗ'О, тогда Ч~ 1~ (з (701) где 1, — удельная энтальпия питательной воды на входе в парогенератор-котел. Подстановка выражений (700) и (701) в формулу (58) приводит ев к виду (702) т(~ = (1~ !з)1(1~ 1з). Полученная формула термического КПД цикла Ренкнна свидетельствует о целесообразности использования для определения КПД э!- диаграммы. На диаграмме КПД цикла можно подсчитать как отношение отрезка 12 к отрезку 13 (рис. 128, в).
Если представить 1, = 1„с„(где 1„= 1, = 1, — температура конденсата; с„— удельная теплоемкость конденсата — питательной воды, с„= 4,1868 кДж!(кг град)), то формула (702) получит вид тп = (!з — (з1)(1, — 4,1868 1„). 3!3 Экономичность парового цикла также характеризуется расходом пара д и теплоты, приходящиеся иа единицу работы (1 МДж) Если расход пара г(выражается в кг/МДж, го в соогвсзствии с формулой (700) г( =- !000/!и = 1000/(!', — г,).
(703) Расход пара с( дает возможность определять площади сечений проточной части всей установки, площади сечения трубопроводов, каналов, размеры лопаток и т. д. Расход теплоты при этом определяется по формуле !/, = и' (1,— — 4,1868 /п). Подстановка в эту формулу значения удельного рапхода вара (703)дае д, = 1000/(ь (704); Обычно термический КПД цикла Ренкнна равен 30 — 40в7в.
Анализ потерь пароснловых установок свидетельствует о том, что основным: средством увеличения КПД установки является путь повышения экономичности процесса преобразования теплоты в работу, т. е. путь увеличения термического КПД цикла Ренкина за счет увеличения темпе. ратуры подводимого рабочего тела и уменьшения температуры отводимого рабочего тела. б 122. Расширение пределов рабочего процесса В рассмотренном цикле Ренкина (рия. 128) в качестве рабочего тела был использован насыщенный пар.
Это создавало возможность сопоставления этого цикла с циклом Карно. Однако если для цикла Карно безразличен выбор рабочего тела (па- Т сьлщениый пар, перегретый пар илн газ), то для цикла Ренкина применение в качестве рабочего тела перегре- того пара (даже при той же температуре) дает заметное увеличение КПД. Действительно, если представить цикл Ренкииа а-Ь-3-4 (рис. 129) состоящим из двух циклов (/-2-3-4 и /мьЬ-2), причем один из них цикл Ренкина с п~~, а другой цикл Карно с т)к!, то суммарный ти цикла Ренкина а-Ь-3-4 ! 7 1 будет иметь какое-то среднее значение к и Рас, !29. Цикл Ренкина в !Т-пвв- ~)! т(!~Ч!' ~~да т)! Ч'„' грамме с перегретым п! ром Таким образом, термический КПД цикла Ренкина т!! при использо.
ванин в качестве рабочего тела перегретого пара больше КПД того же цикла прн работе с насыщенным паром. Если перегрев пара осуществить одновременно с увеличением температуры перегрева при сохранении давления насыщенного пара, то КПД цикла возрастет дополнительно. Путь повышения КПД можно проиллюстрировать на мдиаграмме (рис.
130). Действительна, по з(-дцзграмме видно, что КПД 3!4 никла в ввответствнн е формулой (702) определится значенннмп 1„' .г„(в, которые являются функциями температур и давлений. Так, удельная энтальиия пара 1, определяется давлением р, н температурой Тте удельная энтнльпня питательной воды !', — давлением в,конце расгинрения вара в машине (давленнем в конденсаторе), !', — давлениями ,р, н ра я температурой Т,. Таким образом, термический КПД цикла определяется в основном параметрами р„р, и Т,. л1 с, г, с,' Рнс. ! ЗО.
Пути повышения Ч, цикла Ренкина: а — аа счет увеличении начального давлении; б — зз счет увеличении непалы нов теннератури; е — зз счет понижени» давлении рт в конденсаторе: г — зл счет иовторпогп перегрева пара Если процесс расширения пара изобразить в я'-диаграмме, то КПД паросиловой установки представится отношением отрезков 12 и 1З, причем отрезок !2 равен разности удельных энтальпий (т — у, н'эквэ валентен теплоте, превращенной в работу, а отрезок 13 представляе! ся соответственно разностью удельных энтальпий г, — г, и эквивалентен теплоте, затраченной в котлоагрегате на получение пара (рис.
130). Увеличение начального давления пара от р, до р,' и р", при постоянных температуре Т, и конечном давлении рв приводит к увеличению теплоперепада г! = у, — уз(!"2" )1'2' »12), и следовательно, к увеличению числителя формулы (702) при уменьшающемся значении знаменателя. В результате этого увеличивается КП1у, цикла вследствие роста температуры насыщенного пара и, следовательно, возрастания средней температуры подвода теплоты к рабочему .телу. 3!Ь Существенным недостатком при повышении КПД цикла за счет по.
вышения начального давления пара при сохранении постоянной температуры н давления р, является увеличение влажности пара в конце процесса расширения. Это приводит к повышенному разрушению по. верхности лопаток последних ступеней турбины. На термический КПД цикла Ренкина оказывает влияние температура Т, рабочего тела, поступающего в турбину. На рис 130, б показаны три отрезка теплоперепада в турбине й" )й' ) й, полученные соответственно при температурах перегретого пара Т, ")Т; )Т,. По диаграмме видно, что наибольшим из трех рассматриваемых является КПД при Т",.
Повышение его происходи" за счет роста средней температуры подвода теплоты. Следует при этом заметить, что при увеличении начальной температуры пара Т, одновременно происходит и рост средней температуры отвода теплоты, но этот рост идет менее интенсивно. Следовательно, термический КПД цикла Ренкина при увеличении начальной температуры Т, пара увеличивается.
Этот путь увеличения КПД паросиловых установок используется на практике. В настоящее время осваиваются установки с температурой перегрева пара, достигающей 873 — 923 К. Возможность большего увеличения температуры ограничивается жаропрочностыо применяемых материалов. Существенно увеличивает КПД цикла понижение конечного'давления пара при его расширении (давлеиие р, в конденсаторе). Падение давления р, соответственно до давлений р', и р", (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
