teplotekhnika (852911), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Точки начала и окончания процессов в цикле указаны на рис. 5.19.Работа за цикл ІЦ равна разности работ, полученной в машине Ім и затраченной на работу насоса 1". На диаграмме ру работа машины численно равна площади а- І-2-Ь, а работа насоса - площади Ь-3-4-а.
Работа Іночень мала по сравнению с Ім, поэтому обычно считают Ін = О, а ІЦ = Ім.Цикл Ренкина на диаграммах ТЅ и із показан на рис. 5.20. В этих диаграммах приняты те же обозначения характерных точек цикла, что и надиаграмме ру (см. рис. 5.19, б).В связи с тем, что в результате адиабатного сжатия воды в насосе температура и энтальпия ее повышаются незначительно, точки 3 и 4 нарис. 5.20 практически сольются, а изобары подогрева воды в котле надиаграммах ТЅ и із совпадут с нижней пограничной кривой. Последнееравносильно сделанному ранее допущению, что 1н = О.105,л1ТтТ1їКв:'111Кі2Т31а'а”он»4а'т2г 3ТпЧ,с+`сіІІ2Ч\\/в,2МЧ*43Руа:Рис.
5.20. Изображение цикла Ренкина в диаграммах Тз и ізС учетом этого допущения количество теплоты, подведенной в котелв изобарном процессе,а КОЛИЧЄС'ГВО ОТВЄДЄННОЙ ТЄПЛОТЫ|42| = 12 - із.(5.21)Работа, полученная за цикл,Используя (5.1) и имея в виду, что із = і'2, получаем следующее выражение для термического КПД цикла Ренкина:пт=а=__ч-і2,Чт..'1 -15(5.23)Работу цикла и его термический КПД можно определить по диаграмме із водяного пара.При работе крановых машин по разомкнутому циклу температура ЖМпитательной воды меньше температуры 182, в связи с чем дополнительнозатрачивается теплота в котле на подогрев ее от ІМ до 132.Количество теплоты, подведенной в котел, в данном случаеЧІ = і| -іПВ,(5.24)а термический КПД циклапт106__і1 -і2'І"Іп.в'(5.25)В качестве паровой машины для преобразования теплоты в механическую работу используются многоступенчатые турбины и значительнореже - поршневые машины.Направления повышения КПД цикла Ренкина.
Для получения высокихзначений термического КПД цикла Ренкина необходимо повышать начальные параметры пара на входе в турбину рІ и І, и уменьшать противодавление р2 - давление в конденсаторе. Этот вывод можно сделать изанализа теоретических циклов Карно и Ренкина.Повышение начального давления в связи с уменьшением удельногообъема пара благоприятно сказывается на габаритных размерах установок и диаметрах паропроводов, поэтому в крупных стационарных установках давление пара доводят до 30 МПа (и выше).Повышение начальной температуры ограничено способностью металла пароперегревателя и лопаток турбины длительное время выдерживать высокие температуры.
В настоящее время г! доходит до 600 °С.Снижение противодавления р2, т.е. создание высокого разрежения вконденсаторе, ограничено температурой охлаждающей среды. Так, притемпературе охлаждающей среды 20 °С и температуре конденсации пара132 = 29 °С давление в конденсаторе должно быть равным р2 = 0,004 МПа.При малых значениях р2 резко возрастает удельный объем пара и в связи с этим - размеры конденсатора и трубопровода отработанного пара.На рис. 5.21 в диаграмме із показано «адиабатическое изменение» Аіработы (адиабатного перепада Ґ, і", і'” при различных условиях) циклаРенкина в зависимости от изменения давления в котле р', температурыперегрева пара ІІ и давления в конденсаторе р2.Паротурбинные энергетические установки (ПТЭУ), реализующиенаивыгоднейшие параметры пара, обеспечивают термический КПД не= 0,45 + 0,47.
При этом эффективный КПД составляетвышецю3ЅРис. 5.21 . Изменение адиабатного перепада энтальпий в зависимости:а - от давления в котле; б - от температуры перегрева пара; в - от давления вконденсаторе107абІ/цтнДТ^1ЕІТЬ ь*ЧдппуПП24Конд <їПКіпн С)+//ЪҐЗу2\\\сзРис. 5.22. Идеальный цикл ПТЭУ с промежуточным перегревом пара:`7а - схема установки: ДПП - дополнительный промежуточный пароперегре вател ь; ТВД,ТНД - турбины соответственно высокого и низкого давления; Конд - конденсатор; Пн- питательный насос; ПК- паровой котел; ПП - пароперегреватель; ротб - давлениеотбора пара; б - в Тз-координатахце = 0,29 + 0,35. В сравнении с поршневыми ДВС (11е = 0,4 + 0,5) ПТЭУоказываются менее экономичными, поэтому изыскиваются и другие пути повышения их экономичности.Идея регенеративного цикла ПТЭУ состоит в подогреве питательнойводы теплотой отбираемого между ступенями турбин пара, а не теплотойсгораемого топлива.
Термический КПД регенеративного цикла ПТЭУ на10-15% выше термического КПД цикла Ренкина и составляет п, = 0,50 ++ 0,52. Повышение КПД цикла вследствие роста температуры питательной воды ІМ происходит не монотонно и при определенном ее значенииимеет максимум.В целях предотвращения эрозии лопаток последних ступеней турбины степень сухости х2 ограничивают соотношением х2 > 0,86.
Эти условия осуществляют в цикле с промежуточным перегревом пара, позволяющим одновременно повысить эффективность ПТЭУ (рис. 5.22). В таких циклах пар расширяется в турбине не сразу до конечного давления,а поочередно, в ее частях, называемых турбинами высокого давленияТВД и низкого давления ТНД. После ТВД пар направляется в дополнительный промежуточный ДПП пароперегреватель, где его температураповышается.При начальных сверхкритических параметрах пара часто применяютбольше двух промежуточных перегревов, имея в виду, что многократныйперегрев приближает ломаную кривую 1-2'- І'-2-3-4 к изотерме.Суммарный КПД современных теплоэлектростанций (ТЭС) не превышает 38 + 42%.Сейчас ТЭС расходует примерно 460 млн т условного топлива.
Околополовины теплоты сгорания этого топлива сбрасывается с охлаждающейтурбины водой ((12 теоретического цикла), увеличивая так называемое«тепловое загрязнение» окружающей среды.108Теплофикационный цикл. Советский Союз первый в мире осуществилидею комбинированного производства тепловой и электрической энер-гии в одной установке на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). В таких установках конденсация пара после силовой паровой турбины обеспечивается в специальных устройствах для подогрева воды, идущей в тепловыесети для теплофикации промышленных и жилых зданий, а установки работают по так называемому теплофикационному циклу (рис.
5.23).Для практического осуществления теплофикационных циклов используют турбины специальной конструкции, работающие с ухудшенным вакуумом, с противодавлением или с регулирующими отборами пара. Современные ТЭЦ ориентированы на использование турбин с регулируемыми отборами пара, так как они могут работать по свободномуэлектрическому графику с одновременным независимым регулированием тепловой нагрузки.Турбина с одним регулирующим отбором пара состоит из ТВД и ТНД.Пар из пароперегревателя ПП вначале расширяется в ТВД до давленияотбора пара ротб на нужды теплофикации. Это давление согласуется припроектировании с нуждами потребителей.
Оставшаяся часть пара черезрегулирующий вентиль РВ поступает в ТНД, где пар расширяется до давления, соответствующего давлению в конденсаторе (0,03-105 + 0,04-105 Па).Количество пара, поступающего на нужды теплофикации, может регулироваться в широких пределах - от нуля (чисто конденсационнаятурбина) до максимума.При увеличении давления за турбиной термический КПД циклаПТЭУ, естественно, уменьшается, однако этот проигрыш компенсируется огромными преимуществами комбинированного способа.
Так, прираздельной выработке электроэнергии и теплоты степень использованиятеплоты топлива составляет не более 40-45%, а при комбинированнойвыработке электроэнергии и теплоты на ТЭЦ доходит до 70-80%.На современных ТЭЦ реализованы и более сложные схемы теплофикационных циклов, позволяющие так существенно повысить коэффициент использования теплоты топлива.твДІ -іППРис. 5.23.
Схема теплофикационного цикла ПТЭУ/ ТНПРВПК1Ротб44\КондЁПнО1095.6. Обратные циклыЦикл паровой компрессорной холодильной установки. Основной задачейхолодильных установок является перенос теплоты от тела с более низкойтемпературой к телу с более высокой температурой за счет затрачиваемойдля этого внешней механической работой.Идеальным циклом холодильных установок является обратный циклКарно (рис. 5.24).
В этом цикле теплота 41 передается от тела с темпера-турой ТІ к телу с температурой Т2 за счет работы цикла ІЦ.Основными характеристиками холодильной установки являются:1. Холодопроизводительность, кДж/с, представляющая количество те-плоты, отводимое в единицу времени от тела с низкой температурой,01 =Ч|Мугде МЅ - секундный расход рабочего тела, кг/с; 41 - удельное количествоотводимой теплоты (удельная холодопризводител ьность), кДж/кг.2. Холодильный коэффициент є = (11/ І ІЦ'Практическое осуществление холодильной установки, работающейпо циклу Карно, затруднительно.
Осуществить процессы, близкие к изотермическим, возможно только при достаточно медленном их протекании или в случаях конденсации и испарения холодильного агента.Реальные холодильные установки подразделяют на два основных типа: компрессорные и абсорбционные. В свою очередь компрессорныехолодильные установки подразделяют на газовые (воздушные) и паровые. Наибольшее распространение получили холодильные установки, вкоторых рабочим телом (хладагентом) являются парообразные вещества(аммиак и различные галогенозамещенные углеводороды - фреоны-хладоны) с низкой температурой кипения.Принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установкии ее цикл представлен на рис.
5.25, где кроме известной диаграммы ТЅ использована диаграмма Іп рі. Идеальным циклом паровой компрессорнойустановки является обратный цикл Ренкина.Компрессор 4 засасывает из испарителя І сухой насыщенный илислегка перегретый пар хладагента и адиабатно сжимает его до давления р2Тл,у-////Рис. 5.24. Обратный цикл Карної\\*ГЖ/(ёНОАіИ"+`а\*А-57×`Щ1м4І]'\ЗРІг.“ПЧ1Рис. 5.25. Идеальный цикл компрессорной холодильной установки:а - схема установки; 6 - в Тъкоординатах; в - Іп рі-координатах(процесс 1-2). Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор3, где охлаждается до температуры конденсации тк (процесс 2-3), а затемконденсируется (процесс 3-4'-4), отдавая в окружающую среду теплоту42.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
