Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Цикл Карно иасыщеннога пара можно была бы осуществить следунзщим образам (рис. 6.6). Теплота от горячего источника палволи<гя при постоянной температуре Т< по линии 5-1, в результате чего вода с параметрами точки 5 превращается в сухой насыщенный пар с параметрами точки !. Пар адиабатна расширяется в турбине да температуры 61 Рис. 6.6 Циклы Карно и Реикввв насыщенного водяного пара в Т, л-диаграмме Ть совершая техническую работу и превращаясь во влажный пар с параметрами точки 2. Этот пар поступает в конденсатор, где отдает теплоту холодному источнику (циркулирующей по трубкам охлаждающей воде), в результате чего его степень сухости уменьшается от кэ до хэ.
Изотермы в области влажного пара являются одновременно и изобарами, поэтому процессы 5-1 и 2-2' протекают при постоянных давлениях р, и рэ. Влажный пар с параметрами точки 2' сжимается в компрессоре по линии 2'-5, превращаясь в иоду с температурой кипения. На практике этот цикл не осуществляется прежде всего потому, что в реальном цикле вследствие потерь, связанных с неравновесностью протекающих в нем процессов, на привод компрессора эатрачивалась бы большая часть мощности, вырабатываемой турбиной.
Значительно удобнее и экономичнее в реальном цикле конденсировать пар до конца по линии 2-3, а затем насосом увеличивать давление воды от рэ до р~ по линии 3-4. Поскольку вода несжимаема, точки 3 и 4 почти совпадают, и затрачиваемая на привод насоса мощность оказывается ничтожной по сравнению с мощностью турбины (несколько процентов), так что практически вся мощность турбины используется в качестве полезной.
Такой цикл был предложен в 60-х годах прошлого века шотландским инженером и физиком Ренкиным и по- чти одновременно Клаузиусом. Схема теплосиловой установки, в которой осуществляется этот цикл, представлена на рис. 6.7. (На этой схеме показана также возможность перегрева пара в пароперегревателе 5-1, которая в цикле насыщенного пара ие реализуется). Теплота в этом цикле подводится по линии 4-5-5 (см. Рис. 6.6) в паровом котле ПК, пар поступает в турбину Т и расширяется там по линии 1-2 до давления рм совершая техническую работу Она передается на электрический генератор ЭГ или другую машину, которую вращает турбина, Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор К, где конденсируется по линии 2-3, отдавая теплоту конденсации холодному источнику (охлаждающей воде).
Конденсат забирается насосом Н н подается снова в котел (линия 3-4 на рис. 6.6). Термический КПД цикла Ренкина, естественно, меньше, чем ти цикла Карно при тех же температурах Т, и Тэ, поскольку средняя температура подвода теплоты уменьшается при неизменной температуре отвода. Однако реальный цикл (с учетом неравновесности сжатия пара в компрессоре в цикле Карно) оказывается экономичнее. Теоретически термический КПД цикла Ренкина можно сделать равным КПД цикла Карно с помощью р е г е и е р ад и и те ил от ы, если осуществить расширение пара не по адиабате 1-2, кан в обычной турбине, а по политропе 1- Рис. 6 7 Схема пвросиловой установки.
ПК вЂ” пврпвпа котел, à †. паровая тэрбввв; ЭГ элевтрпгепврвгпр, К вЂ . конденсатор, Н вЂ” насос 7 (рис. 6.8), эквидистантиой линии 4-5 нагрева воды, н всю выделяющуюся при этом теплоту (площадь )-!'-7'-7) передать в идеальном (без потерь эксергии) теплообменнике воде (плошадь 3'-3-5-5'). На практике такую идеальную регенерацию осуществить не удается, однако в несколько ином виде регенеративный подогрев воды применяется очень широко и позволяет существенно увеличить КПД реального цикла.
К сожалению, цикл насыщенного водяного пара обладаег весьма низким КПД из-за невысоких температур насыщения. Например, при давлении 9,8 МПа температура насыщения составляет 3(! 'С. Прн температуре холодного источника, равной 25 'С, т), „„, = !в — (273+25)/(273+3! !)=0,49. Дальнейшее увеличение температуры Т„а значит, и давления р~ не имеет смысла, ибо, мало увеличивая КПД, оно приводит к утяжелению оборудования из условий прочности,' а также к уменьшению количества теплоты т)ь забираемой каждым килограммом воды в процессе испарения 5-! (из-за сближения точек 5 и ! на рис. 6.6 и 6.8 по мере повышения температуры). Это значит, что для получения той же мощности необходимо увеличивать расходы воды и пара, т. е, габариты оборудования.
При температуре, превышающей критическую (для воды („р — — 374,(5'С, Х Рис. 68, Идеальная регенерация теплоты в цикле насыщенного пара что соответствует давлению 22,! МПа), цикл на насыщенном паре вообще невозможен. Поэтому цикл насыщенного пара (регенеративпый) применяется в основном в атомной энергетике, где перегрев пара выше температуры насыщения связан с определенными трудностями. Между тем металлы, которыми располагает современное машиностроение, позволяют перегревать пар до 550— 600 'С.
Это дает возможность уменьшить потери эксергии при передаче теплоты от продуктов сгорания к рабочему телу и тем самым существенно увеличить эффективность цикла. Кроме того, перегрев пара уменьшает потери на трение при его течении в проточной части турбины. Все без исключении тепловые электрические станции на органическом топливе работают сейчас на перегретом паре, а иногда пар иа станции перегревают дважды и даже трижды. Перегрев пара все шире применяется и на атомных электростанциях, особенно в реакторах на быстрых нейтронах.
Цикл Ренкина на перегретом паре. Изображения идеального цикла перетре. того пара в р-, и-, Т, э- и Л, э-диаграммах приведены на рис. 6,9 и 6.(0. Этот цикл отличается от цикла Ренкина на насыщенном паре (см. рнс. 6.6) только наличием дополнительного перегрева по линии б-!. Ои осуществляется в пароперегреаателе, являющемся элементом парового котла. Термический КПД цикла определяется, как обычно, по уравнению тт, =(т)~— т)з)/т) . Теплота д, подводится при р=сопю в процессах 4-5 (подогрев воды до температуры кипения), 5-5 (парообразование) и б-! (перегрев пара) Теплота дь подведенная к ! кг рабочего тела в нзобарном процессе, равна разности энтзльпий в конечной и начальной точках ~роцесса: т)т=Й, — Й,. Отвод теплоты в конденсаторе ттсуществляется также по изобаре 2-3, следовательно, т)т=л,— Йз.
Термический КПД цикла и,= = [(Й~ — )та) — (Йз — Йз) ) /(Й~ — Йз). Если не учитывать ничтожного повышения температуры при адиабатном сжатие во- и л а/ Ч<=(И< 62)/(6< Из) «, "<: '! % ЗЗП 40<! бнн ЫЮ 40,5 4! 42„'< 44,2 рис 6.!< цикл Ренкина ка перегретом наре и к П ь лак<акима, Л вЂ” в Т, саик<раиче Рис П.!П !(их.< !'снкина к И, з-диаграмме ды в насосе, то Из=И< и =(И, — Иэ)/(И, — Из), (6.7) где И(=Из — энтальпия кипящей воды при давлении рз Из формулы (б 7) видно, что КПД идеального никла Ренкина определяется значениями энтальпий пара до турбины И, и <июле не< И, и эитальпии воды 6<й, находящейся при температуре кипения Иь В свою очередь эти значения определяются тремя параметрами цикла. давлением р, и температурой ц пара перед турбиной и давлением рэ за турбиной, т, е в конденсаторе, В самом деле, зная р, и 1ь легко отыскать положение точки 1 в 6, з-диаграмме и найти энтальпию И, (см.
рис. 6.(0). Пересечение адиабаты, проведенной из точки 1, с изобарой рэ опрелеляет положение точки 2, т. е. энтальпию Иь Наконец, энтальпия И', воды, закипающей при давлении р<, зависит только от этого давления. Перегрев пара унеличиваст среднюю температуру подвода теплоты в цикле, не меняя температуру отвода теплоты Поэтому термический КПД паросиловой установки возрастает с увеличением температуры пара перед двигателем.
Дли примера ни к< приведена зависимость т1, от 1, при абсолютных давлениях р, = =Чй,::<4! (а и 1<,=39 к! (а: С увеличением давлении пара перед турбиной р, при постоянных 1, и р, полезная работа цикла возрастает, т. е, 1~",.= '- 1",„)1,',, (рис 6.(!). В то же время количество подведенной за цикл теплоты <4< несколько уменьшается за счет уменьшения энтальпии перегретого пара И, Поэтому чем иыше давление р<, тем больше КПД идеального цикла Ренкина. На рис. б. ! ! видно, что большему давлению перед турбиной соответствует более высокая влажность выходящего из хр эр Рис. 5 !1 Влияние давления ле!илретого пара иа параметры никла Релкииа нес пара.
При р~ =р! из турбины выходит перегретый пар; при р, =р" ,ои получается уже слегка влажным, а при р~ = р!"степень сухости его х"' значительно меньше единицы. Содержание капелек воды в паре увеличивает потери от трения его в проточной части турбины. Поэтому одновременно с повышением давленин пара за паровым котлом необходимо повышать и температуру его перегрева, чтобы поддерживать влажность выходящего из турбины пара в заданных пределах. С этой же целью пар, частично расширившийся в турбиие, возвращают в котел и снова перегреввют (уже при меньшем давлении), осуществляя так называемый вторичкый (а иногда н третичный) подогрев. Одновременно это повышает термический КПД цикла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
