Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Дли э<ого продукты сгорании, охлажденные в котле ло иеабхалимай температуры, иапранляются в турбину, сидящую на одном валу с воздуходувкой, и расширяются в ней до атмосферного давления, совершая работу. в.4. 1(иклы ОАРОтуньи нных УО ГЛНОНОК Современная стационарпаи ~еплоэнергетика базируется в основном на паровых теплосиловых установках Продукты сгорания топлива в этих установках являются лишь промем<уточным теплоносителем (в отличие от ДВС и ГТУ), а рабочим телом служит чаше всего водяной пар. Циклы Карно и Ренкина насыщенного пара. Регенерация теплоты. Цикл Карно иасыщеннога пара можно была бы осуществить следунзщим образам (рис. 6.6).
Теплота от горячего источника палволи<гя при настоян~ай 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 ори меньшем давлении), осуществляя так называемый вторичкый (а иногда н третичный) подогрев.
Одновременно это повышает термический КПД цикла. Турбины атомных электростанций, работающие на насыщенном паре, имеют специальную конструкцию, позволяющую отводить выделягощухзся при конденсации поду. Повышение параметров пара определяетгя уровнем развития металлургии, поставляющей металлы для котлов и турбин. Получение нара с температурой 535 — 565 'С стало нозможным лишь благодаря применению низколегированных сталей, из которых изготовляются 3 телллтлхллка пароперегреватели и горячие час~и турбин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
