Паровые теплосиловые установки с циклом Ренкина
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
В. Н. Диденко
ТЕПЛОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ
Методическое пособие – курс лекций
по дисциплине «Термодинамика »
раздел « Теплосиловые установки »
для студентов специальности 140100.62 «Промышленная теплоэнергетика»
Ижевск 2009
УДК 621.
Определение . Методическое пособие – курс лекций по дисциплине «Термодинамика » раздел « Теплосиловые установки »для студентов специальности 140100.62 «Промышленная теплоэнергетика»
Составитель: доктор технических наук В. Н. Диденко
Методическое пособие – курс лекций - содержит основные сведения о паросиловых и газотурбинных установках и их термодинамических циклах.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению «Теплоэнергетика»
© Диденко В. Н. (составление), 2009
©Издательство ИжГТУ, 2009
1. ПАРОВЫЕ ТЕПЛОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ.
1.1 Циклы Карно во влажном паре.
Теплосиловые установки – это тепловые двигатели, предназначенные для преобразования теплоты в механическую работу.
В газовых теплосиловых установках рабочим телом является газ. Ранее было показано, что прямой обратимый цикл Карно обладает наивысшим термодинамическим КПД.
|
|
|
|
Рис 1.1 Прямой цикл Карно газообразного
рабочего тела на диаграмме 
Если в качестве рабочего тела использовать газ, то приблизиться к изотермическому сжатию возможно с применением многоступенчатых компрессоров, у которых предусматривается промежуточное охлаждение после последней ступени.
А изотермическое расширение приблизительно можно воспроизвести за счет ступенчатого подвода теплоты в газотурбинных установках.
Таким образом, цикл Карно не может быть реализован газообразным рабочим телом (газом) из-за технических проблем осуществления изотермических процессов расширения и сжатия газа.
Использование в качестве рабочего тела пара – газообразного состояния вещества при температуре ниже критической, позволяет относительно просто реализовать цикл Карно.
Паровые теплосиловые установки – это теплосиловые установки, в которых рабочим телом является пар, получаемый испарением легкокипящей жидкости. В качестве такой жидкости наиболее часто используется вода, обладающая следующими преимуществами:
¾ вода находится в жидкой фазе при атмосферном давлении и достаточно низкой температуре;
|
|
|
¾ легкая конденсация в жидкую фазу;
¾ сравнительно низкая теплота парообразования при 
;
¾ экологичность, низкая агрессивность в установке, большие природные запасы.
Как известно, фазовые переходы в области влажного насыщенного пара (парообразования и конденсация) являются при постоянном давлении одновременно и изотермическими.
Реализовать изобарный процесс как в газе, так и в паре технически просто.
Если расположить изобарные процессы расширения и сжатия в области влажного насыщенного пара и добавить к ним адиабатные процессы расширения и сжатия, то получим цикл Карно.
|
Рис 1.3 Прямой цикл Карно во влажном
насыщенном паре на диаграмме
Рис 1.5 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по циклу Карно во влажном насыщенном паре:
ПК – паровой котел;
ЭГ – электрогенератор;
ЦН – циркуляционный насос;
ПТ – паровая турбина;
К – конденсатор;
КП – компрессор.
В паровой котел ПК поступает влажный насыщенный пар с параметрами 
и 
из компрессора КП. На рис.1.3. и 1.4. линия 4-1 – процесс увеличения степени сухости влажного насыщенного пара в паровом котле ПК от 
до 
за счет подвода теплоты 
от сжигания топлива в топке котла ПК. Теплота подводится к насыщенному пару в котле при 
и 
. Пар с высокой степенью сухости подается из котла к соплам паровой турбины ПТ при давлении и температуре 
. Линия 1-2 процесс адиабатного расширения пара в турбине. Расширение пара при истечении из сопел приводит к увеличению его кинетической энергии, которая передается лопатками рабочего колеса турбины и приводит рабочее колесо во вращение.
|
|
|
На одном валу с рабочим колесом турбины установлен электрогенератор Э – «потребитель работы».
На выходе из турбины влажный насыщенный пар имеет параметры 
, 
и степень сухости 
, причем 
, 
и 
. С этими параметрами влажный насыщенный пар поступает в конденсатор К – рекуперативный теплообменный аппарат с проточной водой в качестве охлаждающей жидкости. Охлаждающая вода подается в конденсатор циркуляционным насосом ЦН. Линия 2-3 – процесс отъема теплоты 
при 
и 
от влажного насыщенного пара с понижением степени его сухости от до 
.
С параметрами , 
и влажный насыщенный пар всасывается компрессором КП. Линия 3-4 – процесс адиабатного сжатия насыщенного пара до давления температуры 
с уменьшением степени сухости от до 
.
|
|
|
Но этот цикл не используется из-за проблем реального осуществления процесса сжатия 3-4 в компрессоре. Наличие капель жидкости во влажном насыщенном паре плохо сказывается на работе проточных частей паровой турбины и компрессора. Компрессор предназначен для сжатия газа, а в рассматриваемом процессе 3-4 сжимается влажный насыщенный пар. Из-за неполной конденсации влажного пара в конденсаторе в компрессор поступает влажный пар с большим удельным объемом 
. Это приводит к необходимости использования компрессоров с увеличенными объемами цилиндров, что увеличивает работу на сжатие пара ( площадь 3-4-5-6 на рис.1.3.).
Термический КПД цикла Карно во влажном паре
или
(1.1)
Пример 1: при 
и соответствующем 
, 
и соответствующем 
Таким образом, эффективность цикла Карно во влажном паре весьма велика.
Так как процессы 4-1 и 2-3 является изобарно-изотермическими, то по формулам для изобарных процессов
; 
Окончательно 
(1.2)
по формулам (1.1) необходимо увеличивать давление пара в котле , а для уменьшения 
необходимо понижать давление в конденсаторе.
При этих изменениях увеличивается 
, но также увеличиваются объемы цилиндров компрессора.
Таким образом, главными недостатками цикла Карно во влажном паре являются:
1) громоздкость компрессора из-за большого объема цилиндров;
2) большие затраты энергии на сжатии влажного пара в компрессоре с большим объемом цилиндров.
Из-за этих недостатков за идеальный цикл паровой теплосиловой установки принят другой специальный цикл – цикл Ренкина.
Паровые теплосиловые установки с циклом Ренкина
Если в цикле Карно на влажном паре обеспечить полную конденсацию пара в конденсаторе, то в котел будет подаваться не влажный насыщенный пар, а жидкость. Для подачи жидкости, с повышением давления от давления в конденсаторе до давления в паровом котле потребуется насос который компактнее и экономичнее компрессора. Такой цикл был предложен в 50-х годах 19-го века почти одновременно шотландским миссионером и физиком Уильямом Джоном Ренкиным (Rankin) (1820-1872) и немецким физиком Рудольфом Юлиусом эммануэлем Клаузиусом (Clausius) (1822-1888). Этот цикл чаще всего называют циклом Ренкина (Ранкина).
Схема паровой теплосиловой установки с циклом Ренкина отличается от установки с циклом Карно в основном тем, что вместо компрессора используется насос, называемый питательным.
Есть два варианта цикла Ренкина:
a) В сухом насыщенном паре;
b) с перегревом пара.
Выбор варианта предопределяет наличие в котлоагрегате экономайзера( вариант «a»), либо экономайзера и пароперегревателя (вариант «b»).
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!