Паровые теплосиловые установки с циклом Ренкина

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 10Следующая ⇒

Цикл Ренкина в перегретом паре – основной цикл паровых теплосиловых установок, так как дает существенное повышение термического КПД.

Отличие от цикла Ренкина в насыщенном паре состоит в том, что сухой насыщенный пар из котла поступает не в паровую турбину, а в пароперегреватель – элемент конструкции котлоагрегата. На рис.1.11 приведена схема такой паросиловой установки

Рис.1.11 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по циклу Ренкина в перегретом паре:

КА – котлоагрегат;

ПК – паровой котел;

Э – экономайзер;

ПП – пароперегреватель;

ПТ – паровая турбина;

ЭГ – электрогенератор;

К – конденсатор;

ЦН – циркуляционный насос;

ПН – питательный насос.

В парогенераторе ПП за счет теплоты сжигаемого топлива происходит перегрев при до температуры , превышающей температуру насыщения для давления . За счет повышения средней температуры теплоподвода повышается термический КПД

Рис.1.13 Цикл Ренкина в перегретом паре на диаграмме

Рис.1.12 Цикл Ренкина в перегретом паре

на диаграмме

Рис.1.14 Цикл Ренкина в перегретом паре на диаграмме

Давление пара в котле, включая экономайзер и пароперегреватель, достигает значений 9,8…13,8 МПа. Современные конструкционные материалы допускают работу при температуре535…650 .

Давление на выходе из турбины может достигать значений 0,003…0,0035 МПа, при соответствующих температурах насыщения =25…35 . Такие турбины называются конденсационными.

Работа питательного насоса и турбины в цикле Ренкина

Для термодеформационных систем первое начало термодинамики в энтальпийной форме имеет следующий вид:

(1.5)

где - полезная (располагаемая) работа

Примечание:

По физическому смыслу - это работа, которая может быть передана другой системе, что отличает ее от абсолютной работы

Рис.1.15 иллюстрирует отличие от , на примере произвольного процесса 1-2. Из рис.1.15 следует, что

или

где - «работа проталкивания»

Рис.1.15 Адиабатная и полезная работа произвольного процесса 1-2.

Уравнение (1.5), для адиабатного процесса принимает вид:

или (1.6)

Тогда для адиабатного сжатия жидкости в питательном насосе (процесс 3-4 на рис 1.7, 1.8, 1.12, 1.13, 1.14) из уравнения (1.6) можно записать:

При из рис.1.12 можно записать еще одно уравнение для :

Знак минус в этом уравнении объясняется правилом знаков для работы: работа сжатия для системы считается отрицательной.

Работа привода питательного насоса противоположна по знаку , откуда

(1.7)

или (1.8)

полезная работа пара в турбине (процесс 1-2 на рис.1.12, 1.13, 1.14) из уравнения (1.6) запишется как

Так как удельная работа турбины противоположна по знаку , то

(1.9)

Полезная работа цикла Ренкина

Удельная полезная работа цикла Ренкина равна разности работ турбины и питательного насоса

(1.10)

С учетом формул (1.7),(1.8) и (1.9)

(1.10)

(1.11)

В силу малости удельного объема кипящей жидкости ( ) при не очень большом повышении ее давления , то есть работой питательного насоса( ) можно пренебречь.

Тогда при по формуле (1.11)

(1.12)

Таким образом полезная работа цикла Ренкина почти целиком определяется работой турбины

(1.13)

1.2.5 Термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина.

Термической КПД цикла Ренкина во влажном насыщенном, сухом насыщенном и перегретом паре определяется по общей формуле

(1.14)

Преобразует формулу (1.10)

Тогда

или (1.15)

Получим еще одну формулу для , для чего приравняем уравнения (1.7) и (1.8) и выразим из равенства :

(1.16)

Подставим (1.16) в формулу (1.14) окончательно получим:

(1.17)

При невысоких давлениях работой питательного насоса можно пренебречь, то есть считать

Тогда из формулы (1.16), (1.15) и (1.17) получаем приблизительные соотношения:

(1.18)

(1.19)

или (1.20)

достоинством точной формулы (1.17) и приблизительных (1.19) и (1.20) является то, что в них отсутствует , характеризующая работа питательного насоса. В то же время легко определяется по таблицам насыщенного водяного пара как удельная энтальпия кипящей жидкости при давлении («энтальпия конденсата»).

Из сравнения формул (1.3), (1.4) с (1.14) и (1.20) видно, что термический КПД цикла Ренкина как в насыщенном, так и в перегретом паре выражается одинаковым образом.

1.2.6 Исследования влияния параметров пара на термический КПД цикла Ренкина. Влияние изменения начального давления при постоянной температуре перегретого пара

Рис.1.16 Цикл Ренкина в перегретом паре при различных значениях начального давления ( ) на диаграмме при

Рис.1.17 Цикл Ренкина в перегретом паре при различных значениях начального давления ( ) на диаграмме при .

Повышение начального давления при позволяет повысить термический КПД цикла Ренкина, так как возрастает среднеинтегральная температура теплоподвода в котлоагрегате за счет возрастания температуры насыщения( ). Но при повышении уменьшается степень сухости пара( ), что способствует эрозии лопаток последних ступеней турбины при работе во влажном насыщенном паре. Из диаграммы следует, что увеличение приводит у увеличению адиабатного теплоперепада энтальпии ( ) на лопатках турбины ( ).

(1.21)

Как следует из формулы (1.17) и (1.20), увеличение теплоперепада приводит к увеличению термического перепада цикла Ренкина.

Влияние изменения температуры перегретого пара при постоянном давлении

Рис 1.18 Цикл Ренкина в перегретом паре при различных значениях начальной температуры ( ) на диаграмме при

Рис 1.19 Цикл Ренкина в перегретом паре при различных значениях начальной температуры ( ) на диаграмме при

При повышении в условиях происходит увеличение термического КПД цикла Ренкина за счет увеличения среднеинтегральной температуры теплоподвода и адиабатного теплоперепада ( ).

Здесь

Увеличение начальной температуры приводит, при неизменном начальном давлении , к повышению степени сухости пара на выходе из турбины( ), что улучшает условия работы лопаток последней ступени турбины.

Поэтому повышение начального давления следует проводить при одновременном повышении начальной температуры перегретого пара .

Влияние конечного давления в конденсаторе

Как следует из диаграммы (рис 1.19) уменьшение конечного давления и соответствующей ему температуры насыщения приводит к уменьшению среднеинтегральной температуры теплоотвода и значительному увеличению адиабатного теплоперепада . Таким образом, уменьшения конечного давления однозначно приводит к увеличению термического КПД цикла Ренкина.

Для уменьшения в конденсаторе создается вакуум, который в современных установках достигает 3…4 кПа. Дальнейшее уменьшение ограничивается тем, что температура конденсации должна быть на 15…20 градусов выше температуры охлаждающей воды как естественного охладителя. На практике температура охлаждающей воды на входе в конденсатор ( на рис 1.20) бывает не ниже 10…15 градусов. С учетом повышения температуры охлаждающей воды от до , при обеспечении необходимого среднего температурного перепада , температура конденсации должна быть равна . Этой температуре насыщения соответствует давление в конденсаторе . На рис 1.20 представлен характер изменения температуры горячего теплоносителя (насыщенный пар при давлении ) и холодного теплоносителя (охлаждающая вода). По длине рабочей поверхности , рекуперативного теплообменника, каковым является конденсатор паровой турбины.

Обозначение – общепринятые при расчете теплообменных аппаратов: индекс «1» относится к горячему теплоносителю, индекс «2» - к холодному теплоносителю, одним штрихом обозначаются параметры теплоносителя на входе в теплообменник, двумя штрихами – на выходе из теплообменника.

Рис. 1.20 Характер изменения температуры теплоносителей по длине рабочей поверхности конденсатора паровой турбины.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 674; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!