Цикл Ренкина в паре со сверхкритическим начальным давлением
Если обеспечить начальное давление больше критического (для воды ), то жидкость при подогреве в экономайзере сразу переходит в состояние перегретого пара, минуя двухфазное состояние пара. Дальнейший перегрев пара из экономайзера происходит в пароперегревателе. В этом случае котлоагрегат не имеет парового котла
|
Рис.1.21 Цикл Ренкина в паре со сверхкрити-
ческим давлением на диаграмме
Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара
С целью существенного повышения температурного КПД цикла Ренкина за счет увеличения начального давления Р1 при сохранении степени сухости влажного насыщенного пара не менее Х2= 0,86…0,88 в современных паровых тепловых установках используется промежуточный перегрев пара. Как правило, используется цикл с двукратным (вторичным) перегревом пара. На рисунке 1.23 приведена принципиальная схема установки, работающей по циклу Ренкина с вторичным перегревом пара, а на рисунках 1.24-1.26 – этот цикл в диаграммах P-V, T-S, i-S.
Рис. 1.23 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по циклу Ренкина с вторичным перегревом пара, где
КА – котлоагрегат
ПК – паровой котел
Э – экономайзер
ПП1 – первая ступень пароперегревателя
ПП2 – вторая ступень пароперегревателя
ПТ1 – первая ступень паровой турбины
ПТ2 – вторая ступень паровой турбины
|
|
ЭГ – электрогенератор
К – конденсатор
ЦН – циркуляционный насос
ПН – питательный насос
Рис. 1.24 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме P-V
Рис. 1.25 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме T-S
Рис. 1.26 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме i-S
Из первой ступени пароперегревателя ПП1 перегретый пар с параметрами P1 и T1 поступает в первую ступень паровой турбины ПТ1, где расширяется до некоторого промежуточного давления Ра(Ра > Р2) и температуры Та(Та > Т2) в адиабатном процессе 1-а.
В зависимости от начальных параметров (Р1 и Т1) и величины промежуточного давления Ра ,точка «а» может находиться как в области влажного насыщения пара (Рис.1.24-1.26), включая сухой насыщенный пар, так и в области перегретого пара.
Отработавший на лопатках первой ступени турбины ПТ1 пар поступает во вторую ступень пароперегревателя ПП2, где при Ра =const снова перегревается до температуры Т1 (процесс a-b). Из второй ступени пароперегревателя ПП2 перегретый пар с параметрами Ра и Т1 подается на лопатки второй ступени турбины ПТ2, где расширяется до давления Р2 и температуры Т2 = Тн2 (процесс b-2).
Далее цикл ничем не отличается от обычного цикла Ренкина: конденсация пара в конденсаторе К (процесс 2-3), адиабатное сжатие жидкости в питательном (конденсационном) насосе (процесс 3-4), подогрев жидкости в экономайзере Э при Р1=const до температуры кипения Тн1 в первой ступени пароперегревателя ПП1.
|
|
Если бы вторичный перегрев отсутствовал, то процесс адиабатного расширения пара в турбине заканчивался бы в точке 2’, где степень сухости влажного насыщенного пара Х2’< Х2.
Из рис. 1.24-1.26 следует, что вторичный перегрев пара значительно увеличивает степень сухости насыщенного пара на выходе из второй ступени турбины ПТ2 и увеличивает работу цикла Ац.
В соответствии с формулой (1.10)
Ац =Атурб – Анас = Атурб1 + Атурб2 – Анас,
где АТ1, АТ2 – работа первой (ПТ1) и второй (ПТ2) ступеней паровой турбины
В соответствии с формулами (1.9) и (1.7)
Атурб1 = i1 - ia
Атурб2 = ib - i2
Анас = i4 - i3
Тогда
|
Обозначим: h01 = (i1 – ia) – адиабатный теплоперепад в первой ступени ПТ1 турбины
h02 = (ib - i2 ) - адиабатный теплоперепад во второй ступени ПТ2 турбины
С учетом этого (1.22) приобретает вид
|
(1.23)
|
|
Если бы вторичный перегрев отсутствовал, то адиабатный теплоперепад турбины в соответствии с рис. 1.26 определялся бы как
h0 = i1 – i2’
Т.к. h0 < (h01 + h02), а величина Анас = i4 – i3 одинакова, то работа цикла со вторичны перегревом будет больше, чем в обычном цикле Ренкина.
Количество теплоты, подводимой к 1 кг рабочего тела в котле ПК и первой степени пароперегревателя ПП1 при P1 = const в процессах 4-5-6-1:
q11= i1 – i4
Количество теплоты, подведенной к 1 кг рабочего тела на второй ступени пароперегревателя ПП2 при Pa = const в процессе a-b:
q12= ib – ia
Тогда суммарный теплоподвод в цикле Ренкина с вторичным перегревом пара равен
q1= q11 – q12
|
(1.24)
|
(1.25)
Если пренебречь работой питательного насоса, то есть положить , то приближенно можно записать:
|
(1.26)
|
(1.27)
|
|
|
|
(1.29)
|
или
(1.30)
(Величину i3 в некоторых справочниках обозначают ik – «энтальпия конденсата»)
Термический КПД цикла Ренкина с вторичным перегревом пара будет больше цикла Ренкина с однократным перегревом, если средняя температура теплоотвода в дополнительном цикле (1-2-2’-a-b) будет больше, чем в основном цикле (1-2’-3-4-5-6-1).
Давление Pa, при котором производится вторичный перегрев, следует выбирать так, чтобы термический КПД дополнительного цикла
| |||
|
(1.31)
был больше основного цикла
(1.32)
Здесь
|
(1.33)-работа в
дополнительном цикле
|
(1.34)-работа в
основном цикле
(Проверка: Ац = Ац осн + Ац доп; подстановка в эту формулу (1.33) и (1.34) дает формулу (1.22))
|
(1.35)
|
(1.36)
1.2. 9 Регенерация теплоты. Обобщенный (регенеративный) цикл Карно.
Как известно, обратимый цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат и в заданном диапазоне температур Т1-Т2 невозможно получить термический КПД, превышающий КПД обратимого цикла Карно:
Однако, есть циклы, по своей конфигурации отличающиеся от обратимого цикла Карно, но при некоторых дополнительных условиях имеющие термический КПД, равный КПД обратимого цикла Карно.
К таким циклам относится регенеративный обратимый цикл, состоящий из двух изотерм и двух любых произвольных эквидистантных кривых, называемый обобщенным (регенеративным) циклом Карно (рис.1.27). В диаграммах T-S эквидистантные кривые – это семейство кривых, имеющих при одинаковой температуре равные угловые коэффициенты.
Регенерация теплоты – это перенос теплоты с одних участков цикла на другие.
Циклы, в которых применяется регенерация теплоты, называются регенеративными циклами.
Так в цикле, представленном на рис. 1.27, происходит перенос теплоты с участка 1-2 на участок 3-4.
Рис.1.27 Обобщенный регенеративный цикл Карно.
Процесс 4-1 – изотермическое расширение рабочего тела с подводом теплоты q4-1 от нагревателя с температурой Т1.
Процесс 1-2 – политропное сжатие с отводом теплоты q1-2 от рабочего тела.
Процесс 2-3 – изотермическое сжатие рабочего тела при температуре холодильника Т2 с отводом теплоты q2-3.
Процесс 3-4 – политропное расширение рабочего тела с подводом теплоты q3-4.
В качестве теплоотдатчиков при этом используются теплообменники, которые применялись в процессе 1-2.
Так как кривые 1-2 и 3-4 эквидистантны, то . Таким образом, сколько теплоты рабочее тело отдает в процессе 1-2, столько же принимает в процессе 3-4. В данном случае происходит перенос теплоты , поэтому цикл на рис. 1.27 является регенеративным.
Работа цикла 1-2-3-4 равна
(1.37)
Как известно,
(1.38)
и , где
q1 – результирующая подведенная теплота;
q2 – результирующая отведенная теплота.
Из сравнения формул (1.37) и (1.38) следует, что в регенеративном цикле 1-2-3-4 q1 = q4-1, а q2=q2-3. Тогда
где
Тогда
В силу эквидистантности кривых 3-4 и 1-2 = , при этом
Таким образом, обратимый цикл, состоящий из двух изотерм и двух эквидистантных политроп, имеет такой КПД, что и у обратимого цикла Карно, и поэтому называется обобщенным (регенеративным) циклом Карно.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 247; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!