7.5. Цикл із вторинним перегрівом пари

П ідвищення початкового тиску пари з метою збільшення термічного к.к.д. циклу Ренкіна призводить до збільшення вологості пари на виході його із турбіни. Ця обставина зв’язана зі шкідливими наслідками для роботи парових турбін, і для зниження вологості пари наприкінці розширення іноді застосовують так званий вторинний або проміжний перегрів пари.

Цикл із вторинним перегрівом пари в діаграмі hs показаний на рис. 7.18. Пряма 1-3 показує адіабатне розширення пари до деякого тиску в першому циліндрі двигуна, лінія 3-4 — вторинний (або проміжний) перегрів пари при тиску й пряма 4-2 — адіабатне розширення пари в другому циліндрі двигуна до кінцевого тиску р₂ у конденсаторі.

Термічний к.к.д. такого циклу визначається з вираження

(7.25)

Зображення циклу із вторинним перегрівом у діаграмі Ts дане на рис. 7.19. Лінія 6-7-1 зображує процес одержання перегрітої пари, 1—3 — процес адіабатного розширення пари в першому циліндрі, 4-2 — процес адіабатного розширення пари в другому циліндрі, 3-4 — процес вторинного перегріву пари.

Вторинний перегрів пари збільшує термічний к.к.д. основного циклу в тому випадку, якщо тиск, при якому відбувається вторинний перегрів, обрано так, що термічний к.к.д. додаткового циклу 4-2-2' більше термічного к.к.д. основного циклу.

7.6. Теплофікаційний цикл

У так званих конденсаційних установках, які виробляють тільки механічну (або електричну) енергію, вся пара, що відробила, конденсується холодною циркуляційною водою. Остання нагрівається звичайно до 15—30°С и несе із собою величезну кількість тепла, що не може бути використане внаслідок низької температури води. Ці втрати з холодною водою становлять у конденсаційних установках до 60% тепла, що виділяється при згорянні палива.

Прагнення до використання тепла, виносимого циркуляційної (холодной) водою, привело до думки значно підвищити її температуру за рахунок підвищення тиску пари, що відробила, і використовувати її для опалення будинків, технологічних процесів найрізноманітніших виробництв: сушіння, варіння й т.п. У такий спосіб здійснюється комбіноване вироблення електричної й теплової енергії. Такі установки називають теплофікаційними або теплоелектроцентралями (ТЭЦ).

Підвищення протитиску (кінцевого тиску пари) приводить до зменшення вироблення механічної або електричної енергії, але загальне використання тепла при цьому значно підвищується. Все тепло q₂, що представляє собою в конденсаційних установках неминучу втрату, у випадку ідеального теплофікаційного циклу буде повністю використано. У дійсних умовах частина тепла губиться, і економічність теплофікаційних установок досягає 70-75%.

7.7. Регенеративний цикл

Ефективним способом підвищення к.к.д. паросилових установок служить регенерація.

На рис.7.21 показано схему установки з регенеративним підігрівом живильної води. Ця схема відрізняється від схеми, розглянутої раніше тим, що не вся пара, що надходить у турбіну, розширюється до кінцевого тиску, а частина його відбирається при деякому проміжному тиску й направляється в підігрівник, куди одночасно подається конденсат.

При рішенні завдань, пов'язаних з регенеративним циклом, зручно користуватися діаграмою Нs. Перетинання адіабати розширення 1—2 (рис. 7.22) ізобарою відбору р_відб дає точку, що характеризує стан пари у відборі.

Всі теплові розрахунки, пов'язані з регенерацією, прийнято відносити на 1 кг пари, що надійшли у турбіну.

Зі схеми, наведеної на рис. 7.21, видно, що відбір пари становить  кг/кг пари. Таким чином, від кожного кілограма пари, що поступили у турбіну,

(1-)кг пари розширюється у двигуні до кінцевого тиску, а  кг пари розширюються тільки до тиску відбору.

Кількість відібраної пари  визначається з рівняння балансу тепла для підігрівника:

(7.26)

де — ентальпія конденсату при тиску відбору;

— ентальпія пари, що відбирається з турбіни;

— ентальпія конденсату при кінцевому тиску пари.

Корисна робота 1кг пари в регенеративному циклі

(7.27)

або після простих перетворень

(7.28)

Кількість тепла, витраченого на 1 кг пари, становить

Термічний к.к.д. регенеративного циклу дорівнює відношенню корисно використаного тепла до всього витраченого:

(7.29)

Приклади.

1. У циклі паросилової установки початкові параметри пари 16 бар та 400^оС. Тиск кінця розширення 1,1 бар. Визначити термічний к.к.д. та роботу 1 кг пари.

Рішення.

Якщо не враховувати роботу насосу, який подає конденсат у котел, термічний к.к.д. паросилової установки можна визначити по формулі

По заданим параметрам пари за допомогою hS – діаграми визначаємо

h₁=3260кДж/кг; h₂=2660кДж/кг; =417кДж/кг;

.

Корисна робота 1 кг пари в циклі

.

2. У циклі повітряної холодильної машини параметри до компресора: р₁=1бар та t₁=-10^оС; параметри перед детандером: р₃=5бар та t₃=-10^оС. Визначити холодильний коефіцієнт, холодопродуктивність, відведене від робочого тіла (холодоагента) тепло та роботу, витрачену на здійснення циклу з 1 кг повітря.

Рішення.

Температура наприкінці стиску

.

Температура наприкінці адіабатного розширення в детандері

.

Тепло підведене до робочого тіла від охолоджуємого об’єкту

.

Тепло відведене в навколишнє середовище від холодоагенту

.

Робота, витрачена на здійснення холодильного циклу

.

Холодильний коефіцієнт

Завдання.

1. Ідеальний цикл холодильної машини здійснюється в інтервалі температур від -15^оС до +30^оС. Визначити холодильний коефіцієнт та тепло, яке передається навколишньому середовищу, якщо в циклі підводиться 1000кДж тепла.

2. Компресор аміачної холодильної машини всмоктує вологу аміачну пару при тиску р₁=1,9 бар, ступінь сухості якого х₁=0,9. Пара стискується компресором адіабатно до тиску р₂=8,57бар та при цьому стає сухою насиченою. Визначити холодопродуктивність, відведене в конденсаторі тепло та роботу компресора в розрахунку на 1 кг холодоагента, а також холодильний коефіцієнт машини.

3. Визначити змінення термічного к.к.д. та корисної роботи 1 кг пари в циклі паросилової установки з введенням вторинного перегріву пари. Початкові параметри пари в циклі р₁=35бар, t₁=450^оС. Тиск наприкінці процесу розширення р₂=0,04 бар. Вторинний перегрів пари здійснюється при тиску 5 бар до температури 430^оС. Роботу насоса не враховувати.

Література.

1. І.А. Недужий, А.Н. Алабовський, Технічна термодинаміка і теплопередача, Київ, вища школа, 1978р., с. 224

2. М.А. Михеев, И.М. Михеева „Основи теплопередачи”, 27 п., 1977 343с

3. О.М. Рабинович, сборник задач по технической термодинамике, М., Машинстр., 1973 344с.

4. Сборник задач... Г.Н. Данилова, 1976

5. В.А. Кириллин и др.. „Техническая термодинамика”, „Энергия”, М., 1974, 448с.

6. В.П. Исаченко, В.А, Осипова и др.. „Теплопередача”, энергоиздат., М., 1981

7. Лабай В.И. „Тепломасообмін” – Львів:„ Тріада плюс ” 1998, 220с.

8. Погорєлов А.І. „Тепломасообмін”, Черн., Од., 1999, 128с.

9. Задачник з основ теплотехніки під редакцією Г.М. Костенко, „Техніка”, К., 1967, с. 342

Гарачук В.К., Парменова Д.Г.

технічна термодинамика

та теплотехніка

Посібник для практичних занять

Підписано до друку 12.2008р. Формат 60×84 1/16.

Умовн. друк. арк. . Наклад … прим.

Надруковано видавницьким центром ОДАХ.