3.2.2. Приближенный расчет цикла Ренкина

Поскольку удельный объем пара гораздо меньше, чем удельный объем жидкости, то работа насоса гораздо меньше работы турбины и величиной работы насоса можно пренебречь: , . Тогда работа цикла приближенно равна работе насоса, , энтальпии и температуры в точках 3 и 4 совпадают, , , и выражения для удельного количества подведенной теплоты и термического КПД принимают вид

, .

Мощности и расходы

Расход пара D

Мощность паротурбинной установки N – это полная работа в единицу времени, , где D – расход рабочего тела (расход пара). Тогда

, кг/с.

Расход топлива B

При сжигании топлива в котельной установке в единицу времени выделяется количество теплоты, равное ,

где – теплотворная способность (удельная теплота сгорания) топлива – количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива, Дж/кг.

Часть этой теплоты, равная подводится к рабочему телу. Тогда расход топлива равен

, кг/с,

где – КПД котельной установки.

Расход охлаждающей воды в конденсаторе

Теплота, выделяющаяся при конденсации пара отводится охлаждающей водой, которая при этом нагревается на t_В. Тепловые потери в конденсаторе практически отсутствуют, поэтому количество теплоты, отводимое водой равно тепловой мощности конденсатора и расход охлаждающей воды равен

, кг/с,

где – теплоемкость воды.

Лекция 6

3.2.3. Влияние параметров пара на термический кпд цикла Ренкина

Анализ влияния параметров пара удобно выполнить графически при помощи T – s диаграммы, записав выражение для термического КПД через среднеинтегральные температуры:

.

Зависимость КПД от давления в конденсаторе p₂.

При увеличении давления пара p₂ среднеинтегральная температура , увеличивается сильнее, чем (рис.3.5), поэтому термический кпд с ростом давления в конденсаторе уменьшается. Уменьшение давления в конденсаторе с целью увеличения термического КПД ограничивается давлением насыщения воды при температуре окружающей среды, так как охлаждающая вода поступает в конденсатор из окружающей среды. В современных паротурбинных установках p₂ = 0.03…0,04 бар, что соответствует температуре насыщения  24…28^о С.

Зависимость КПД от температуры пара перед турбиной t₁.

При неизменных p₁ и p₂ увеличение t₁ приводит к росту _t, так как повышается среднеинтегральная температура подвода теплоты (рис.3.6).

Рис.3.5 Рис.3.6 Рис.3.7

Зависимость КПД от давления в котельной установке p₁.

Поскольку при увеличении давления p₁ увеличивается температура насыщения, т.е., высота горизонтального участка, на котором подводится часть теплоты, но уменьшается длина этого участка, соответствующего парообразованию, то термический КПД может как увеличиваться, так и уменьшаться. (рис.3.7). Анализ показывает, что для параметров пара, характерных для современных паротурбинных установок увеличение давления p₁ приводит к росту термического КПД _t.

Каждый из рассмотренных способов имеет свои достоинства и недостатки. Увеличение влажности пара на последних ступенях турбины (в конце процесса расширения пара) приводит к увеличению потерь и более интенсивному износу лопаток турбины. Поэтому увеличение температуры пара перед турбиной t₁ является положительным фактором, а увеличение давления в котельной установке p₁ и уменьшение давления в конденсаторе p₂ – отрицательным. Кроме того, увеличение p₁ увеличивает материалоемкость и габариты установки.

В настоящее время давления пара перед турбиной составляют p₁=240…300 бар, температуры t₁=545…600° С. Дальнейшее повышение параметров ограничивается свойствами конструкционных материалов.