Циклы паросиловых установок
Энергохозяйство страны в основном базируется на преобразовании теплоты в механическую работу в турбинах, а затем в преобразовании ее в электрическую на тепловых электрических станциях в электрогенераторах. Рабочим телом в этом преобразовании является, как правило, водяной пар.
|
Рис. 32 |
Наиболее экономичным циклом является цикл Карно; представим его для насыщенного водяного пара (рис. 32).
В изотермическом и одновременно изобарном процессе 4-1 подводится в паровом котле тепло; в процессе 1-2 осуществляется адиабатное расширение пара в турбине; в изотермическом процессе 2-3, который является одновременно и изобарным процессом, тепло отводится в конденсаторе и, наконец, в процессе 3-4 влажный насыщенный пар адиабатно в компрессоре сжимается до состояния жидкости в точке 4. Цикл Карно вследствие некоторых особенностей не применяется. Эти особенности состоят в следующем:
В процессе 2-3 конденсация пара осуществляется не до конца, что требует громоздкой компрессорной установки для сжатия влажного пара до состояния жидкости. На это сжатие затрачивается достаточно большая работа, а сам процесс сжатия двухфазного рабочего тала осуществить непросто.
Дж. Ренкин предложил процесс отвода теплоты осуществлять до полной конденсации пара (процесс 2-5), а затем жидкость сжимать в насосе до плавления в котле (процесс 5-6), рис. 33.
|
|
Рис. 33 |
Рис. 34 |
Повышение экономичности цикла требует повышения начальной температуры пара, т.е. перехода в область перегретого пара, осуществляемого в изобарном процессе. Таким образом, цикл Ренкина существенно отличается от цикли Карно. Рассмотрим цикл паросиловой установки – цикл Ренкина для перегретого пара (рис. 34).
В процессе 1-2 осуществляется адиабатное расширение пара в турбине; в процессе 2-2' – полная конденсация пара в конденсаторе; в процессе 2-3 – сжатие в насосе; в процессе 3-4 – подогрев жидкости до температуры кипения; в процессах 4-5 и 5-1 – парообразование и перегрев пара. В процессе 2-3 температура жидкости при сжатии изменяется незначительно и точки 2 и 3 практически совпадают. Тогда цикл Ренкина и схема установки, работающей по этому циклу Ренкина, могут быть представлены на рис. 35.
1
1
T
K
1
1
x = 0
5
5
4
4
2'
2
S
2'
2
S
6
7
2'
Рис. 35
КДД цикла может быть выражен формулой:
,
где q1 – подведенное тепло, которое можно представить в виде разности площадей: q1 = пл. 2'45167 = пл. 0845515 – пл. 082'7 = i1 – i2.
Разность площадей представлена в виде разности энтальпий, q2 – отведенное тепло, которое можно представить в виде разнести площадей:
q2 = пл. 22'76 = пл. 22'806 – пл. 082'7 = i2 – i1.
Подставив значение величин q1 и q2 в формулу для КПД получим:
.