2.1.1. Цикл Ренкіна на перегрітій парі

Для підвищення сухості пари та збільшення її працездатності використовують перегрів пари (підвищення її температури до T > T_н ) у спеціальному теплообміннику, що розміщений у газоходах котла. Цикл Ренкіна з перегрівом пари зображений на рис. 2.1 і відповідає фігурі 3456123. Термодинамічні процеси для до точки 6 ідентичні відповідним у циклі на насиченій парі. Але починаючи з процесу 6-1 вони інші.

6-1: у газовому пароперегрівачі пара отримує від топкових газів тепло q₁′′′ і при тому ж сталому тиску Р₁ нагрівається до температури Т₁ > T_н. Перегріта суха пара з параметрами (P₁, T₁, h₁) подається у турбіну;

1-2: у турбіні пара адіабатно розширюється (ідеальний процес) до тиску Р₂, виконуючи роботу l_ц = h₁- h₂ і спрацьована пара подається у конденсатор з параметрами (P₂, T₂, h₂);

2-3: у конденсаторі пара при температурі T₂ = T_к віддає охолоджуючій воді тепло q₂ і переходить у рідину з ентальпією h₃.

З рис. 2.1 бачимо, що загальна кількість тепла, що отримало робоче тіло у котлі q₁ = S_{12′3’4561}, кількість тепла, що робоче тіло передало охолоджувачу q₂ = S_22’3′42 , а робота, виконана робочим тілом за цикл l_ц= S_1234561.

Термічний ККД циклу Ренкіна з перегрівом пари знаходять за співвідношенням

, (2.2)

h_i – ентальпія робочого тіла у відповідній точці циклу.

Порівняємо ККД циклів Ренкіна без перегріву пари та з перегрівом пари. Для цього використаємо тотожні перетворення

h₁ – h₂ = h₆ – h₆_’ + (h₁ – h₆) - (h₂ – h_6’);

h₁ – h₄ = (h₆ – h₄) + (h₁ – h₆).

Підставивши це у вираз (2.2), отримаємо

, (2.3)

тобто η_t > , якщо α > β.

Це буде, коли відношення теплоперепаду пароперегріву l_пп до теплоперепаду насиченої пари l_нп у циклі більше ніж відношення теплоти пароперегріву q_1пп до теплоти, що отримана насиченою парою у циклі q_1нп.

Але можлива зворотна ситуація, коли цикл на насиченій парі є термодинамічно вигіднішим від циклу з пароперегрівом. Проте, як вже згадувалося, циклу на насиченій парі властива вища вологість пари, що є його недоліком який усувається пароперегрівом.

Теплова схема найпростішої ПТУ, показана на рис. 2.2. Якщо використовується насичена пара, то у котлоагрегаті (КА) відсутній пароперегрівач.

Важливою характеристикою ТЕУ є маса пари, що зат-

рачається на виро- біток 1кВт∙год електроенергії, 1кВт∙год = 3.6∙10³ кДж.

Цю величину роз- раховують таким чином. Один кілограм пари виконує у циклі роботу l_ц= h₁–h₂ кДж. За тепловим балансом турбіни знаходимо роботу D₀ кг/с пари

D₀∙(h₁- h₂) = 3.6∙10³∙N_e; d₀= D₀/N_e= 3.6∙10³/(h₁- h₂). (2.4)

Прийнявши параметри перегрітої пари на вході в турбіну та насиченої у конденсаторі Р₁= 9.0 МПа, t₁= 500˚C, Р₂= 4∙10^-3МПа, отримуємо

d₀= 2.6 кг/кВт-год.

Знаючи do, за електричною потужністю електростанції дуже просто оцінити паропродуктивність її КА та потреби у воді підживлення.

2.2. Аналіз залежності термічного ккд циклу Ренкіна від його

характерних температур

Для аналізу шляхів підвищення η_t виразимо його через характерні температури циклу. Враховуючи, що нагрівом води у ЖН можна знехтувати, приймемо Т₃ Т₄. Представимо теплоту q₁′, затрачену на процес 4-5 нагріву конденсату через середню ізобарну теплоємність води у цьому процесі С_р^в, див. рис. 2.1

q′₁ =С_р^в∙(T₅– T₄). (2.5)

Відповідно, кількість тепла q₁′′, що у процесі 5 – 6 затрачається на ізобарне випаровування води при температурі Т₅, рівна питомій теплоті кипіння

q₁′′ = r(T₅). (2.6)

Теплоту ізобарного перегріву сухої пари розраховуємо подібно до (2.5)

, (2.7)

– середня питома ізобарна теплоємність пари у процесі 6-1, робота ізоентропного розширення пари в турбіні за І началом термодинаміки рівна ΔА₁₂= -U₁₂ , її виразимо через різницю температур процесу