Введение
Получение объективных и точных характеристик паросиловой установки (ПСУ) позволяет специалисту-теплоэнергетику определить ее элементы и параметры требующие улучшения в первую очередь. Необходимым условием для этого является владение методами анализа их эффективности. Оценка эффективности паросиловой установки включает в себя:
1) определение величины КПД обратимого цикла паросиловой установки, факторов, влияющих на него и действий по его увеличению;
2) вычисление необратимых потерь в реальном цикле установки, их распределения по отдельным элементам цикла и выявление элементов паросиловой установки, на которые следует обратить внимание с целью уменьшения степени необратимости цикла (и, следовательно, увеличения его КПД).
В соответствии с этим анализ циклов паросиловых установок проводится в два этапа: 1) анализ обратимого цикла; 2) анализ реального цикла с учетом основных источников необратимости.
Показатели эффективности паросиловой установки
Оценка эффективности паросиловой установки требует:
1) определения величины КПД обратимого цикла паросиловой установки, факторов, влияющих на него и действий по его увеличению;
2) вычисления необратимых потерь в реальном цикле установки, их распределения по отдельным элементам цикла и выявление элементов паросиловой установки, на которые следует обратить внимание с целью уменьшения степени необратимости цикла (и, следовательно, увеличения его КПД).
В соответствии с этим анализ циклов паросиловых и холодильных установок проводится в два этапа: 1) анализ обратимого цикла; 2) анализ реального цикла с учетом основных источников необратимости.
Термин «термический
КПД» (
)
употребляется для обозначения обратимого
цикла, КПД реального необратимого цикла
называют «внутренним КПД» или «внутренним
абсолютным КПД»
.
В соответствии с этим
; (1)
, (2)
где
индексы «обр» и «действ» относятся
соответственно к обратимому и реальному
необратимому (действительному) циклам.
Степень совершенства
обратимых циклов полностью характеризуется
термическим КПД в сравнении с термическим
КПД цикла Карно, осуществляемого в том
же интервале температур. Методы анализа
циклов можно оценивать по значению
внутреннего КПД, определяемого
соотношением (2). При анализе реальных
необратимых циклов используется понятие
об относительном КПД цикла, определяемом
следующим образом. Уравнение (2) для
внутреннего КПД
может быть записано в следующем виде:
; (3)
обозначая
(4)
и
учитывая (1), получаем
.
Величину
называют внутренним относительным КПД
цикла. Она характеризует внутреннего
КПД действительного цикла в
,
т.е. степень совершенства реального
цикла.
Помимо необратимых потерь, в процессах, осуществляемых собственно рабочим телом в цикле (эти потери учитываются внутренним относительным КПД цикла ), работа реальной паросиловой установки сопряжена с необратимостью процессов в отдельных элементах всей паросиловой установки: тепловых, механических и электрических. К ним относятся потери на трение в подшипниках турбины, в паропроводах, электрические потери в электрогенераторе и т.д.
С учетом этого
эффективность паросиловой установки
в целом характеризуется эффективным
КПД
.
Это отношение работы, отданной паросиловой
установкой внешнему потребителю, к
количеству теплоты, подведенной к
установке.
Другой способ оценки эффективности паросиловой установки использует понятие эксергии (работоспособности) системы. Подсчитывая потерю эксергии системы в каждом из основных элементов установки, можно оценить каждую из составных частей потери эксергии в целом для всей системы «горячий источник – паросиловая установка – холодный источник» и на этой основе найти КПД.
Количественно (с позиций первого закона термодинамики) результаты анализа эффективности реальных необратимых циклов не зависят от того, каким из названных способов они выполняются. Однако метод, основанный на подсчете потерь эксергии, позволяет провести важный качественный анализ, во многих случаях выяснить основные источники необратимости в цикле.
Цель анализа цикла Ренкина – выяснить, в каких элементах паросиловой паротурбинной установки имеют место основные необратимые потери.