4. Прості термодинамічні цикли паросилових установок тэс
У
відповідності із другим законом
термодинаміки, для перетворення теплоти
в роботу при здійсненні простого
теплосилового циклу повинні існувати
два джерела з постійними температурами
– гарячий
і холодний
,
причому
.
Підводити й відводити теплоту від цих джерел при дотриманні всіх умов зворотності можна тільки ізотермічно, зворотна зміна температур робочого тіла в інтервалі між температурами джерел можлива тільки адіабатна, тобто без участі зовнішніх джерел теплоти. Таким чином, простий цикл, зворотній, повинен складатися із двох ізотермічних і двох адіабатних процесів. Такий чотирьох-процесний цикл, названий циклом Карно, зображений у діаграмі на мал.2
Оскільки
термодинамічна ефективність оборотного
циклу Карно не залежить від властивостей
робочого тіла й визначається тільки
температурами джерел теплоти (гарячого
й холодного), то його тепломеханічний
(термічний)
коефіцієнт, що виражає відношення
корисної роботи циклу до всієї підведеної
теплоти, виявляється максимально
можливим у заданому інтервалі температур
джерел теплоти:
1 - 2 - адіабатне розширення робочого тіла,
2 - 3 - ізотермічний відвід теплоти від робочого тіла,
3 - 4 - адіабатний стиск робочого тіла,
4 - 1 - ізотермічне підведення теплоти до робочого тіла.
Мал. 2 діаграма для оборотного теплосилового циклу Карно.
Однак реалізація циклу Карно в паросиловій установці зв'язана з настільки значними труднощами, що цикл Карно неможливо використовувати в якості зразкового. До цих труднощів ставляться:
Неможливість реалізації ізотермічних процесів в області однофазних станів робочого тіла, коли процеси протікають при значних тисках, що змінюються. Для реалізації цих процесів довелося б обмежитися процесами підведення й відведення теплоти в області насичення, тобто при докритичних температурах (цикл 1-2-3-4-1) (мал.3), що для водяної пари пов'язане з невисокою верхньою температурною межею
в
той час, як при переході до надкритичних
температур, процеси підведення теплоти
були б пов’язані з надзвичайно високими
м
аксимальними
тисками
(до 10 МПа). Як це випливає
із циклу /в-2-3-а-в/ (мал. 3).
Мал. 3
діаграма для умов реалізації зразкових
циклів у паросилових установках;
і
– умовно постійні температури відповідно
гарячого й холодного джерел теплоти.
Надто
несприятливе відношення роботи стиску
робочого тіла від стану вологого
насиченої пари до стану рідини (процес
3 - а, мал.3) до роботи розширення (процес
в - 2 мал.3), що знижує значно тепломеханічний
коефіцієнт циклу (
) і практично знецінює термічні переваги
циклу Карно.
У силу цього зразкові цикли паросилових установок вибирають так, щоб уникнути труднощів, пов'язаних з реалізацією циклів, і в максимальної ступеня наблизити термодинамічну ефективність циклів до граничної ефективності оборотного циклу Карно. У зв'язку із цим ідеальним термодинамічним циклом ПCУ є не цикл Карно, а цикл Ренкiна, що характеризується наступними особливостями:
а) процеси підведення й відведення теплоти є ізобарними, що технічно полегшує здійснення процесів теплообміну у галузі однофазних станів робочого тіла.
б)
ізобарний відвід теплоти
супроводжується повною конденсацією
пари, яка відпрацювала, що значно спрощує
насосну установку й дає мале відношення
робіт стиску й розширення.
Для циклу Ренкiна, як і для циклу Карно, тепломеханічний коефіцієнт тим вище, чим більше початкова температура пари, чим вище початковий тиск пари, що надходить у турбіну, і чим менше тиск пари, що надходить у конденсатор.
Подальше підвищення ефективності простого паросилового циклу Ренкiна може бути отримано:
при використанні а) циклу із вторинним перегрівом пари,
б) теплофікаційного циклу,
в) регенеративного циклу
На діаграмі (мал.4) представлений рівноважний цикл ПСОВІ для докритичних тисків з перегрівом пари 6- 1 при цьому:
М
ал.
4
діаграма для рівновеликого циклу ПСУ
з перегрівом пару
1-2 розширення пари при роботі турбіни на перегрітій парі
2-3 конденсація пари при роботі турбіни на перегрітій парі
3-4 підвищення тиску води до робітника
4-5 підвищення температури води до робочої (економайзерна ділянка)
5-6 процес паротворення
6-1 перегрів пари в пароперегрівнику