Циклы пту

Простой цикл — это цикл с полным расширением пара (идеальный цикл Ренкина).

Термический КПД идеального цикла Ренкина составляет _t = 0,35  0,45. Величина h_t находится в прямой зависимости от начальных параметров пара и в обратной - от давления в конденсаторе.

С учетом допустимой влажности пара в последних ступенях турбины для каждого из значений температуры перегрева Т_ПЕ и давления в конденсаторе р_Х имеется свое оптимальное значение начального давления р_П.К., при котором конечная влажность х_ДОП не превышает указанной величины.

Такие параметры — давление перегрева и температура — называются сопряженными.

Для t_ПЕ = 510  520 °С сопряженное давление р_П.К. = 6 ¸ 8 МПа;

Для t_ПЕ. = 450 ¸ 480 °С соответственно р_П.К. = 4 ¸ 5 МПа.

Основной цикл пароэнергетической установки.

У пароэнергетической установки, работающей по циклу Ренкина (рис.15) из парового котла (1), снабжённого пароперегревателем (2), пар поступает в паровую турбину (3), где расширяется.

Рис. 15 Схема пароэнергетической установки, работающей по циклу Ренкина

Турбина через редуктор (4) работает на гребной винт (5). Отработавший пар направляется в конденсатор (6), охлаждаемый водой, где и конденсируется.

Конденсат откачивается конденсатным насосом (7) и поступает в сборную емкость (8). Из нее вода питательным насосом (9) нагнетается снова в паровой котел.

Рис. 2. Термодинамический цикл котлотурбинной энергетической установки.

Цикл котлотурбинной энергетической установки состоит из следующих термодинамических процессов (рис. 2):

– адиабатное расширение пара в паровой турбине;

– изотермический процесс конденсации пара в главном конденсаторе;

– сжатие конденсата в конденсатном насосе;

– изобарный подогрев конденсата в водоподогревателе (деаэраторе);

– сжатие подогретой питательной воды в питательном насосе;

– изобарный подогрев питательной воды в экономайзере котла;

– изобарный подогрев питательной воды до температуры насыщения в испарительной части котла;

– испарение котловой воды в испарительной части котла;

– изобарный перегрев пара в пароперегревателе котла;

Рассмотрим цикл Ренкина в координатах (P - V) и (T– S) (рис.16 а, б).

Рис. 16 Графики цикла Ренкина в координатах (P - V) и (T– S)

Воде сначала сообщается теплота при постоянном давлении ( ), что практически осуществляется нагреванием воды, испарением её и перегревом полученного в котле пара. Этот процесс в координатах (V – P) изображается линией (bd), а в координатах (T– S) – линией (abcd).

После сообщения теплоты происходит адиабатное расширение пара (линия de на обеих диаграммах).

После расширения пара до конечного давления ( ) происходит его конденсация (линия еа на обеих диаграммах).

Наконец, вода снова подается питательным насосам в котел, (давление ее повышается), что несколько условно показано линией (ав) постоянного объема в координатах (V – P).

Теплота, превращённая в цикле в работу, изображается площадью (abcde). Теплота затраченная изображается площадью ( ).

Термический КПД представляет собой отношение этих площадей:

;

Площадь (abcde) можно рассматривать как разность площадей ( ) и ( ). Первая из них измеряет энтальпию пара в точке (d) и может быть обозначена через ( ); вторая измеряет энтальпию в точке (е) и может быть обозначена через ( ).

Площадь ( ) равна разности площадей ( ) и ( ). Первая площадь представляет собой величину ( ), а вторая изображает энтальпию воды, соответствующую точке (а). Эта величина обозначается через ( ).

Таким образом, термический КПД цикла Ренкина определяется по формуле:

;

Из формулы видно, что термический КПД цикла Ренкина возрастает с повышением начального давления и температуры пара и понижением конечного давления.

При повышении начального давления пара увеличивается его влажность в конце расширения, если одновременно не увеличивать температуру перегрева пара.

Повышение влажности пара в конце расширения понижает, экономичность паровой турбины и вызывает у лопаток эрозию последних ступеней. Это заставляет при повышении начального давления пара одновременно повышать температуру его перегрева.

Однако при значительных температурах пара необходимо изготовлять детали проточной части из дорогостоящих жаростойких сплавов.

Поэтому в установках высокого давления иногда ограничивают величину начальной температуры пара, но применяют его повторный перегрев.