Лекция №11. Превращение воды в пар. Цикл Ренкина. Дросселирование газов и паров.

Современная стационарная теплоэнергетика базируется в основном на паровых теплосиловых установках. Продукты сгорания топлива в этих установках являются лишь промежуточным теплоносителем (в отличие от ДВС и ГТУ), а рабочим телом служит чаще всего водяной иар.

Цикл Ренкина.

Цикл Карно для насыщенного пара представлен на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Цикл Карно насыщенного водяного пара в диаграмме.

.

Теплота от горячего источника подводится при постоянной температуре Т1 по линии 4-1 вода с параметрами точки 4 превращается в сухой насыщенный пар с параметрами т. 1. Пар адиабатно расширяется в турбине до температуры Т2, далее пар идёт в конденсатор, где отдаёт тепло холодному источнику, степень сухости пара уменьшается от .

Изотермы в области влажного пара являются одновременно и изобарами, поэтому процессы 41 и23 протекают при постоянных давлениях

Влажный пар с параметрами точки 3 сжимается в компрессоре по линии 34, превращаясь в воду с температурой кипения. На практике этот цикл не осуществляется причина в том, что действительная работа, затрачиваемая на привод компрессора (вследствии потерь, связанных с необратимостью протекающих в нём процессов), сравнима с полезной работой турбины.

Удобнее и экономичнее в реальном цикле конденсировать пар до конца по линии 235, а затем насосом увеличивать давление воды от по линии 56 .

Рис. 11.2.Цикл паросиловой установки.

ПК-паровой котёл; Т- паровая турбина; ЭГ- электрогенератор;

К- кондесатор; Н- насос.

Вода практически несжимаема, поэтому точки 5 и 6 почти совпадают, затрачиваемая на привод насоса мощность ничтожно мала по сравнению с мощностью турбины (несколько %). Практически вся мощность турбины используется в качестве полезной. Такой цикл был предложен в -50 годах 19 века шотландцем У.Дж. Ренкиным.

Рис.11.3. Идеальная регенерация пара в цикле насыщенного пара.

Линия 641 процесс подвода теплоты в котле. Термический к.п.д. цикла Ренкина <чем цикла Карно! Так как при прочих равных условиях, средняя температура подвода теплоты уменьшается, при неизменной температуре отвода. Однако реальный цикл экономичнее.

Теоретически можно сделать равным за счёт регенерации теплоты. С этой целью процесс расширения ведётся по политропе эквидистантной линии нагрева жидкости 6-4. Выделяющаяся при этом теплота (1-1΄-7΄-7) передаётся в идеальном (без потери эксергии) теплообменнике воде (площадь 6΄-6-4-4΄). Идеальной регенерации на практике осуществить не удаётся. Например, при давлении 9,8 МПа и температуре насыщения пара 311градусов Цельсия

Увеличивать далее р не целесообразно, т.к.

- дорожает оборудование из-за утяжеления по соображениям прочности;

- уменьшается теплота , т.к. точки 4 и 1 сближаются (уменьшается теплота парообразования).

При температурах выше критической (давление цикл на насыщенном паре вообще невозможен.

В настоящее время есть металлы (сплавы) позволяющие работать при Перегрев пара позволяет уменьшить потери эксергии, уменьшается потеря на трение в проточной части турбины. На современных станциях пар перегревают дважды и даже трижды. Давлениепара за турбиной равно давлению в конденсаторе и определяется температурой охлаждающей воды. Среднегодовая температура охлаждающей воды составляет На выходе из конденсатора температура охлаждающей воды составляет Пар может конденсироваться, если обеспечен отвод выделяющейся теплоты. Для этого температура пара должна быть в конденсаторе на выше температуры охладителя – воды. Отсюда пара не опускается ниже Соответствующее этой температуре давление пара Повышение к.п.д. за счёт уменьшения невозможно, пока не будет естественный охладитель с более низкой температурой.