1.2.2 Паровые теплосиловые установки с циклом Ренкина

Цикл Ренкина в перегретом паре – основной цикл паровых теплосиловых установок, так как дает существенное повышение термического КПД.

Отличие от цикла Ренкина в насыщенном паре состоит в том, что сухой насыщенный пар из котла поступает не в паровую турбину, а в пароперегреватель – элемент конструкции котлоагрегата. На рис.1.11 приведена схема такой паросиловой установки

Рис.1.11 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по циклу Ренкина в перегретом паре:

КА – котлоагрегат;

ПК – паровой котел;

Э – экономайзер;

ПП – пароперегреватель;

ПТ – паровая турбина;

ЭГ – электрогенератор;

К – конденсатор;

ЦН – циркуляционный насос;

ПН – питательный насос.

В парогенераторе ПП за счет теплоты сжигаемого топлива происходит перегрев при до температуры, превышающей температуру насыщениядля давления. За счет повышения средней температуры теплоподвода повышается термический КПД

Р

Рис.1.13 Цикл Ренкина в перегретом

паре на диаграмме

ис.1.12 Цикл Ренкина в перегретом паре

на диаграмме

Рис.1.14 Цикл Ренкина в перегретом паре на диаграмме

Давление пара в котле, включая экономайзер и пароперегреватель, достигает значений 9,8…13,8 МПа. Современные конструкционные материалы допускают работу при температуре535…650.

Давление на выходе из турбины может достигать значений 0,003…0,0035 МПа, при соответствующих температурах насыщения=25…35. Такие турбины называются конденсационными.

1.2.3 Работа питательного насоса и турбины в цикле Ренкина

Для термодеформационных систем первое начало термодинамики в энтальпийной форме имеет следующий вид:

(1.5)

где - полезная (располагаемая) работа

Примечание:

По физическому смыслу - это работа, которая может быть передана другой системе, что отличает ее от абсолютной работы

Рис.1.15 иллюстрирует отличие от, на примере произвольного процесса 1-2. Из рис.1.15 следует, что

или

где - «работа проталкивания»

Рис.1.15 Адиабатная и полезная работа произвольного процесса 1-2.

Уравнение (1.5), для адиабатного процесса принимает вид:

или (1.6)

Тогда для адиабатного сжатия жидкости в питательном насосе (процесс 3-4 на рис 1.7, 1.8, 1.12, 1.13, 1.14) из уравнения (1.6) можно записать:

При из рис.1.12 можно записать еще одно уравнение для:

Знак минус в этом уравнении объясняется правилом знаков для работы: работа сжатия для системы считается отрицательной.

Работа привода питательного насоса противоположна по знаку, откуда

(1.7)

или (1.8)

полезная работа пара в турбине (процесс 1-2 на рис.1.12, 1.13, 1.14) из уравнения (1.6) запишется как

Так как удельная работа турбины противоположна по знаку , то

(1.9)

1.2.4 Полезная работа цикла Ренкина

Удельная полезная работа цикла Ренкина равна разности работ турбины и питательного насоса

(1.10)

С учетом формул (1.7),(1.8) и (1.9)

(1.10)

(1.11)

В силу малости удельного объема кипящей жидкости () при не очень большом повышении ее давления, то есть работой питательного насоса() можно пренебречь.

Тогда при по формуле (1.11)

(1.12)

Таким образом полезная работа цикла Ренкина почти целиком определяется работой турбины

(1.13)