1.2.7 Цикл Ренкина в паре со сверхкритическим начальным давлением

Если обеспечить начальное давление больше критического(для воды), то жидкость при подогреве в экономайзере сразу переходит в состояние перегретого пара, минуя двухфазное состояние пара. Дальнейший перегрев пара из экономайзера происходит в пароперегревателе. В этом случае котлоагрегат не имеет парового котла

Рис.1.22 Цикл Ренкина в паре со сверхкри-

тическим давлением на диаграмме

Рис.1.21 Цикл Ренкина в паре со сверхкрити-

ческим давлением на диаграмме

1.2.8 Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара

С целью существенного повышения температурного КПД цикла Ренкина за счет увеличения начального давления Р₁ при сохранении степени сухости влажного насыщенного пара не менее Х₂= 0,86…0,88 в современных паровых тепловых установках используется промежуточный перегрев пара. Как правило, используется цикл с двукратным (вторичным) перегревом пара. На рисунке 1.23 приведена принципиальная схема установки, работающей по циклу Ренкина с вторичным перегревом пара, а на рисунках 1.24-1.26 – этот цикл в диаграммахP-V,T-S,i-S.

Рис. 1.23 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по циклу Ренкина с вторичным перегревом пара, где

КА – котлоагрегат

ПК – паровой котел

Э – экономайзер

ПП1 – первая ступень пароперегревателя

ПП2 – вторая ступень пароперегревателя

ПТ1 – первая ступень паровой турбины

ПТ2 – вторая ступень паровой турбины

ЭГ – электрогенератор

К – конденсатор

ЦН – циркуляционный насос

ПН – питательный насос

Рис. 1.24 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме P-V

Рис. 1.25 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме T-S

Рис. 1.26 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме i-S

Из первой ступени пароперегревателя ПП1 перегретый пар с параметрами P₁иT₁поступает в первую ступень паровой турбины ПТ1, где расширяется до некоторого промежуточного давления Р_а(Р_а > Р₂) и температуры Т_а(Т_а > Т₂) в адиабатном процессе 1-а.

В зависимости от начальных параметров (Р₁ и Т₁) и величины промежуточного давления Р_{а ,}точка «а» может находиться как в области влажного насыщения пара (Рис.1.24-1.26), включая сухой насыщенный пар, так и в области перегретого пара.

Отработавший на лопатках первой ступени турбины ПТ1 пар поступает во вторую ступень пароперегревателя ПП2, где при Р_а =constснова перегревается до температуры Т₁ (процессa-b). Из второй ступени пароперегревателя ПП2 перегретый пар с параметрами Р_а и Т₁подается на лопатки второй ступени турбины ПТ2, где расширяется до давления Р₂ и температуры Т₂ = Т_н2 (процессb-2).

Далее цикл ничем не отличается от обычного цикла Ренкина: конденсация пара в конденсаторе К (процесс 2-3), адиабатное сжатие жидкости в питательном (конденсационном) насосе (процесс 3-4), подогрев жидкости в экономайзере Э при Р₁=constдо температуры кипения Т_н1 в первой ступени пароперегревателя ПП1.

Если бы вторичный перегрев отсутствовал, то процесс адиабатного расширения пара в турбине заканчивался бы в точке 2’, где степень сухости влажного насыщенного пара Х₂’< Х₂.

Из рис. 1.24-1.26 следует, что вторичный перегрев пара значительно увеличивает степень сухости насыщенного пара на выходе из второй ступени турбины ПТ2 и увеличивает работу цикла А_ц.

В соответствии с формулой (1.10)

А_ц=А_турб– А_нас= А_турб1+ А_турб2– А_нас,

где А_Т1, А_Т2– работа первой (ПТ1) и второй (ПТ2) ступеней паровой турбины

В соответствии с формулами (1.9) и (1.7)

А_турб1 = i₁ - i_a

А_турб2 = i_b - i₂

А_нас=i₄ -i₃

Тогда

А_ц = (i₁ - i_a) + (i_b - i₂) – (i₄ - i₃)

(1.22) (1.22)

Обозначим: h₀₁= (i₁–i_a) – адиабатный теплоперепад в первой ступени ПТ1 турбины

h₀₂= (i_b -i₂ ) - адиабатный теплоперепад во второй ступени ПТ2 турбины

С учетом этого (1.22) приобретает вид

А_ц = h₀₁ + h₀₂ – (i₄ - i₃)

(1.23)

Если бы вторичный перегрев отсутствовал, то адиабатный теплоперепад турбины в соответствии с рис. 1.26 определялся бы как

h₀ = i₁ – i_2’

Т.к. h₀< (h₀₁+h₀₂), а величина А_нас=i₄–i₃одинакова, то работа цикла со вторичны перегревом будет больше, чем в обычном цикле Ренкина.

Количество теплоты, подводимой к 1 кг рабочего тела в котле ПК и первой степени пароперегревателя ПП1 при P₁=constв процессах 4-5-6-1:

q₁₁= i₁ – i₄

Количество теплоты, подведенной к 1 кг рабочего тела на второй ступени пароперегревателя ПП2 при P_a=constв процессеa-b:

q₁₂= i_b – i_a

Тогда суммарный теплоподвод в цикле Ренкина с вторичным перегревом пара равен

q₁= q₁₁ – q₁₂

и

q₁ = (i₁ – i₄) + (i_b – i_a)

ли

(1.24)

Т

ермический КПД цикла Ренкина с вторичным перегревом пара определяется по следующей «точной» формуле:

(1.25)

Если пренебречь работой питательного насоса, то есть положить , то приближенно можно записать:

(1.26)

или

(1.27)

q₁ (i₁ – i₃) + (i_b – i_a)

(

1.28)

(1.29)

или

(1.30)

(Величину i3 в некоторых справочниках обозначаютik– «энтальпия конденсата»)

Термический КПД цикла Ренкина с вторичным перегревом пара будет больше цикла Ренкина с однократным перегревом, если средняя температура теплоотвода в дополнительном цикле (1-2-2’-a-b) будет больше, чем в основном цикле (1-2’-3-4-5-6-1).

Давление P_a, при котором производится вторичный перегрев, следует выбирать так, чтобы термический КПД дополнительного цикла

(1.31)

был больше основного цикла

(1.32)

Здесь

(1.33)-работа в

дополнительном цикле

(1.34)-работа в

основном цикле

(Проверка: А_ц= А_{ц осн} + А_{ц доп}; подстановка в эту формулу (1.33) и (1.34) дает формулу (1.22))

(1.35)

(1.36)