Содержание

Введение 3

1 Циклы паросиловых установок 4

1.1 Цикл Карно 4

1.2 Цикл Ренкина 5

2 Расчетная часть 10

2.1 Исходные данные 10

2.2 Расчет паросиловой установки 10

Заключение 16

Список использованных источников 17

Приложение 19

Введение

Циклы паросиловых установок – процессы, которые происходят в тепловых установках, использующих водяной пар в качестве рабочего тела.

Существует несколько циклов паросиловых установок, например:

1. Цикл Карно. Состоит из двух адиабат и двух изотерм.

2. Цикл Ренкина. В нем возможно применение перегретого пара, что позволяет повысить среднюю интегральную температуру подвода теплоты и тем самым увеличить КПД цикла.

Тема циклов паросиловых установок актуальна по нескольким причинам:

1. Эффективность. Паросиловые установки являются эффективным способом генерации электроэнергии из тепловой энергии.

2. Экономность. Изучение и оптимизация циклов паросиловых установок позволяют снизить затраты на производство энергии.

3. Экологичность. Развитие технологий паросиловых установок способствуют снижению выбросов вредных веществ в атмосферу.

Таким образом, исследования в области циклов паросиловых установок являются важными и востребованными в современной теплоэнергетике.

1 Циклы паросиловых установок

В паросиловых установках (ПСУ) рабочим телом является пар, обычно водяной, который образуется при нагревании жидкости в паровом котле, установленном в топке. Теплота сжигаемого в топке топлива передаётся рабочему телу путём теплопередачи через стенки котла. Процесс расширения пара может осуществляться либо в цилиндре поршневой машины, либо, что чаще, в паровой турбине. Процессы термодинамических циклов будем рассматривать в их связи с элементами паросиловой установки, в которой протекают реальные процессы.

1.1 Цикл Карно

При заданном изменении температуры цикл Карно, как известно, имеет наибольший термический КПД, не зависящий от природы рабочего тела. В отличие от цикла с газом паровой цикл Карно реально реализуем, но оказывается практически не выгодным.

Рис. 1. Паровой цикл Карно

Изобарно-изотермический процесс cz (рис.1) отражает процесс подвода теплоты q₁ к рабочему телу в паровом котле и образования в результате этого сухого насыщенного пара. Из котла пар, находящийся под давлением, направляется в турбину, в которой адиабатно расширяясь (процесс zb), совершает техническую работу. В изобарно-изотермическом процессе ba от пара отводится теплота q₂. Завершается цикл адиабатным процессом сжатия ac в компрессоре, где пар превращается в воду с температурой, равной температуре кипения в котле.

1.2 Цикл Ренкина

Процесс парообразования (рис.2) zz и расширения пара в турбине zb протекают так же, как в цикле Карно.

Рис. 2. Цикл Ренкина с насыщенным паром

В процессе ba отвода теплоты в конденсаторе пар полностью конденсируется и образуется вода с давлением и температурой ниже, чем в паровом котле. Образовавшаяся вода подаётся питательным насосом под давлением в котёл (процесс ac). На выходе из насоса температура воды остаётся практически неизменной, ниже температуры кипения при давлении p_c = p_z.

В цикле Ренкина добавляется ещё один процесс − изобарный процесс cz дополнительного подвода теплоты q₁ для нагревания питательной воды до температуры T_z.

В цикле Ренкина увеличивается количество теплоты q₁, необходимое для обращения 1 кг воды в сухой насыщенный пар, оно равно сумме количества теплоты q₁, подводимой в изобарном процессе для нагревания питательной воды и повышения её температуры от T_c до температуры кипения T_z, и теплоты q₁, подводимой в изобарно-изотермическом процессе парообразования для получения сухого насыщенного пара. Одновременно увеличивается и количество теплоты q₂, отводимое от рабочего тела в конденсаторе в изобарно-изотермическом процессе.

Рассмотренный цикл Ренкина с насыщенным паром имеет недостаток, заключающийся в том, что его максимальная температура сравнительно невысока. Эта температура ниже температуры критической точки воды, равной 374,15С, тогда как современные конструкционные материалы обеспечивают работоспособность паровых турбин при температуре 550…650С. Практическое применение получил цикл Ренкина с перегретым паром (рис. 4).

Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с перегревом пара (рис. 3):

Рис. 3. Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с перегревом пара:

КА − котлоагрегат; ПК − паровой котёл; ПТ − паровая турбина; Э − экономайзер; ПП − пароперегреватель; К − конденсатор; НП − питательный насос.

Рис. 4. Цикл Ренкина с перегревом пара

Этот цикл отличается дополнительным изобарным процессом перегрева пара.

q₁ − теплота, подводимая в экономайзере (изобарный процесс cz );

q₁= r − теплота парообразования, подводимая в паровом котле ПК для образования сухого насыщенного пара (изобарн-изотермический процесс zz );

q₁ − теплота, подводимая в трубчатом пароперегревателе ПП для перегрева пара (изобарный процесс zz).

При максимальном давлении цикла больше критического (p_c > p_к = 22,1 МПа) питательная вода в экономайзере, минуя двухфазное состояние влажного пара, сразу переходит в состояние перегретого пара, последующий перегрев которого происходит в пароперегревателе. В этом случае котлоагрегат не имеет парового котла и теплота

Перегретый пар расширяется в паровой турбине ПТ (обычно многоступенчатой осевой), совершая техническую работу l_техн (адиабатный процесс zb). Затем пар полностью конденсируется при отводе теплоты q₂ в конденсаторе К (изобарно изотермический процесс ba). Образовавшаяся вода питательным насосом НП подаётся под давлением в экономайзер Э (процесс ac).

Термический КПД цикла Ренкина определяется, как обычно, по выражению

Так как изобара p_c = const и нижняя пограничная кривая (НПК) расположены очень близко, то обычно площадью acza пренебрегают и принимают точки a и c как единую точку, а процесс подвода теплоты q₁, происходящим по нижней пограничной кривой.

Теплота q₁ в цикле подводится в процессах: cz – подогрев воды до температуры кипения в котле; zz – парообразование в котле. Для 1 кг сухого насыщенного пара q₁ в изобарном процессе равно разности энтальпий конечной и начальной точек процесса подвода тепла:

Отвод теплоты q₂ происходит в конденсаторе а изобарно-изотермическом процессе ba, следовательно:

Подставив (1.2) и (1.3) в (1.1), получим:

− работа за цикл (техническая работа)