Лекции / Лекция 11
.pdf
ПАРОТУРБИННЫЕ ЦИКЛЫ. Цикл Карно
Если рабочее тело изменяет в цикле свое агрегатное состояние то это позволяет, в принципе, осуществить цикл Карно. Действительно, в случае потока вещества наиболее эффективно подводить и отводить тепло в изобарическом процессе Q = dh. В двухфазной области изобарический процесс является также и изотермическим (4-1 и 2-3). А в адиабатическом процессе расширения р.т. (1-2) в турбине полезная работа –vdp = – dh и работа сжатия (3-4) в паровом компрессоре также –vdp = – dh.
Цикл Карно и тепловая схема паротурбинной установки
4-1 |
– испарение р.т. в (1) |
1 – паровой котел |
1-2 |
– расширение р.т. в (2) |
2 – паровая турбина |
2-3 |
– отвод тепла в (4) |
3 – электрогенератор |
3-4 |
– сжатие р.т. в (5) |
4 – конденсатор-теплообменник |
|
|
5 – паровой компрессор |
Задача: Т1 = 350 0С, Т2 = 25 0С, ηt = ?
Действительный цикл Карно
Однако в действительности расширение рабочего тела в паровой турбине и сжатие в паровом компрессоре сопровождается необратимыми потерями энергии на трение, а также на теплообмен с ОС и процессы 1-2 и 3-4 не являются изоэнтропными. Особенно эти потери велики в паровом компрессоре. В результате КПД
действительного цикла Карно существенно снижается
ηiК < ηtК = 0,52. Как следует изменить цикл Карно?
Цикл Карно и цикл Ренкина на насыщенном паре
Цикл Ренкина: 1-2 – расширение рабочего тела в паровой турбине,
2-3 – конденсация пара в конденсаторе до состояния насыщенной жидкости с отводом тепла, 3-4 – подъем давления в насосе, 4-1 – подвод тепла к рабочему телу в парогенераторе (4-5 – экономайзерный участок, 5-1 – испарительный участок)
Цикл Ренкина на насыщенном паре и тепловая схема
1-2-3-4-5: 4-5 – подогрев р.т. до |
|
Схема ПТУ |
|
|||||||
|
Н – водяной насос |
|||||||||
ТН (Р1), 5-1 – испарение р.т. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Т1 = 350 0С, Т2 = 25 0С, ηtР = 0,41 |
||||
|
η = |
ц |
= 1 − |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
η К > η P , но η Р > η |
К |
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
t |
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
||||
η = 1 − |
( 1− 3) |
≈ 1 − |
( 1− 3) |
, т. к. |
4 |
− |
− |
! |
||
|
|
|||||||||
|
2 |
1− 4 |
2 |
1− 3 |
3 |
1 |
3 |
|
||
|
|
|
|
|
||||||
Способы повышения кпд цикла Ренкина. Перегрев пара
Обратимый цикл Ренкина |
Схема ПТУ |
с перегревом пара (6-1) |
|
η |
|
= |
l |
ц |
= |
l |
т |
− l |
н |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
t |
|
q |
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
lц, lт, lн - удельные работы цикла, турбины и насоса q1 - удельное тепло, подводимое в цикле
lт = h1 − h2 ; lн = h4 − h3 ; q1 = h1 − h4
η |
|
= |
(h1 − h2 ) − (h4 − h3 ) |
- КПД обратимого цикла Ренкина с ПП |
|
t |
|
||||
|
|
(h1 |
− h4 ) |
|
|
|
|
|
|
||
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА
l |
|
д |
= lд − l |
д |
= (h − h |
) − (h |
− h ) |
|||||||||
ц |
|
|
|
|
т |
|
н |
|
1 |
2д |
4д |
3 |
||||
|
|
|
|
l |
|
д |
|
h |
|
− h |
|
|
|
|
||
η |
|
|
= |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
||||
т |
|
т |
1 |
|
|
2д |
= 0,85-0,91 для турбин |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
oi |
|
l |
|
|
|
h |
|
− h |
|||||||
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|||
η |
н |
= |
l |
|
= |
h |
|
− h |
|
|
|
|
||||
|
|
|
н |
|
4 |
3 |
|
= 0,80-0,85 для насосов |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
oi |
|
l |
д |
|
h |
|
|
− h |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4д |
3 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
l |
д |
|
l |
д |
− l |
д |
|
|||
η |
|
= |
ц |
= |
т |
н |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
i |
|
|
|
q |
д |
|
|
|
q |
д |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
||
η |
|
|
= |
|
(h − h )ηт |
|
− (h − h ) / ηн |
|||||||||
i |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
oi |
|
|
4 3 |
oi |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(h1 − h4д ) |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
h |
|
= h |
+ (h |
− h ) / η |
н |
|||||||
|
|
|
|
|
oi |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
4д |
|
3 |
|
|
|
|
4 |
3 |
||
Действительный цикл Ренкина:
а) Ts-диаграмма цикла;
б) hs-диаграмма расширения пара в турбине
ЗАВИСИМОСТЬ КПД ЦИКЛА РЕНКИНА ОТ ПАРАМЕТРОВ ПАРА
Увеличение давления p1 при фиксированной температуре T1 приводит к росту средней температуры подвода тепла и термического КПД
цикла t.
Действительный КПД цикла i с ростом давления p1 возрастает, достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Почему?
Возможности повышения КПД ПТУ только за счет повышения давления пара ограничены.
С ростом температуры T1 при фиксированном давлении p1 возрастает средняя температура подвода тепла к рабочему телу и увеличивается степень сухости пара в конце расширения.
Термический t и действительный i КПД цикла увеличиваются.
Повышение температуры пара является эффективным средством повышения КПД цикла Ренкина. Но есть ограничение по максимальной температуре. С чем связано?
ЦИКЛ РЕНКИНА СО ВТОРИЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА
ПТУ со вторичным перегревом пара: а) тепловая схема; б) Ts - диаграммы обратимого и действительного циклов
|
|
|
η |
t |
= (h1 − h2 ) + (h3 − h4 ) − (h6 − h5 ) |
||||||
|
|
|
|
|
|
(h1 |
− h6 ) + (h3 − h2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
η |
|
= |
|
(h − h )ηчвд + (h − h )ηчнд − (h |
− h ) / ηн |
||||||
i |
|
|
|
1 2 oi |
3 4 oi |
6 |
5 oi |
||||
|
|
|
|
|
|
(h1 |
− h6д ) + (h3 − h2д ) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
РЕГЕНЕРАЦИЯ ТЕПЛА В ПТУ
Для повышения термического КПД в паротурбинных установках всегда применяется регенерация тепла.
Максимальный эффект от регенерации достигается в процессе идеальной регенерации. Процесс состоит из бесконечной последовательности бесконечно малых расширений в турбине (1-2р) и передач теплоты конденсации к воде на участке 4 - 5.
Предельную регенерацию на практике осуществить невозможно. Это потребовало бы многократных перебросок пара из турбины в регенеративный теплообменник и обратно. Кроме того, сухость пара в цикле с предельной регенерацией в конце процесса расширения в турбине недопустимо мала (должно быть х › 0,86 – 0,88!).
Регенерация тепла в цикле Ренкина: а) цикл на насыщенном паре;
б) цикл с перегревом пара