3.1 Составление уравнения эксергетического баланса для реального цикла

Проанализируем величины потерь в элементах установки.

В котле и пароперегревателе полезная работа не производится. Потери эксергии определяются в виде:

Эксергия воды, поступающей в котёл: .

Эксергия пара на выходе из пароперегревателя: ;

- эксергия потока тепла, подводимого от горячего источника, имеющего температуру: t_Г=1450⁰С рабочему телу.

Получим:

В конденсаторе полезная работа не совершается. Потери эксергии определяются как:

Эксергия воды, поступающей в насос: ex_вх^нас=ex₁=1,9174

Эксергия воды на выходе из насоса: ex_вых^нас=ex₂=12,276

Для работы насоса затрачивается работа l_полез=l’_1-2=-11,715, тогда

Эксергия теплоты, подводимой в цикле:

Суммарные потери эксергии в цикле:

∆l_∑=∆l^к+∆l^Т+∆l^кон+∆l^нас=1244,91+249,76+15,943+1,3564=1511,97

Суммарная полезная работа, выработанная в цикле:

Уравнение эксергетического баланса:

4. Определение расхода охлаждающей воды в конденсаторе.

Исходными данными для расчёта конденсатора являются следующие параметры:

T_6g=T₁=309,46, t_{в охл}=14⁰С, i₁=152,745, i_6g=2230,9, P_6g=P₁=0,061 бар, P₀=1,0199 бар.

Схема конденсатора

Зададим подогрев охлаждающей воды до температуры конденсации пара (на линии насыщения), . Для охлаждающей воды энтальпия входа и выхода определяются в виде:

Запишем уравнение теплового баланса в конденсаторе:

Для идеального цикла с регенерацией:

g=0,138167 – доля пара, отбираемого на регенерацию, определена в разделе 6.2.

5. Расчет идеального цикла ренкина с промежуточным перегревом пара

Схема теплоэнергоустановки с промежуточным перегревом пара:

1. насос 2. барабан котла 3. пароперегреватель 4. турбина паровая 5. теплообменник (конденсатор) 6. электрогенератор

7. дополнительный пароперегреватель

Повышение средней температуры подвода теплоты (и, следовательно, повышение КПД всей установки) реализуется в цикле ПТУ с промежуточным перегревом пара. В отличие от схемы без промежуточного перегрева пар после пароперегревателя поступает в часть высокого давления турбины. Из неё пар поступает в дополнительный (промежуточный) пароперегреватель (7), где температура пара повышается до температуры t_П. Затем пар снова поступает в турбину низкого давления (4) и расширяется. При этом на последних ступенях турбины получаем более сухой пар.

Идеальный цикл вP-V и i-S диаграммах:

5.1. Параметры узловых точек и процессы цикла.

Параметры точек остаются такими же, как для идеального цикла Ренкина, но добавляются следующие точки:

ТОЧКА 10

Точка соответствует параметрам пара после ТВД. Заданы Р_П2=Р₁₀=15 бар; так как процесс в турбине идеальный адиабатный s₁₀=s₅=6,8182 кДж/кг К.

По таблицам [2] для перегретого пара определяем остальные параметры:

ТОЧКА 11

Точка соответствует параметрам пара перед ТНД. Известны: P₁₁=15 бар, По таблицам [2] для перегретого пара определяем остальные параметры:

ТОЧКА 12

Точка соответствует состоянию влажного пара, поступающего в конденсатор. Пользуясь таблицами [2] для влажного пара, по параметрам: P₁₂=P₁=0,061 бар и , определяем:

Определим степень сухости пара x:

, отсюда

\

Рассмотрим процессы 5-10, 10-11, 11-12 и 12-1.

ПРОЦЕСС 5-10 - адиабатное расширение в турбине.

ПРОЦЕСС 10-11 - изобарный вторичный перегрев пара в пароперегревателе.

ПРОЦЕСС 11-12 - обратимое расширение в турбине рабочего тела.

ПРОЦЕСС 12-1 - изобарное охлаждение влажного пара в конденсаторе до состояния насыщения воды при .

Проверка.

Условия выполняются.

5.2. Определение КПД цикла.

Для расчёта цикла с промежуточным пароперегревом воспользуемся формулой:

6. РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА РЕНКИНА С РЕГЕНЕРАТИВНЫМ ОТБОРОМ ТЕПЛА.

Схема теплоэнергоустановки с регенерацией тепла и идеальный цикл вT-S, P-V и i-s диаграммах:

1. насос

2. барабан котла

3. пароперегреватель

4. турбина паровая

5. теплообменник (конденсатор)

6. электрогенератор

7. линия отбора пара

8. бак питательной воды

9. водоподогреватель

10. насос высокого давления

Появляется дополнительный насос (10), для повышения давления смешанных потоков до P_П1=150 бар. Насос (1) повышает давление (1-g) части пара до P_рег=1,2 бар. В этом цикле пар расширяется в турбине до температуры t₇ и давления P_рег, где часть пара отбирается на регенерацию, а остальная часть расширяется до давления P_к. Отобранная часть пара конденсируется в регенеративном теплообменнике (9), нагревая питательную воду перед её поступлением в котёл. Затем конденсат смешивается с основным потоком в питательном баке.