Задача №3

Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемый теплоперепад, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости ₂ (при давлении p₂). Изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание ее работы. Представить цикл Ренкина в диаграммах T-s и h-s. Задачу решать с помощью h-s диаграммы.

Представить графическое решение задачи с помощью h-s диаграммы.

Таблица 6  Параметры пара для рассматриваемых вариантов

Параметры пара I варианта			Параметры пара II варианта
p1, МПа	t1, оС	p2, МПа	p1, МПа	t1, оС	p2, МПа

Контрольный вопрос. Какие существуют пути повышения экономичности ПСУ?

Рекомендации к решению задачи №3

Сначала следует изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание ее работы.

4  Конденсатор (к); 5  питательный насос (пн) ов – охлаждающая вода

1  паровой котел (ПК);

2  турбина (Т);

3  электрогенератор (ЭГ);

Рисунок 5  Принципиальная схема паросиловой установки

Рабочий процесс паросиловой (паротурбинной) установки происходит следующим образом (см. рисунок 5).

В паровом котле (1) вода превращается в перегретый пар с начальными параметрами Р₁ и t₁. Далее пар поступает в паровую турбину (2), состоящую, как правило, из нескольких ступеней (ступень  это ряд рабочих лопаток, укрепленных на роторе вместе с направляющим аппаратом, который связан с корпусом. В ступени турбины давление пара преобразуется в высокую скорость потока, кинетическая энергия которого, таким образом, превращается в механическую энергию вращения ротора. Ротор соединен с электрическим генератором (3), в котором механическая энергия превращается в электрическую. Выходящий из турбины пар поступает в конденсатор (4), где охлаждается внешней циркуляционной водой (ОВ), и превращается в конденсат, который далее питательным насосом (5) подается в паровой котел (1), и цикл повторяется. Потери конденсата и отборы пара для различных нужд восполняются дополнительной водой, поступающей из системы водоподготовки ПТУ.

Рабочий процесс удобно рассматривать в диаграммах Т, s и h, s - водяного пара.

В основе работы паротурбинных установок лежит цикл Ренкина.

а) б)

Рисунок 6 - Цикл Ренкина: а) в - координатах; б) в- координатах

Термодинамические процессы, составляющие цикл Ренкина, происходят в следующей последовательности (см. рисунок 6):

12  адиабатное расширение пара в турбине;

234  изобарно-изотермная конденсация пара и подача конденсата в котел (параметры точки 4 мало отличаются от точки 3 и в диаграммах иих совмещают);

45  изобарный процесс нагрева воды до температуры насыщения (кипения);

56  изобарно-изотермное парообразование;

61  изобарный нагрев пара;

q₁  подведенная теплота, эквивалентная площади 17834561 (диаграмма ) илиh₁h₃ (диаграмма );

q₂  отведенная теплота, эквивалентная площади 27832 (диаграмма ) илиh₂h₃ (диаграмма );

q_ц=l_ц=q₁-q₂  полезная теплота (работа) цикла, эквивалентная площади 1234561 (диаграмма ) илиh₁h₂ (диаграмма );

х=0  нижняя пограничная кривая;

х=1  верхняя пограничная кривая;

к  критическая точка.

Рисунок 7  Графическое решение задачи №3 с помощью диаграммы водяного пара

Располагаемый теплоперепад (h_o, кДж/кг), для каждого варианта, определяется по формуле:

, (54)

где h₁  энтальпия пара перед турбиной, кДж/кг;

h₂  энтальпия пара после турбины, кДж/кг

Термический КПД цикла определяется по формуле:

, (55)

где h^/₂  энтальпия конденсата, кДж/кг.

В выражении (55) величина h^/₂ может быть определена по формуле:

, (56)

где t_н  температура кипения (насыщения) при давлении P₂ (см. рисунок 7).

Удельный расход пара (d_o, г/кВтч) определяется по формуле:

(57)

Для определения значения энтальпий на диаграмме  водяного пара, необходимо найти точки «1» и «2» (см. рисунок 7). Точка «1» определяется на пересечении давления Р₁ и температуры t₁; точка «2»  на пересечении Р₂ и вертикали, проведенной из точки «1». Температура t_н определяется пересечением Р₂ с верхней пограничной кривой (X=1).