Тема 15 Циклы паросиловых установок, цикл Ренкина

Цель: ознакомиться с основными схемами паросиловых установок, понять принцип работы, усвоить методы уменьшения расхода пара на выработку энергии коэффициента полезного действия.

План:

1 принципиальная схема паросиловой установки

2 циклы Карно и Ренкина, диаграммы P-V и T-S диаграммы

3 принцип расчета теплоперепада, коэффициента полезного действия, теоретического удельного расхода тепла на выработку энергии

1 Принципиальная схема паросиловой установки (ПСУ):

Рисунок 8.1 - Принципиальная схема паросиловой установки

Принцип работы ПСУ (рисунок 8.1).

В котле 1 происходит парообразование. В пароперегревателе 2 происходит перегрев пара до заданных параметров, который идет на турбину 3, где происходит преобразование тепловой энергии в механическую энергию, а затем в электрическую в электрогенераторе 4.Отработавший пар попадет в конденсатор 5, где идет его полная конденсация, конденсатным насосом 6 конденсат направляется в деаэратор 7, затем через подогреватель 9 питательным насосом 8 обратно в котел 1.

В циклах ПСУ имеется два цикла: цикл Карно и цикл Ренкина

2 цикл Карно

Рисунок 8.2 - P-V и T-S диаграмма цикла Карно.

Точка 0 представляет начальное состояние кипящей воды при давлении P₁.Воде при постоянной температуре и постоянном давлении сообщается удельное количество теплоты, равное теплоте парообразования (процесс 0-1).

Полученный сухой насыщенный пар от точки 1 расширяется по адиабате в паровой турбине до давления P₂ (процесс 1-2). Образовавшийся влажный пар частично конденсируется при постоянной температуре и давлении до точки 3 (процесс 2-3).При этом его степень сухости уменьшается до х₃.От пара отводится удельное количество теплоты q₂.От точки 3 пар по адиабате сжимается в компрессоре до начального состояния и пар полностью превращается в кипящую воду.

Применение перегретого пара в цикле Карно не увеличивает его кпд, если пределы температур остаются без изменения. Из рисунка 8.2 (на T-S диаграмме) видно, что кпд циклов 0123 и 0453 одинаков.

Недостатки цикла Карно:

1.Цикл Карно не дает больших значений кпд.

2.Конденсация влажного пара происходит не полностью, то есть объем цилиндра компрессора должен быть значительным, а это требует большого расхода металла.

3 Цикл Ренкина

Рисунок 8.3 - Диаграммы P-V и T-S ПСУ Ренкина

За основной цикл в ПСУ принят цикл Ренкина, в котором осуществляется полная конденсация пара в конденсаторе, вместо громоздкого компрессора малоэффективного компрессора применяют питательный насос, который имеет малые габариты и высокий кпд. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара, что позволяет повысить среднеинтегральную температуру подвода теплоты и тем самым термический кпд цикла.

На рисунке 8.3 изображен идеальный цикл Ренкина. Точка 4 характеризует состояние кипящей воды в котле при давлении P₁.Линия 4-5изображает процесс парообразования в котле; затем пар подсушивается в перегревателе при давлении P₁.Линия 6-1 процесс перегрева пара перегревателе при давлении P₁. Полученный пар по адиабате 1-2 расширяется паровой турбины до давления P₂ в конденсаторе. В процессе 2-2' пар полностью конденсируется до состояния кипящей жидкости при давлении P₂,отдавая теплоту парообразования охлаждающей воде. Процесс сжатия воды 2'-3 осуществляется в насосе. Линия 3-4 изображает изменение объема воды при нагревании.

При невысоких давлениях в расчетах цикла Ренкина делают следующие допущения: не учитывают повышения температуры воды при адиабатном сжатии в насосе (практически точки 3 и 2' сливаются); полагают, что изобары

Жидкости сливаются с пограничной кривой жидкости вследствие того, что удельный объем воды мал по сравнению с объемом пара и пренебрегают работой насоса. Поэтому с учетом допущений цикл Ренкина принимает вид, представленный на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 - Цикл Ренкина с учетом допущений

3 Характеристика цикла

1.∆h-теплоперепад:

(8.1)

где i-энтальпия перегретого пара перед паровой турбиной, определяется с помощью i-s диаграммы по температуре и давлению перед турбиной и давлению в конденсаторе;

2.η_t-термический кпд цикла Ренкина

; (8.2)