9 Влияние начальных и конечных параметров цикла Ренкина на его эффективность

Исследование термического к.п.д. цикла Ренкина при различных начальных и конечных состояниях пара позволяет сделать вывод, что с увеличением начального давления и начальной температуры пара и понижением конечного давления в конденсаторе к.п.д. паротурбинной установки растет. Выясним влияние этих параметров на к.п.д. цикла Ренкина.

Влияние начального давления пара. При увеличении начального давления пара и одном и том же конечном давлении в конденсаторе термический к.п.д. паротурбинной установки значительно увеличивается, а удельный расход пара уменьшается.

Увеличение начального давления с р₁досвязано с повышением температуры насыщенного пара, т.е. с повышением средней температуры подвода теплоты, что ясно видно из Ts – диаграммы (рис. 12.7 а). Возрастание средней температуры подвода и отвода теплоты в конденсаторе при p = const

приводит к увеличению к.п.д. цикла. Следовательно, не начальное давление является причиной увеличения к.п.д. паросиловой установки, а увеличение средней температуры подвода теплоты. Из is – диаграммы (рис.12. 7 б) также можно установить, что с увеличением начального давления пара увеличивается адиабатное теплопадение h₁, но повышается конечная влажность пара и капли воды разрушают лопатки последних ступеней турбины. Конечная влажность пара свыше 13 – 14 % не допускается.

Значительное увеличение к.п.д. с ростом начального давления пара играет существенную роль в повышении экономичности работы паротурбинных установок. В настоящее время осваиваются давления до 30,0 МПа.

Влияние начальной температуры пара. При повышении начальной температуры пара происходит увеличение к.п.д. паротурбинного цикла, т.к. увеличивается среднеинтегральная температуры подвода теплоты и при этом растет адиабатное теплопадение h (рис. 12.8). Увеличение к.п.д. цикла будет более значительным, если с увеличением температуры возрастет и начальное давление пара. Например, при начальном давлении в 2,0 МПа и повышении температуры с 400⁰С до 550⁰С к.п.д. цикла увеличивается с 0,332 до 0,355. Если же одновременно увеличивается и давление, например до 20,2 МПа при тех же условиях, то к.п.д. цикла возрастает с 0,405 до 0,434.

Одновременно с увеличением начальной температуры уменьшается удельный расход пара. В настоящее время используют пар с температурой до 565⁰С и осваивается пар с температурой до 600⁰С и выше. Повышение температуры перегрева пара ограничивается способностью металла, из которого сделаны трубы, выдерживать большие давления при высоких температурах, т.е. конечные параметры пара определяются наличием относительно дешевых жаропрочных металлов.

Влияние конечного давления в конденсаторе. Понижение давления в конденсаторе является особенно эффективным средством для повышениятермического к.п.д. паротурбинной установки. Из is – диаграммы (рис.12.9) видно, что понижение давления в конденсаторе значительно уменьшает среднеинтегральную температуру отвода теплоты и увеличивает адиабатное теплопадение h, а следовательно, и к.п.д. цикла. Например, при начальном давлении в 10 МПа, t₁= 600⁰C и конечном давлении 0,1 МПа к.п.д. цикла равен 0,308. При понижении давления в конденсаторе до 0,03 МПа к.п.д. цикла увеличивается до 0,356. при уменьшении давления до 0,005 МПа, что соответствует температуре насыщения 33⁰С, к.п.д. цикла возрастает до 0,47. Однако, выбор конечного давления в конденсаторе определяется температурой охлаждающей воды, т.к. для интенсивного теплообмена разность температур между паром и охлаждающей водой должна быть 10 – 15⁰С.

 

Рис. 4.6

 

На этих диаграммах цикл Ренкина с промежуточным перегревом представлен фигурой 1 – 7 – 8 – 9 – 3 – 5 – 4 – 1.А соответствующий цикл без перегрева (основной цикл Ренкина) изображен фигурой1 – 2 – 3 – 5 – 4 – 6 – 1.Сухость пара на выходе из турбины в основном цикле равнах₂,а в цикле с промежуточным перегревом– х₉. Из диаграмм очевидно, чтох₉ > х₂,т.е.Δх= х₉ - х₂>0,следовательно, сухость пара за счет промежуточного перегрева повышается.

Применение промежуточного перегрева пара еще способствует повышению термического КПД цикла Ренкина .

Выражение для напишем в виде

 

,

 

 

Рис. 4.7

 

где l_п- полезная работа пара при прохождении через турбину;

q₁– количество теплоты, подводимое к рабочему телу, каждая из этих величин состоит из составляющих

 

,