Влияние начальных параметров пара на величину КПД цикла Ренкина

Циклы паросиловых установок (ПСУ)

Основным рабочим телом ПСУ является водяной пар, который используется как в насыщенном, так и в перегретом состоянии.

Цикл Карно для насыщенного пара паросиловой установки

Принципиальная схема ПСУ:

1 - котел;

2 - перегреватель;

3 - паровая турбина;

4 - электрогенератор;

5 - конденсатор;

6 - конденсационный насос;

7 - питательный бак;

8 - питательный насос;

9 - подогреватель.

 

Химическая энергия топлива при его сжигании превращается во внутреннюю энергию продуктов сгорания, которая затем в виде теплоты передается воде и пару в котле и перегревателе. Полученный пар направляется в паровую турбину, где происходит преобразование теплоты в механическую энергию, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе. Отработавший пар поступает в конденсатор, где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат конденсационным насосом направляется в питательный бак, откуда вода забирается питательным насосом, сжимается до давления, равного давлению в котле, и подается через подогреватель в паровой котел.

 

 

0 - вода с давлением р₁ и температурой насыщения t₁ поступает в котел;

0 -1 - изобарный подвод тепла (и одновременно изотермический);

1 - пар становится сухим насыщенным;

1 -2 - адиабатное расширение пара в турбине;

2 - 3 - изобарный (изотермический) отвод тепла в конденсаторе;

3 - 0 - адиабатное сжатие пара в компрессоре.

 

Так как пар в конденсаторе влажный, т. е. состоит из пара и жидкости, то на выходе из конденсатора он направляется в компрессор, где превращается в жидкость с давлением р₁ и температурой t₁.

 

Условие для осуществления цикла Карно: цикл осуществляется в области насыщенного пара.

Так как, если подвод тепла осуществляется в области перегретого пара, и подвод является изобарным, но не изотермическим. При изотермическом подводе тепла уменьшается давление.

Термический КПД цикла Карно для насыщенного пара:

 

Недостатки ПСУ, работающие по циклу Карно:

1) конденсация пара осуществляется не полностью, поэтому для того, чтобы сжать влажный пар необходимо иметь большой объем цилиндра компрессора (расход материала);

2) цикл осуществляется в области насыщенного пара, поэтому начальная температура пара не может быть высокой (она ограничена температурой кипения), и невозможно получить высокий КПД;

3) действительная затраченная работа на привод компрессора значительно больше, чем теоретическая вследствие потерь.

Цикл Ренкина

Цикл Ренкина позволяет осуществить полную конденсацию рабочего тела в конденсаторе, поэтому компрессор можно заменить питательным насосом. Цикл может осуществляться в области перегретого пара.

 

 

0 - 1 - изобарный подвод теплоты в котле, подогревателе и перегревателе;

1 - 2 - адиабатное расширение пара в турбине;

2 - 3 - изобарный отвод тепла в конденсаторе;

3 - 0 - изохорное повышение давления в насосе;

0 - 4 - нагрев воды до температуры кипения в подогревателе;

1’ - 1 - процесс перегрева пара в перегревателе.

 

Термический КПД:

- без учета затраченной работы в насосе (незначительная по сравнению с работой, затраченной в турбине)

Влияние начальных параметров пара на величину КПД цикла Ренкина

1) Повышение начального давления пара;

С увеличением начального давления пара от до при одинаковом давлении , температуре перегретого пара, степени сухости удельная работа цикла увеличится.

С увеличением начального давления пара удельный расход пара уменьшается.

Расход пара в цикле Ренкина:

где - адиабатный перепад теплоты в турбине.

Чем больше адиабатный перепад теплоты, тем меньше удельный расход пара, а перепад тем больше, чем выше начальное давление пара.

2) Уменьшение конечного давления в конденсаторе;

При уменьшении конечного давления при одинаковых начальных параметрах ( и ) увеличивается КПД цикла.

При уменьшении конечного давления увеличивается удельная работа цикла Ренкина.

При увеличении конечного давления увеличивается перепад теплоты в турбине, и уменьшается расход пара.

3) Увеличение начальной температуры пара;

 

При повышении начальной температуры пара увеличивается перепад теплоты, и увеличивается КПД цикла, и уменьшается расход пара.

 

Кроме того, увеличить термический КПД цикла Ренкина можно, используя регенерацию теплоты.

Регенеративный цикл ПСУ