Лекція 28

28.1. Цикл Ренкіна з перегрітою парою

Для того, щоб збільшити термічний ККД циклу Ренкіна, застосовують перегрів пари у спеціальному елементі котла - пароперегрівачу (мал.28.1), де пара нагрівається до температури,що перевищує температуру насичення при даному тиску. У цьому ви-

п адку середня температура підведення теплоти збільшується в порівнянні з температурою підведення теплоти в циклі без перегріву, отже, термічний ККД циклу

Мал.28.1 зростає. У циклі з перегрівом, процес розширення пари в турбіні 1-2 здійснюється до тиску p₂, та закінчується всередині двофазної області в районі більш високих ступенів сухості, ніж для циклу без перегріву. Завдяки цьому умови роботи проточної частини турбіни виявляються більш легкими, і як наслідок, підви- щуються внутрішній відносний ККД. турбіни η_oi і внутрішній ККД. циклу η_i;

Цикл Ренкіна з перегрітою парою відрізняється від циклу Карно, тому що ізобари в області перегрітої пари на відміну від ізобар в області насиченої пари, не збігаються з ізотермами.

Цикл Ренкіна з перегрітою парою складається з наступних процесів: 3-4 - нагрівання води в котлі до температури кипіння з тиском p₁; 4-5 - пароутворення в котлі з тиском p₁; 5-1 - перегрів пари; 1-2 - адіабатне розширення пари в турбіні; 2-2' - конденсація пари в конденсаторі з тиском p₂ = const; 2'-3 → стискання води в насосі.

Теплота в циклі підводиться при p₁ = const на ділянках: 3-4; 4-5 ; 5-1.

Теплота q₂ в циклі відводиться у циклі Ренкіна в процесі 2-2' при p₂ = const.

Робота циклу визначається пл. 2'-3-4-5-1-2-2'. Як відомо, кількість теплоти підведеної (відведеної) в ізобарному процесі, дорівнює різниці ентальпій робочого тіла на початку й наприкінці процесу: q₁ = h₁ - h₃; q₂ = h₂ - h₂', (28.1)

Термічний К.К.Д. циклу:

, (28.2)

Якщо тиск менше p_пр/3 - всі ізобари в області рідини проходять досить близько одна від одної а і до нижньої прикордонної кривої, тому пл. 2'-3-4-2' дуже мала.

Таким чином, цикл паро- силової установки при не- великих тисках пари на p, v - і T, S – діаграмі зображує-ться так, як показано на мал. (28.2).

Економічність парового циклу також характе- ризується витратою пари d і

Мал. 28. 2 теплоти q₁, що витрачається на одиницю роботи (1МДж). Теоретична масова питома витрата пари в кг на 1 МДж.

(28.3)

28.2. Вплив параметрів пари на величину термічного ккд циклу Ренкіна

Аналіз термічного К.К.Д. циклу Ренкіна показує, що паросилової установки зростає при збільшенні початкового тиску й початкової температури пари та зниженні кінцевого тиску пари в конденсаторі.

а) Вплив початкового тиску пари

Аналізуючи цикл Ренкіна (мал. 28.3) для різних значень тиску p₁, при T₁ = const й p₂ = const, можа зробити наступні висновки:

1. Чим вище тиск p_1, тим більше ступінь заповнення циклу й вище середня температура

підведення теплоти.

2. Зі збільшеннями тиску p₁, за такої самої температури перегріву вологість пари на виході з турбіни зростає.

Тому при збільшенні початкового тиску пари необхідно збільшувати й температуру пари перед турбіною. З (мал. 28.3) видно, що підвищення тиску пари p₁, при T₁ = const й p₂ = const призводить до підвищення циклу.

З (мал. 28.3) видно, чим вище тиск пари p₁, і температура Т ₁ тим вище величина циклу Ренкіна. Отже, для підвищення циклу Ренкіна (мал. 28.2) необхідно збільшувати початкові параметри пари –

Мал. 28.3 температуру Т₁ та тиск p₁.

б) Вплив початкової температури пари

З малюнку 28.4. видно, що циклу Ренкіна з підвищенням температури перегріву пари при такому ж тиску збільшується, тому що зростає середня температура підведення теплоти в циклі.

Н а (мал. 28.4) показана залежність циклу Ренкіна від початкової температури Т₁ для початкового тиску p₁=16670 кПа (=170ати) і тиску пари в конденсаторі p₂=4 кПа (=0,04ати). З малюнка видно, що зі збільшенням температури Т_1, збільшується. Крім того, при збільшенні початкової температури пари Т₁, зменшується питома витрата пари. Однак підвищення початкової температури пари обмежується властивостями металу. В наш час використовується па-

Мал. 28.4 ра з температурою до 650° С.

в) Вплив кінцевого тиску в конденсаторі

При постійних значеннях початкових параметрів пари T₁ = const й p₁ = сonst зменшення кінцевого тиску в конденсаторі призводить до підвищення циклу, тому що в цьому випадку зростає температурний інтервал циклу. Для зменшення кінцевого тиску p₂ на виході пари з турбіни створюють вакуум за допомогою конденсатора.

На (мал. 28.5) показана залежність η циклу Ренкіна від тиску p₂. Графік побудовано для початкових параметрів p₁ = кПа (= 170ати) і Т₁ = 550 ⁰С.

Зазвичай в теплосилових установках тиск у конденсаторі визначається температурою охолоджуючої води і дорівнює 3,5 - 4,0 кПа (0,035-0,04ати).

Тиск 4 кПа відповідає температурі Т₂ = 28,6°С. Подальше зниження тиску p₂ у конденсаторі недоцільне. Так, при тиску 3 кПа (0,0Зати) температура насичення води Т₂ = 23,8°С, а при тиску 2 кПа Т₂ = 17,2 ⁰С, тому різниця температур пари, що конденсує, і охолоджуючої води стає занадто малою. Це призводить до збільшення розмірів конденсато-

ра. При малих значеннях тиску p₂ зростає питомий об’єм пари, що надходить у конденсатор,отже збільшуються розміри конденсатора і останніх щаблів турбіни. Зазвичай для інтенсивн ого теплообміну різниця температур пари й охолод- жуючої води повинна бути не менше 10-15°С.

Мал. 28.5