Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 11Следующая ⇒

С целью существенного повышения температурного КПД цикла Ренкина за счет увеличения начального давления Р₁ при сохранении степени сухости влажного насыщенного пара не менее Х₂= 0,86…0,88 в современных паровых тепловых установках используется промежуточный перегрев пара. Как правило, используется цикл с двукратным (вторичным) перегревом пара. На рисунке 1.23 приведена принципиальная схема установки, работающей по циклу Ренкина с вторичным перегревом пара, а на рисунках 1.24-1.26 – этот цикл в диаграммах P-V, T-S, i-S.

Рис. 1.23 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по циклу Ренкина с вторичным перегревом пара, где

КА – котлоагрегат

ПК – паровой котел

Э – экономайзер

ПП1 – первая ступень пароперегревателя

ПП2 – вторая ступень пароперегревателя

ПТ1 – первая ступень паровой турбины

ПТ2 – вторая ступень паровой турбины

ЭГ – электрогенератор

К – конденсатор

ЦН – циркуляционный насос

ПН – питательный насос

Рис. 1.24 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме P-V

Рис. 1.25 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме T-S

Рис. 1.26 Цикл Ренкина с вторичным перегревом пара на диаграмме i-S

Из первой ступени пароперегревателя ПП1 перегретый пар с параметрами P₁ и T₁ поступает в первую ступень паровой турбины ПТ1, где расширяется до некоторого промежуточного давления Р_а(Р_а > Р₂) и температуры Т_а(Т_а > Т₂) в адиабатном процессе 1-а.

В зависимости от начальных параметров (Р₁ и Т₁) и величины промежуточного давления Р_а,точка «а» может находиться как в области влажного насыщения пара (Рис.1.24-1.26), включая сухой насыщенный пар, так и в области перегретого пара.

Отработавший на лопатках первой ступени турбины ПТ1 пар поступает во вторую ступень пароперегревателя ПП2, где при Р_а =const снова перегревается до температуры Т₁ (процесс a-b). Из второй ступени пароперегревателя ПП2 перегретый пар с параметрами Р_а и Т₁ подается на лопатки второй ступени турбины ПТ2, где расширяется до давления Р₂ и температуры Т₂ = Т_н2  (процесс b-2).

Далее цикл ничем не отличается от обычного цикла Ренкина: конденсация пара в конденсаторе К (процесс 2-3), адиабатное сжатие жидкости в питательном (конденсационном) насосе (процесс 3-4), подогрев жидкости в экономайзере Э при Р₁=const до температуры кипения Т_н1  в первой ступени пароперегревателя ПП1.

Если бы вторичный перегрев отсутствовал, то процесс адиабатного расширения пара в турбине заканчивался бы в точке 2’, где степень сухости влажного насыщенного пара Х₂’< Х₂.

Из рис. 1.24-1.26 следует, что вторичный перегрев пара значительно увеличивает степень сухости насыщенного пара на выходе из второй ступени турбины ПТ2 и увеличивает работу цикла А_ц.

В соответствии с формулой (1.10)

А_ц =А_турб – А_нас = А_турб1 + А_турб2 – А_нас,

где А_Т1, А_Т2 – работа первой (ПТ1) и второй (ПТ2) ступеней паровой турбины

В соответствии с формулами (1.9) и (1.7)

А_турб1 = i₁ - i_a

А_турб2 = i_b - i₂

А_нас = i₄ - i₃

Тогда

Ац = (i1 - ia) + (ib - i2) – (i4 - i3)

                                    (1.22)          (1.22)

Обозначим: h₀₁ = (i₁ – i_a) – адиабатный теплоперепад в первой ступени ПТ1 турбины

                h₀₂ = (i_b - i₂ ) - адиабатный теплоперепад во второй ступени ПТ2 турбины

С учетом этого (1.22) приобретает вид

	Ац = h01 + h02 – (i4 - i3)

                                                                                                              (1.23)

Если бы вторичный перегрев отсутствовал, то адиабатный теплоперепад турбины в соответствии с рис. 1.26 определялся бы как

h₀ = i₁ – i_2’

Т.к. h₀ < (h₀₁ + h₀₂), а величина А_нас = i₄ – i₃ одинакова, то работа цикла со вторичны перегревом будет больше, чем в обычном цикле Ренкина.

Количество теплоты, подводимой к 1 кг рабочего тела в котле ПК и первой степени пароперегревателя ПП1 при P₁ = const в процессах 4-5-6-1:

q₁₁= i₁ – i₄

Количество теплоты, подведенной к 1 кг рабочего тела на второй ступени пароперегревателя ПП2 при P_a = const в процессе a-b:

q₁₂= i_b – i_a

Тогда суммарный теплоподвод в цикле Ренкина с вторичным перегревом пара равен

q₁= q₁₁ – q₁₂

q1 = (i1 – i4) + (ib – ia)

или

(1.24)

Термический КПД цикла Ренкина с вторичным перегревом пара определяется по следующей «точной» формуле:

 (1.25)

Если пренебречь работой питательного насоса, то есть положить , то приближенно можно записать:

                                                                                                 (1.26)

или

(1.27)

q1  (i1 – i3) + (ib – ia)

          

(1.28)       

                                                                                             (1.29)

или

(1.30)

(Величину i3 в некоторых справочниках обозначают ik – «энтальпия конденсата»)

Термический КПД цикла Ренкина с вторичным перегревом пара будет больше  цикла Ренкина с однократным перегревом, если средняя температура теплоотвода в дополнительном цикле (1-2-2’-a-b) будет больше, чем в основном цикле (1-2’-3-4-5-6-1).

Давление P_a, при котором производится вторичный перегрев, следует выбирать так, чтобы термический КПД дополнительного цикла

                                                                                                (1.31)

был больше  основного цикла

                                                                                            (1.32)

Здесь

(1.33)-работа в

дополнительном цикле

                                                                                                    (1.34)-работа в

основном цикле

(Проверка: А_ц = А_{ц осн} + А_{ц доп}; подстановка в эту формулу (1.33) и (1.34) дает формулу (1.22))

                                                                                                     (1.35)

                                                                                                       (1.36)

1.2. 9 Регенерация теплоты. Обобщенный (регенеративный) цикл Карно.

Как известно, обратимый цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат и в заданном диапазоне температур Т₁-Т₂ невозможно получить термический КПД, превышающий КПД обратимого цикла Карно:

Однако, есть циклы, по своей конфигурации отличающиеся от обратимого цикла Карно, но при некоторых дополнительных условиях имеющие термический КПД, равный КПД обратимого цикла Карно.

К таким циклам относится регенеративный обратимый цикл, состоящий из двух изотерм и двух любых произвольных эквидистантных кривых, называемый обобщенным (регенеративным) циклом Карно (рис.1.27). В диаграммах T-S эквидистантные кривые – это семейство кривых, имеющих при одинаковой температуре равные угловые коэффициенты.

Регенерация теплоты – это перенос теплоты с одних участков цикла на другие.

Циклы, в которых применяется регенерация теплоты, называются регенеративными циклами.

Так в цикле, представленном на рис. 1.27, происходит перенос теплоты с участка 1-2 на участок 3-4.

Рис.1.27 Обобщенный регенеративный цикл Карно.

Процесс 4-1 – изотермическое расширение рабочего тела с подводом теплоты q_4-1 от нагревателя с температурой Т₁.

Процесс 1-2 – политропное сжатие с отводом теплоты q_1-2 от рабочего тела.

Процесс 2-3 – изотермическое сжатие рабочего тела при температуре холодильника Т2 с отводом теплоты q_2-3.

Процесс 3-4 – политропное расширение рабочего тела с подводом теплоты q_3-4.

В качестве теплоотдатчиков при этом используются теплообменники, которые применялись в процессе 1-2.

Так как кривые 1-2 и 3-4 эквидистантны, то . Таким образом, сколько теплоты рабочее тело отдает в процессе 1-2, столько же принимает в процессе 3-4. В данном случае происходит перенос теплоты , поэтому цикл на рис. 1.27 является регенеративным.

Работа цикла 1-2-3-4 равна

                           (1.37)

Как известно,

                                                  (1.38)

и , где

q₁ – результирующая подведенная теплота;

q₂ – результирующая отведенная теплота.

Из сравнения формул (1.37) и (1.38) следует, что в регенеративном цикле 1-2-3-4 q₁ = q_4-1, а q₂=q_2-3. Тогда

где

Тогда

В силу эквидистантности кривых 3-4 и 1-2 = , при этом

Таким образом, обратимый цикл, состоящий из двух изотерм и двух эквидистантных политроп, имеет такой КПД, что и у обратимого цикла Карно, и поэтому называется обобщенным (регенеративным) циклом Карно.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности