Цикл Ренкина паросиловой установки. Влияние параметров пара на термический КПД цикла.

Паросиловая установка (ПСУ) предназначена для выработки пара и эл.энергии. Рабочим телом ПСУ явл-ся вода – самое доступное и дешевое раб.тело. Характерной особенностью раб.процесса ПСУ является изменение агрегатного состояния раб.тела.

ПСУ (рис. 1.) состоит из: парогенератора (котла); паровой турбины; эл.генератора; конденсатора; питательного насоса.

Парогенератор предназначен для выработки водяного пара. Для этого в его топке сжигается природное органическое топливо (каменный уголь, газ, мазут и т.д.). За счет выделяющейся при этом теплоты вода превращается сначала в насыщенный, а затем, в пароперегревателе, в перегретый водяной пар. Перегретый пар направляется в турбину, где, расширяясь, производит полезную работу – вращает ротор турбины и эл.генератора, который предназначен для выработки эл.энергии. Из турбины отработавший пар направляется в конденсатор, где конденсируется и насосом подается опять в котел. Этот насос получил название питательного, т.к. в котел подается не сырая вода, а специально подготовленная (питательная).

В основе работы такой паросиловой установки лежит идеальный цикл Ренкина.

Он был предложен в 50-х гг. ХХв. Почти одновременно шотланд.инженером и физиком У.Ренкиным и выдающимся немец.физиком Р.Клаузиусом. Обычно его называют циклом Ренкина. Он состоит из следующих процессов:

- нагревания воды в котле до кипения;

- испарения воды в парообразных трубах котла;

- расширения пара в турбине с совершением полезной внешней работы;

- конденсации отработавшего пара в конденсаторе с отводом теплоты охлаждающей воды;

- сжатия конденсата питательным насосом до первоначального давления воды, поступающей в котел.

В этом цикле нет потерь на трение, нет потерь тепла в котле, турби­не и трубопроводах, все процессы протекают обратимо, в частности про­цесс расширения пара в турбине происходит без теплообмена с внешней средой (т. е. адиабатно). На диаграмме p-v и T-S этот цикл представлен на (рис.2 и 3) соответственно.

1-2 – адиабатное расширение пара в паровой турбине до давления в конденсаторе p₂;

2-2^' – конденсация пара в конденсаторе, отвод тепла при p₂ = const.

В результате отвода тепла отработавший пар полностью конденсируется, а образовавшийся конденсат водяным насосом подается в котел. Т.к. при давлениях, применяемых обычно в теплотехнике, изменением объема воды при её сжатии можно пренебречь, то процесс адиабатического сжатия воды в насосе происходит практически при постоянном объеме воды и может быть представлен изохорой 2^'-3.

3-4 – процесс нагревания воды в котле при p₁ = const до температуры кипения;

4-5 – парообразование;

5-1 – перегрев пара в пароперегревателе.

Процессы нагревания воды до кипения и парообразование происходят при постоянном давлении (P = const, T = const) .

Поскольку процессы подвода и отвода теплоты в рассмотренном цикле осуществляется по изобарам, а в изобарном процессе количество подведенной (отведенной) теплоты = разности энтальпий раб.тела в начале и конце процесса:

h₁ – энтальпия перегретого пара на выходе из котла;

h₄ – энтальпия воды на входе в котел;

h₂ – энтальпия влажного пара на выходе из турбины;

h₃ – энтальпия конденсата на выходе из конденсатора.

Термический КПД цикла:

h₁-h₂ – располагаемый перепад энтальпий, превращенный в полезную работу в турбине;

h₄-h₃ – техническая работа насоса.

Термический КПД цикла Ренкина удобно определять, пользуясь h-s диаграммой (рис. 4). На пересечении изобары p₁ и изотермы t₁ находят точку 1, соответствующую состоянию пара перед входом в тур­бину. Энтальпию h₁ пара, состояние которого отображается этой точкой, определяют по шкале на оси ординат. Затем из точки 1 про­водят вертикальную прямую — адиабату до ее пересечения в точке 2 с изобарой p₂ и находят энтальпию h₂ пара, состояние которого отобра­жается точкой 2.

Преимущества циклов ПСУ:

1.Высокий термический КПД (>40%).

2.Любые сорта топлив.

3.Большая единичная мощность.

Недостаток – пуск ПСУ очень длительный.