Цикли паросилових установок

Головним робочим тілом теплових електричних станцій є водяний пар. Його властивості, які розглянуто в 5.2.1., не дозволяють реалізувати ідеальний цикл Карно. Тому, основним термодинамічним циклом, що реалізується в ТЕС, є цикл Ренкина.

Цикл Карно (рис. 5.4). не можна реалізувати на практиці по наступній причині. В т.4 (рис.5.4), де закінчується стиснення по ізотермі 3-4 (конденсація), стан пару відповідає вологому пару деякої ступені сухості Х. Об’єм пари при низьких значеннях Р і Т дуже великий, тому для його стискання по ізоентропі 4-1 потрібний компресор (насос) великих розмірів. Тому в паросилових установках набув застосування цикл, який запропонував Ренкін, – ідеальний замкнутий цикл зміни стану робочого тіла, що представлено у TS діаграмі на рис. 5.5

Рис. 5.5 - Цикл Ренкіна

Особливістю циклу Ренкіна є те, що стиснення пари продовжено в ізотермічному процесі до повної конденсації пари, тобто до нижчої прикордонної кривої (х=0). В цьому випадку у насосі відбувається стиснення конденсату, а не пари, що приводить до суттєвого зменшення об’єму циліндру насосу та роботи, яка витрачується на його привід.

Вода, що поступає у котел, нагрівається завдяки теплоті q_1, яка отримається при спалюванні палива в топці (процес 4-5, рис.5.5), досягає температури насичення при заданому тиску Р. При наступному підводі питомої кількості теплоти r отримується спочатку суха насичена пара (процес 5-6), а потім перегріта (процес 6-1), яка подається у турбіну , де відбувається процес 1-2 адіабатного розширення. Точка 2 знаходиться в області вологої насиченої пари. Відпрацьована у турбіні пара поступає до конденсатора, у якому охолоджувальною водою від неї відбирається теплота q₂, пара конденсується (процесс 2-3) та перетворюється у воду (т.3) . Одержаний конденсат насосом повертається в котел (точка 4).

Вода розглядається у якості нестисливої рідини, нижча погранична крива розташована поблизу процесу 3-4. Завдяки цьому процес подачі води насосом приймається ізохорним. Часто процеси стиснення у насосі та підігрів води у котлі до стану кипіння сполучають (процес 3-5) . Утворений таким чином термодинамічний цикл є циклом Ренкіна, питома витрата пари та теплоти при здійсненні якого, визначаються як ; , де і₁ – і₂ = h₀ - розташований теплоперепад.

Контрольні запитання

1. Процес пароутворення. Випаровування, кипіння, конденсація.

2. Властивості водяної пари. Рівняння та ізотерми Ван-дер-Ваальса.

3. Зображення процесу пароутворення в робочій (P-V) і тепловій (T-S) діаграмах.

4. Ступінь сухості і вологості. Суха і волога насичена пара. Перегріта пара.

5. Термодинамічні цикли. Ідеальний цикл Карно. Тепловий і холодильний ККД циклу Карно.

6. Цикли паросилових установок. Термодинамічний цикл Ренкіна.