Цикл Ренкина

Недостатки паросиловой установки, в которой осуществляется цикл Карно на влажном паре, можно частично устранить. Для этого пар после турбины необходимо полностью конденсировать. И в этом случае от давления р2 до давления р1 придется сжимать не влажный пар (для чего необходим громоздкий и энергоемкий компрессор), а воду, удельный объем которой значительно меньше. Для подачи воды из конденсатора в котел с одновременным повышением давления применяются насосы – простые, компактные устройства, потребляющие небольшое количество энергии.

Кроме того, в предложенном Ренкиным цикле (рис 9.3) применяют перегрев пара в специальном пароперегревателе, где пар нагревается до температуры, значительно превышающей температуру насыщенного пара при данном давлении.

На рис. 9.3 представлен цикл Ренкина с перегревом паром в T-S диаграмме. В этом случае средняя температура подвода тепла увеличивается по сравнению с температурой подвода тепла в цикле без перегрева. Кроме того, процесс расширения пара в турбине заканчивается в области более высокой степени сухости, поэтому условия работы проточной части турбины оказываются более легкими.

Рис. 9.3. Цикл Ренкина в Ts-диаграмме

Пар после турбины поступает в конденсатор и полностью в нём конденсируется (процесс 2-3) при давлении р 2. Затем вода сжимается насосом по адиабате 3-5 до давления р 1. Малая длина отрезка 3-5 свидетельствует о малой работе сжатия. Под давлением р 1 вода подается в котёл, где к ней в изобарном процессе р 1= const подводится тепло. Сначала вода в котле нагревается до кипения (участок 5-4 изобары р 1= const), затем после достижения температуры насыщения происходит изотермический и изобарный процесс кипения (процесс 4-6). Далее в пароперегревателе пар перегревается (процесс 6-1) и в точке 1 поступает на лопатки турбины. Адиабатное расширение пара в турбине (процесс 1-2) – процесс получения работы в цикле.

Количество тепла подводимого к рабочему телу в цикле q1 изображается в T-S диаграмме площадью a-3-5-4-6-1-b-a. Тело, отводимое в цикле q2, эквивалентно площади a-3-2-b-a. Работа, полученная в цикле эквивалентна площади 3-5-4-6-1-2-3.

В цикле Ренкина процессы подвода и отвода тепла осуществляются по изобарам, и поэтому количество подведенного/отведенного тепла равно разности энтальпии рабочего тела в начале и в конце процесса. Тогда

q1 = h1 – h5 (9.1)

q2 = h2 – h3 (9.2)

Здесь h1 – энтальпия перегретого пара на выходе из пароперегревателя при давлении p1 и температуре T1.

h5 — энтальпия подаваемой насосом воды на входе в котел при давлении p 1 и температуре T5 .

h2 – энтальпия пара на выходе из турбины на входе в конденсатор при давлении p 2 и температуре T2 .

h3 – энтальпия сконденсированной воды на входе в насос при давлении p 2 и температуре T2, являющейся температурой насыщения определяемой давлением p2.

Термический КПД цикла Ренкина:

(9.3)

Это выражение можно представить в виде:

(9.4)

Где разность энтальпий (h1 – h2) представляет собой работу полученную в турбине, а разность (h5 – h3) – это техническая работа насоса. Если пренебречь величиной работы насоса, то уравнение (9.4) можно записать в виде

(9.5)

Уравнение (9.5) позволяет с помощью h-S диаграммы или таблиц термодинамических свойств и водяного пара определять КПД обратимого цикла Ренкина по известным начальным параметрам p 1 и T1 пара на входе в турбину и давлении пара в конденсаторе p 2 .

При одном и том же значении начальных параметров (p 1 и T1) пара, при понижении температуры (и соответственно давления) конденсации расширяется температурный диапазон цикла и увеличивает термодинамический КПД цикла. Термодинамический КПД цикла Ренкина зависит также и от начальных параметров пара (p 1 и T1) . Рост температуры перегрева пара T1 (при давлении p 1) как и повышение давления p 1 приводит к росту термического КПД.

Существуют теплосиловые установки с параметрами p 1 = 300·105 Па и T1 = 600…650 К. Дальнейшее повышение начальных параметров пара ограничивается свойствами конструкционных материалов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *