Основные операции паросилового цикла Ренкина
Вопрос. Паросиловой цикл Ренкина,
схемы установки. Изображение в Р, v -и T,s –диаграммах
Цикл
Ренкина - теоретический термодинамический цикл паровой машины, состоящий из
четырех основный операций:
-1- испарения
жидкости при высоком давлении;
-2-
расширения пара;
-3-
конденсации пара;
-4-
увеличения давления жидкости до начального значения.
На рис. 1 представлена
технологическая схема паросиловой установки для производства электроэнергии.
Пар большого
давления и температуры подается в сопловые аппараты турбины, где происходит
превращение потенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скорость
потока – сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потока
превращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбины
и в работу производства электроэнергии.
На рис. 1
показана одна турбина, на самом деле турбина имеет несколько ступеней
расширения пара.
После турбины
пар направляется в конденсатор. Это обычный теплообменник, внутри труб проходит
охлаждающая вода, снаружи – водяной пар, который конденсируется, вода
становится жидкой.
Рис. 1.
Принципиальная технологическая схема паросиловой установки.
Эта вода
поступает в питательный насос, где происходит увеличение давления до
номинальной (проектной) величины.
Далее вода с
высоким давлением направляется в котельный агрегат (на рис. 1 он обведен
штриховой линией). В этом агрегате вода сначала нагревается до температуры
кипения от дымовых газов из топки котла, затем поступает в кипятильные трубы,
где происходит фазовое превращение вплоть до состояния сухого насыщенного пара
(см. т. 5 на рис. 6.3).
Наконец,
сухой насыщенный пар идет в пароперегреватель, обогреваемый топочными дымовыми
газами из топки. Состояние пара на выходе из пароперегревателя характеризуется
точкой 1. Так замыкается цикл. Этот цикл паросиловой установки предложил
немецкий инженер Ренкин, и потому его и назвали циклом Ренкина.
Рассмотрим
цикл Ренкина на трех термодинамических диаграммах p – v, T – s, h – s (см. рис.
2).
Нумерация
точек совпадает с нумерацией на рис. 1. Процесс 1 – 2 – расширение пара в
соплах турбины; 2 – 3 – процесс конденсации пара; 3 – 4 – процесс в питательном
насосе;4 – 5 – процесс нагрева воды и ее кипение; 5 – 1 – процесс перегрева
пара. Заштрихованы те области диаграмм, площадь которых численно равна работе и
теплоте за цикл, причем qц = wц.
Рис. 2. Цикл
Ренкина на термодинамических диаграммах
qподв
= h1 – h4. Дж. (6.2)
Теплота
отводится от рабочего тела в процессе 2 – 3 (ds < 0) и этот процесс тоже p2
= const. Поэтому
qотв
= h2 – h3. Дж. (1)
Разность
между подведенной теплотой и отведенной представляет собой теплоту цикла qц,
превращенную в работу wц
wц
= qц = (h1 – h4) – (h2 – h3)
= (h1 – h2) – (h4 – h3).
Разность
энтальпии воды до питательного насоса (точка 3) и после (точка 4) ничтожно
мала. В связи с этим
wц
= qц = h1 – h2. (2)
Термический
коэффициент полезного действия цикла Ренкина (а это отношение «пользы», т.е. wц,
к «затратам», т.е qподв) равен
ηt
= (h1 – h2)/(h1 – h4). (3)
Рис. 3.
Иллюстрация причины малого КПД цикла Ренкина по сравнению с циклом Карно.
Потери работы – заштрихованная площадь. Нумерация точек совпадает с нумерацией
на рис. 1 и 2.