|
Одна из задач термодинамики — это установление влияния параметров рабочего тела (пара) на термический КПД цикла и определение путей его возможного увеличения.
В связи с этим удобно пользоваться понятием эквивалентного цикла Карно, осуществляемым некотором диапазоне средних температур нагревателя Т1ср и холодильника Т2ср.
Напомним, что в паросиловом цикле тепловая энергия подводится к рабочему телу (пару) в паровом котле и пароперегревателе (верхний источник тепловой энергии), а отводится — в конденсаторе (нижний источник тепловой энергии).
Увеличим давление пара в котле. Обратимся к рис. 1.9.3.
Рисунок 1.8.5 Увеличение располагаемой работы цикла Ренкина с повышением начального давления
Само по себе увеличение давления парообразования в паровом котле преимуществ не дает. Это давление необходимо увеличивать только для того, чтобы увеличить теплоту парообразования. Но при росте давления возникает опасность разрушения котла, т.е. возникают проблемы обеспечения прочности паросиловой установки. В этом случае установка дорожает и поэтому на практике отдают предпочтение умеренным давлениям. Неблагоприятным следствием повышения давления перед турбиной является более высокая влажность выходящего из нее пара (увеличение степени влажности). Содержание капелек воды в паре увеличивает потери от трения его в проточные части турбины.
Увеличение влажности сказывается на надежности работы лопаток последних ступеней турбины, которые сильно изнашиваются от ударов капелек воды - происходит эрозия лопаток.
Рис.1.8.5 Увеличение степени сухости пара при увеличении начальной температуры в цикле Ренкина
Поэтому одновременно с повышением давления пара за паровым котлом необходимо повышать и температуру его перегрева, чтобы поддерживать влажность выходящего из турбины пара в заданных пределах.
Так увеличение давления с 2 МПа (tн=212 оС) до 10МПа (tн=310 оС) при одной и той же температуре перегретого пара 500оС и одном и том же давлении в конденсаторе приводит к повышению КПД цикла Ренкина с 36% до 42,6%.
Перегрев пара увеличивает среднюю температуру подвода теплоты в цикле, не меняя температуру отвода теплоты.
Поэтому термический КПД паросиловой установки возрастает с увеличением температуры пара перед двигателем. Поэтому, чем выше давление Р1 тем больше КПД идеального цикла Ренкина.
Увеличение температуры пара перед турбиной дает заметное повышение КПД цикла, уменьшает степень конечной степени влажности пара, однако предел повышения температуры перегрева пара в пароперегревателе ограничен жаропрочностью металла. В современных промышленных теплоэнергетических установках температура пара не превышает 600оС. в связи с этим наиболее благоприятные результаты достигаются при одновременном повышении значений начальных параметров пара – давления Р1 и температуры t1.
Снижение давления пара в процессе конденсации в конденсаторе водит одновременно к снижению температуры t2, при которой отводится энергия в тепловой форме.
Это приводит к увеличению термического КПД цикла Ренкина.
Однако снижение температуры пара t2 в конденсаторе за снижения давления р2 ограничивается температурой окружающей воды, которая в промышленной теплоэнергетике является теплоприемником (охладителем). Если исходить из температурных условий окружающей среды (воздух, вода рек и озер), то низшая температура в цикле паросиловой установки может быть равна 20...30°С, что соответствует для водяного пара конечному давлению р2 = 0.0024... 0.0043 МПа.
Следовательно, чтобы поддерживать температуру влажного пара конденсаторе, равную 20...30°С, необходимо создать в нем относительно глубокий вакуум (97...96%).
Поскольку на практике возможности увеличения термического КПД паросиловой установки за счет снижения давления р2 весьма ограничены, то для достижения этой цели идут пути увеличения давления p1и температуры t1 пара перед турбиной. В этом случае параметры пара и цикла в целом выбираются на основе технико-экономического обоснования; при этом учитываются такие факторы, как уменьшение габаритных размеров, металлоемкость, безопасность и экологичность работы.
При высоких начальных параметрах пара и глубоком вакууме термический КПД цикла Ренкина не превышает 45 - 47 %.
|
.png)
