double arrow

Повышение эффективности теплосиловых циклов

1

Используемый в современных ПТУ цикл Ренкина реализуется следующим образом: в паровом котле происходит испарение воды; в пароперегревателе – перегрев пара при постоянном давлении; далее в паровой турбине пар адиабатно расширяется, совершая работу; в конденсаторе – конденсируется при постоянном давлении; конденсат подается насосом в экономайзер, где он подогревается, а затем снова в котел.

Чтобы повысить эффективность паросилового цикла, предложен ряд мер для его модернизации. Так, увеличение давления на входе в турбину р1 с целью повышения термического к.п.д. приводит к увеличению влажности отработавшего пара (точки 2И и 2П на рисунке), что отрицательно сказывается на работе паровой турбины и весьма нежелательно. Чтобы избежать этого, организуют цикл с промежуточным перегревом пара.

Диаграммы цикла с вторичным перегревом пара

В § 5 было показано, что эффективным способом повышения термического к.п.д. цикла является рекуперация отводимой теплоты. В паросиловых установках с этой целью часть пара, отработавшего в первой ступени турбины, забирают и направляют в специальный теплообменник (его называют подогревателем конденсата), где этот пар отдает часть своей теплоты и подогревает конденсат из конденсатора перед поступлением его в котел.

Рассмотрим схему теплосиловой установки с рекуперацией теплоты и диаграмму h–s ее термодинамического цикла.

В подогреватель 1 направляется часть пара, обозначаемая через α. Тогда через остальные ступени турбины и конденсатор 3 пройдет остальная часть, равная 1 – α. Отбор пара производится при достаточно высоких еще параметрах р2ОТ, t2ОТ и h2ОТ, и это позволяет так подогреть подаваемый насосом 2 конденсат, что энтальпия его увеличивается до величины h4ОТ. Обычно количество отбираемого пара определяют из условия, что за счет его теплоты конденсат нагреется до той же температуры, с какой конденсируется этот пар (t4ОТ = tН, h4ОТ = h" при р = р2ОТ). Записав уравнение теплового баланса (теплота, отданная паром, равна теплоте, полученной конденсатом)

α × (h2ОТ – h3ОТ) = 1 – α × (h4ОТ – h3),

после простейших преобразований найдем

.

Таким образом, из каждого килограмма пара α кг совершает цикл 1–2ОТ–4ОТ–5–6–1 и удельная работа этой части (если считать расширение в турбине изоэнтропным) составит

lOT = (1 – α) × (h1 – h2ОТ).

Другая часть совершает цикл 1–2–3–4–5–6–1, и ее удельная работа

lOСT = (1 – α) × (h1 – h2).

Теплота, подведенная за цикл, определится разницей энтальпий:

q1 = h1 – h4ОТ.

так что термический к.п.д. цикла

.

Исходное уравнение позволяет найти

h4ОТ = h3 – α × (h2ОТ – h3),

тогда предыдущую формулу перепишем так:

.

Для цикла без рекуперации, как показано в § 4,

.

Сопоставив приведенные формулы, отметим, что и числитель, и знаменатель увеличиваются в последней формуле. Но поскольку h2 > h3, то и

α × (h2ОТ – h3) > α × (h2ОТ – h2),

а значит, знаменатель формулы для htP уменьшается больше, чем числитель. Из этого следует, что htP > ht.

Еще большую эффективность обеспечивают теплофикационные установки, в которых отводимая при конденсации отработавшего пара теплота используется для производственных нужд и отопления. Чтобы температура охлаждающей воды, выходящей из конденсатора, была достаточно высокой (обычно это 120... 140 °С), приходится заметно поднимать давление р2, что несколько снижает величину ht. Но при этом установка работает практически без отбросной теплоты (если пренебрегать теплопотерями в окружающую среду) и экономическая эффективность такого цикла может достигать 70...75 %.

Комментарий к лайду: Секционные чугунные радиаторы отопления выпускают более ста лет. Крупный диаметр проходного сечения позволяет применять загрязненную воду, характерную для российских центральных систем отопления. Химические свойства чугуна и толстые стенки придают устойчивость к коррозии.

На следующем рисунке показана диаграмма h–s теплофикационного цикла в сравнении с обычным циклом Ренкина:

Из рисунка видно, что количество отводимой теплоты

q2 = h – h

при теплофикации больше, чем в обычном цикле (значит, работа за цикл и величина ht будут меньше), но зато практически вся теплота полезно используется, а не выбрасывается в окружающую среду, нанося ей экологический урон.

Мощность теплосиловой установки по выработке электроэнергии определяется удельной работой

l1–2 = h – h

и расходом пара D:

NЭЛ = (h1 – h) × D.

Тепловая мощность, отдаваемая потребителям теплоты, также пропорциональна расходу пара:

NТ = (h – h) × D,

и чем больше вырабатывается электроэнергии, тем больше вырабатывается и теплоты. Однако известно, что графики потребностей в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают (для примера: в зимние предутренние часы потребность в электроэнергии минимальна, а потребность в теплоте – наибольшая).

Чтобы избавиться от жесткой связи между NЭЛ и NТ, применяют турбины с регулируемым промежуточным отбором пара на теплофикацию.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


1

Сейчас читают про: