Паросиловые установки. Цикл Ренкина

Для производства электроэнергии большое распространение получили паровые машины, использующие в качестве рабочего тела водяной пар. Простейшая схема установки представлена на рис. 13. Установка работает по следующему принципу. В паровом котле 1 за счет подвода теплоты образуется водяной пар при постоянном давлении р ₁. В пароперегревателе 2 он дополнительно получает теплоту, нагревается и переходит в состояние перегретого пара. Из пароперегревателя пар поступает в паровую турбину 3 с электрогенератором 4, где полностью или частично расширяется до давления р ₂ с получением полезной работы l ₀. Отработанный пар направляется в охладитель 5, где он полностью конденсируется при постоянном давлении р ₂. После охладителя конденсат поступает на вход насоса 6, в котором давление жидкости повышается до первоначального значения р ₁, после чего жидкость отводиться в паровой котел и цикл повторяется.

Цикл рассмотренной паросиловой установки в координатах и представлен на рис. 14, где 4–5–6–1 –– изобарный подвод теплоты в котле и пароперегревателе, 1–2 –– адиабатное расширение пара в турбине, 2–3 –– изобарный отвод теплоты в охладителе при конденсации пара; 3–4 –– повышение давления жидкости в насосе.

Рис. 14. Цикл Ренкина в и координатах

Первое основное преимущество цикла состоит в том, что изохорное повышение давления рабочего тела происходит не в парообразном, а в жидком состоянии. Это дает минимальную затрату на работы насоса, так как техническая работа насоса прямопропорциональна удельному объему рабочего тела, а удельный объем водяного пара при одном и том же давлении примерно в 1000 раз больше, чем у воды.

Второе основное преимущество –– это изотермический отвод теплоты при конденсации пара и изотермический подвод теплоты в процессе парообразования (5–6). Это позволяет иметь температуру Т ₂ почти равную температуре окружающей среды и тем самым увеличивать к. п. д. установки.

Так как теплота в цикле подводится при постоянном давлении, то количество подведенной теплоты будет равно разности конечной и начальной энтальпии:

.

Отвод теплоты также осуществляется изобарно. Тогда количество теплоты отведенной в цикле можно определить

.

Количество теплоты, которое превратилось в работу,

.

К.п.д. цикла Ренкина составит: . (9)

Наряду с термическим к. п. д., для паросиловых установок определяют и другие величины, характеризующие эффективность работы установки –– это удельные расходы пара и тепла.

Удельный расход пара находят по формуле:

, кг/(кВт-ч).

Так как на 1 кг пара в цикле Ренкина расходуется теплота q ₁, то удельный расход теплоты можно найти по выражению:

, или

, кДж/(кВт-ч).