Цикл Ренкина

По циклу Ренкина работают паросиловые установки теплоэлектростанций, используя в качестве топлива мазут, газ, уголь, торф. Рабочее тело вода. В установках применяются паровые турбины, обладающие большой мощностью при малых размерах. Схема паросиловой установки представлена на следующем рисунке

Паросиловые установки атомных электростанций работают также по приведенной схеме, но источником теплоты является ядерный реактор, а не топка.

Цикл Ренкина полного расширения состоит из следующих процессов:

Процесс - нагрев воды от t_в =0⁰C до температуры кипения с последующим испарением и превращением ее в насыщенный пар в котле при давлении р ₁=const.

Процесс – получение перегретого пара в пароперегревателе с параметрами t_пер, v_пер при р ₁=const.

Процесс cd – адиабатное расширение перегретого пара в паровой турбине и производство полезной работы (давление уменьшается с давления р ₁ до давления р ₂).

Процесс da – конденсация отработавшего пара в конденсаторе – холодильнике и получение воды с температурой t_в =0⁰С при р ₂=const.

Процесс ab – подача воды с температурой t_в в котел насосом при v_ж =const. При этом давление растет с р ₂ до р ₁. Далее цикл повторяется.

Совокупность термодинамических процессов, происходящих в отдельных элементах установки, образуют цикл Ренкина, который в «p=v» координатах имеет вид:

где ab – изохорный процесс подачи воды насосом в котел при v_ж =const и t_в =0⁰С; bc – процесс подвода теплоты q ₁ при р₁ =const, состоящий из трех процессов;

1-2 – подогрев воды в котле (q);

2-3 – кипение и испарение воды в котле (r);

3-4 – перегрев пара в пароперегревателе (q_пер);

cd – адиабатное расширение перегретого пара в паровой турбине;

da – охлаждение и конденсация пара при р ₂=const в конденсаторе – холодильнике и образование воды с температурой t_в =0⁰С. при этом отводится теплота q ₂.

Изобразим цикл Ренкина в «T-s» и «h-s» координатах:

где h_c – энтальпия свежего пара; h_d – энтальпия отработавшего пара.

Термический кпд цикла Ренкина равен:

,

где h_a=h_b =0 при t_b=t_a =0⁰C. Тогда имеем:

.

Термический кпд цикла Ренкина зависит от энтальпий свежего пара h_c и отработавшего пара h_d.

Результирующая работа цикла Ренкина при h_b=h_a равна: , и теплота . Тогда имеем:

.

Термический кпд цикла Ренкина зависит от начального (р ₁) и конечного (р ₂) давлений пара и температуры перегрева: . Снижение давления пара в конденсаторе (р ₂) и увеличение давления пара в котле (р ₁) приводят к росту термического кпд .

Увеличение температуры перегрева (t_пер) улучшает эксплуатационные качества пара, так как снижается возможность его конденсации в процессе расширения на турбине и износ лопаток турбины. Обычно =30-40%. При оценке термического кпд цикла Ренкина надо учитывать затраты работы на сжатие воды насосом, подаваемой в паровой котел.