Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Цикл паросилової установки із проміжним перегрівом пари

При адіабатному розширенні перегрітої пари в циліндрі машини або турбіни до протитиску р2 пара зазвичай у кінцевому стані стає вологим. Кінцевий паровміст вологого насиченої пари х2 тим менше, чим вище початковий тиск (початкова крапка процесу зрушується вліво на діаграмах

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

pv, Ts і is). Паровміст х2 не повинне бути нижче 0,87...0,88 щоб уникнути ерозії лопаток парових турбін. Тому при переході до більше високого початкового тиску рі необхідно одночасно підвищувати й початкову температуру перегріву, тому що при цьому збільшується х2. Однак, максимальне значення температури обмежене якістю застосовуваних сталей.

Одним із засобів для одержання високих значень х2 наприкінці адіабатні розширення є проміжний (вторинний) перегрів пари.

Цикл паросилової установки із проміжним перегрівом пари

Рис. 11

На рис. 11 показана схема паросилової установки, що працює із проміжним перегрівом пари. Як це ясно зі схеми, пара в першому циліндрі турбіни розширюється від тиску рі до тиску рпр> р2, а потім надходить у другий пароперегрівник (пп2), де знову ізобарно перегрівається при рпр = const. Після вторинного перегріву пара надходить у другий циліндр турбіни.

Цикл із проміжним перегрівом пари в координатах Ts показаний на рис. 11. Перегрів пари 1”-1’ по ізобарі рі до температури tl відбувається в першому пароперегрівнику (nnl), адіабатне розширення в першому циліндрі турбіни зображується відрізком l-а. Вторинний перегрів пари а-b по ізобарі рпр до колишньої температури відбувається в другому пароперегрівнику (пп2) і, нарешті, адіабатне розширення b-з до протитиску р2 - у другому циліндрі турбіни. Паровміст як результат вторинного перегріву збільшилося й стало рівним хс замість х2, питома теплота ql, що підводиться до циклу із

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

проміжним підігрівом пари, складається з питомої теплоти, що підводиться в основному циклі 3-1’-1-2 і рівної il — i'2, і питомої теплоти, що підводиться при вторинному перегріві пари й рівної ib - ia (площа, заштрихована на рис.

11):

q =(h - i2 )+(ib - ia ) (9)

Питома теплота q2, що віддається в конденсаторі,

Ы = ic - 1

1 = q - Ы "(i1 - ic )+(ib - ia )

Тоді

п = (i1 - ia )+(ib - ic )

п "(i, -1-2 )+(ь - a (10)

Термічний ККД циклу із проміжним перегрівом пари може виявитися й вище й нижче Пк (циклу Ренкіна) залежно від обраного проміжного тиску

рпр.

З аналізу середніх термодинамічних температур для того, щоб термічний ККД циклу із проміжним перегрівом пари був вище Пя, необхідно, щоб

(ib - ia )(c - *1 ) > (h - 12 )/(^1 - ^'2 ) (11)

Бінарні цикли

Найбільше значення термічного ККД циклу може бути отримане при максимально високих температурах теплоти, що підводиться. Це підтверджується проведеним вище аналізом залежності ККД парових циклів від параметрів робочого агента. Однак для створення реальних циклів і реалізації зазначених переваг потрібні особливі природні властивості робочого тіла, тому що на відміну від циклу Карно в циклі Ренкіна якість робочого тіла істотно впливає на термічний ККД установки. Найбільш часто як робоче тіло в сучасних енергетичних парових установках

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

використовується водяна пара. Однак вода по своїх властивостях не може задовольняти всім вимогам, що висуваються до робочих тіл з метою збільшення ККД. Насамперед, вона має низьку критичну температуру (Ткр = 647,15 К) і при цьому досить великий критичний тиск ркр = 22,219 МПа. При таких фізичних властивостях води й водяної пари при зростанні температури перегріву tl не вдається істотно підвищити середню температуру теплоти, що підводиться. Вода має занадто велике значення питомої теплоємності, а це приводить до істотного росту питомої ентропії. Наприкінці процесу розширення пара при низьких робочих тисках має значну питому ентальпію i2, Ці фізичні особливості води, як робочого тіла в парових установках, приводять до обмеження термічного ККД парових циклів. До недоліків води й водяної пари варто також віднести несприятливе співвідношення між температурами насичення й відповідними їм тисками (повільне збільшення температури при істотному росту тиску). Дійсно, ріст температури в три рази приводить до росту тиску в 200 разів. Це здорожує встаткування й ускладнює його експлуатацію. Використання як робочих тіл інших речовин, зокрема ртуті, також не представляється можливим. Ртуть має високу критичну температуру (більше 1273 К) при порівняно невеликому критичному тиску. Однак для охолодження ртуті до температури, приблизно рівній температурі навколишнього середовища (Т = 303 К), потрібний майже повний вакуум, тому що тиск насичення парів ртуті, що відповідає цій температурі, становить усього 0,33 Па. Одержати такий вакуум практично неможливо. Якщо ж закінчити розширення парів ртуті при можливо здійсненному тиску 0,004 МПа, то температура наприкінці розширення виявиться приблизно рівної 500 К. Така висока температура відводу теплоти істотно зменшить термічний ККД парового циклу. Таким чином, розглянуті робочі тіла (вода й ртуть) не задовольняють ідеальним вимогам, пропонованим до робочих тіл парових турбін. Тому з'явилася ідея створення складного циклу, де замість одного робочого тіла використовуються два різні робочі тіла. Такий цикл називається бінарним (рис. 12). У ньому одне робоче тіло повинне мати

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

високу критичну температуру при порівняно низькому тиску й використовуватися в циклі з високими температурами. Інше робоче тіло повинне мати високий тиск насичення при температурі навколишнього середовища й використовуватися в циклах, що здійснюються в області низьких температур.

Цикл паросилової установки із проміжним перегрівом пари

Рис. 12

З'єднання цих двох циклів значно розширює використання температурного перепаду й приводить до збільшення термічного ККД у порівнянні з пароводяним циклом.

Про економічність такого бінарного циклу можна судити, використовуючи sT-діаграму. Цикли в s-діаграмі зображуються для 1 кг водяної пари й m кг ртутної пари. Необхідність такого співвідношення робочих тіл пов'язана з тим, що ентальпія насичених парів ртуті наприкінці процесу розширення в ртутній турбіні в кілька разів менше ентальпії водяної пари. Отже, для одержання 1 кг водяної пари в конденсаторі-випарнику (при практично відсутньому температурному перепаді між насиченою ртутною парою й насиченою водяною парою) потрібно m кг ртуті.

Розрахунки показують, що на 1 кг водяної пари потрібно від 10 до 12 кг ртуті.

Ефективність бінарного циклу можна оцінити за коефіцієнтом заповнюваності площі циклу.

Термічний ККД бінарного циклу без регенерації визначиться

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

відношенням

п = LP +lB = m{,j - hP )+(* -12

П" QP + qB " m( - iP j+( -1/ ) (12)

P B

де L — робота ртутної пари; l — питома робота водяної пари; т — маса ртуті, що доводиться на 1 кг води, кг;

P

і8 - питома ентальпія ртутної пари за ртутним котлом; ip - питома ентальпія ртутної пари за ртутною турбіною;

P

і6 - питома ентальпія ртутної пари за конденсатором-випарником;

11 - питома ентальпія перегрітої водяної пари за пароперегрівником;

12 - питома ентальпія водяної пари за турбіною.

B

i5 - питома ентальпія водяної пари на виході з конденсатора-випарника

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru