8977

30

воды, влажного насыщенного пара, сухого насыщенного пара, сухого пере-

гретого пара.

2. Определяют термический КПД обратимого цикла Ренкина по урав-

нению (2.5).

3. Определяют относительный внутренний КПД действительного (не-

обратимого) цикла Ренкина по уравнению (2.17).

4. Определяют абсолютный внутренний КПД цикла по уравнению

(1.4).

5. Определяют абсолютный эффективный КПД турбоустановки, рав-

ный отношению полезной механической работы , получаемой в турбо-

установке, к теплоте , подведѐнной к рабочему телу в турбоустановке:

Последнее выражение можно записать с учѐтом (1.2) следующим обра-

зом:

где – механический КПД цикла, равный отношению полезной механиче-

ской работы, получаемой в турбоустановке (следовательно, в цикле), к по-

лезной работе, производимой паром в цикле:

турбоустановки (трение в подшипниках турбины и конденсатного насоса), а

также расход работы на привод масляного насоса, подающего машинное масло к трущимся деталям установки, и системы регулирования турбины.

31

Механическая работа турбоустановки равна разности механических работ турбины и конденсатного насоса :

Механическая работа турбины, передаваемая соединѐнному с турби-

ной электрогенератору, равна:

где – определяемый экспериментально механический КПД турбины, учи-

тывающий механические потери на трение в подшипниках турбины и затра-

ты механической работы на привод масляного насоса и системы регулирова-

ния турбины.

Механическая работа, затрачиваемая на привод конденсатного насоса,

равна:

⁄

где - определяемый экспериментально механический КПД насоса, учиты-

вающий дополнительную затрату работы на трение в подшипниках насоса.

С учѐтом уравнений (2.11), (2.24), (2.25) и (2.26) выражение (2.23) за-

пишем в следующем виде:

Обычно работой насоса пренебрегают ввиду незначительной величины еѐ по сравнению с величиной работы турбины. Тогда из (2.27) можно полу-

чить

и для абсолютного эффективного КПД турбоустановки из (2.22) с учѐтом

(2.28) окончательно имеем

32

6. Определяют абсолютный эффективный КПД (абсолютный электри-

ческий КПД) турбогенератора, равный отношению работы , передаваемой внешнему потребителю (электроэнергии, отдаваемой в сеть), к теплоте ,

подведѐнному к рабочему телу в турбогенераторе:

⁄

Приведѐм это выражение к виду

где определяемый экспериментально КПД электрогенератора

⁄

учитывающий механические и электрические потери в электрогенераторе. С

учѐтом (2.24) при последнее уравнение можно записать в виде

⁄

Производя в уравнении (2.31) соответствующие подстановки из (2.29)

и (1.4), получим уравнение для определения эффективного КПД турбогене-

ратора:

7. Определяют эффективный абсолютный КПД , который учиты-

вает потери, определяемые величиной , а также потери теплоты в котле и паропроводе, и в общем виде равен отношению величины работы , отдан-

ной внешнему потребителю, к количеству теплоты , выделившейся при сгорании топлива в топке котла:

⁄

При движении пара по паропроводу от котла к турбине пар несколько охлаждается вследствие теплопотерь через стенки паропровода. Поэтому,

чтобы получить на входе в турбину параметры Т1 и h1, в котле пар прихо-

33

дится нагревать до более высокой температуры Т1°, которой соответствует

Потерю теплоты на участке турбина - конденсатор и в конденсатопро-

воде от конденсатора до котла не учитывают вследствие еѐ малости.

Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в топке парового котла,

не полностью идѐт на нагрев воды и пара. Часть этой теплоты теряется из-за неизбежных потерь в котлоагрегате с уходящими из котла газообразными продуктами сгорания, от химической и механической неполноты сгорания и потерь в окружающую среду.

Совершенство котлоагрегата характеризует величина КПД котла ,

определяемого отношением теплоты, получаемой в котле водой и паром, к

количеству теплоты q’ , выделяющейся при сгорании топлива:

Из (2.37) с учѐтом (2.36) можно определить количество теплоты ,

которое должно быть получено в котле за счѐт сжигания топлива для того,

чтобы энтальпия пара на выходе из котла составляла :

Запишем соотношение (2.35) в виде

( ) ( )

34

Окончательно, учитывая (2.34), получим уравнение для определения эффективного абсолютного КПД паросиловой установки:

8. Величины потерь теплоты в каждом из основных элементов пароси-

ловой установки определяют по известным значениям КПД этих элементов и

В. Количество теплоты, отдаваемой холодному источнику в конденса-

торе, можно определить из (1.2):

( )

Для относительной величины отдаваемой теплоты получим:

( )

или с учѐтом (2.38) и (2.1):

( )

35

Г. Механические потери в турбине в соответствии с (2.25) составляют:

Пренебрегая величиной работы конденсатного насоса, из (2.11) полу-

чим

Далее, используя (1.2), (2.1) и (2.38), получим для относительной вели-

чины потерь в турбине:

( )

Д. Механические потери в конденсатном насосе в соответствии с (2.26)

составляют:

( )

Учитывая (2.10) и (2.38), получим для относительной величины потерь в насосе:

( )

Е. Механические и электрические потери в электрогенераторе в соот-

ветствии с (2.33) составляют:

где по (2.25)

( )

9. Проверяют правильность произведѐнных расчѐтов по уравнению

36

в котором относительная величина вырабатываемой установкой электро-

энергии равна по (2.35)

или по уравнению теплового баланса установки

где величину определяют по (2.38), а величину – по (2.35).

10. Строят диаграмму тепловых потоков паросиловой установки как показано на рис. 2.5, приняв за 100% величину теплоты , выделяющейся при сгорании топлива.

превращено в электроэнергию (η ), %

Рис. 2.5. Диаграмма тепловых потоков, %

37

2.3. Анализ цикла Ренкина эксергетическим методом

Целью эксергетического анализа является определение по известным параметрам цикла величин потерь работоспособности в отдельных элемен-

тах установки и определение термодинамической эффективности всей уста-

новки в целом. Для всех вариантов параметры окружающей среды: давление

р0 = 0,98 бар, температура t0 = 15°С.

Расчет проводят в такой последовательности.

1.Определяем потери работоспособности в котлоагрегате.

Вкотлоагрегат вводиться поток воды, имеющий температуру Т4д при

В котлоагрегат вводится также поток теплоты q’ от горячего источни-

ка (горящее топливо), имеющего температуру Тт, определяемую по табл. 1

Приложения. Эксергия этого потока теплоты по (1.33)

( )

Из котлоагрегата выходит пар с температурой Т1° и давлением p1. Его эксергия

Поскольку полезная работа в котлоагрегате не производится, то в соот-

ветствии с (1.37)

Эксергетический КПД котельной установки, не производящей работы,

в соответствии с (1.39) составляет

38

2.Определяем потери работоспособности в паропроводе.

Поток пара входит в паропровод с параметрами p 1 и Т 1 ° и выходит с параметрами p 1 и Т 1 . Очевидно, что эксергия пара на входе в паропровод

Потеря работоспособности пара в паропроводе (полезной работы пар в паропроводе не совершает) составляет

Эксергетический КПД паропровода в соответствии с (1.39)

3.Определяем потери работоспособности в турбине.

Втурбину поступает пар с параметрами р1, и Т 1 , параметры пара на

выходе из турбины р2, Т2Д. Эксергия пара на входе в турбину равна его эк-

сергии на выходе из паропровода: , а эксергия пара на выходе из турбины

Поскольку турбина производит полезную работу, то в соответствии с

(1.21) потеря работоспособности в турбине составляет

Полезная работа турбины равна из (2.25), (2.12) и (2.6)

Эксергетический КПД турбины в соответствии с (1.38) составляет:

где определяется по (2.36).

39

4.Определяем потери работоспособности в конденсаторе.

Вконденсатор поступает пар с параметрами р2 и Т2Д, из конденсатора

Поскольку полезная работа в конденсаторе не производится, то потеря работоспособности потока в конденсаторе составляет:

В конденсаторе конденсационной установки эксергия конденсата пе-

редается воде, охлаждающей конденсатор, т. е. окружающей среде, и поэто-

му теряется бесполезно. Потому эксергетический КПД конденсатора такой

установки равен нулю.

5. Определяем потери работоспособности в конденсатном

Для привода насоса извне подводится работа:

В соответствии с (1.21) потеря работоспособности воды в насосе со-

ставляет:

поскольку работа отрицательна, т. к. подводится к насосу извне.

Эксергетический КПД конденсатного насоса определяется уравнением