8978

31

повышения энтальпии, и как следствие, эксергии конденсата, направляемого конденсатным насосом в котел.

4. Анализ термодинамической эффективности паросилового цикла Ренкина с пароперегревателем.

Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, показана на рисунке 8. Питательная вода и конденсат поступают в паровой котёл I, где происходит процесс парообразования. Насыщенный влажный пар нагревается в пароперегревателе II до состояния сухого перегретого пара. В этом состоянии пар направляют по паропроводу III в паровую турбину IV, где он, расширяясь, совершает полезную механическую работу, вращая соединённый с турбиной электрогенератор V, служащий для выработки электроэнергии. Обработанный пар поступает из турбины в конденсатор VI, охлаждается здесь водой и конденсируется до жидкого состояния.

Образовавшийся конденсат перекачивают конденсатным насосом VII в паровой котёл, и затем весь процесс повторяется.

Рисунок 8. Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина

На диаграмме рис. 9: линия 1-2д - действительный адиабатный процесс расширения с трением перегретого пара в турбине до состояния влажного насыщенного пара (линия 1-2 — идеальный обратимый процесс расширения без трения); линия 2Д-3 - изобарно-изотермический процесс конденсации отработанного пара в конденсаторе до состояния жидкости; линия 3~4Д - действительный адиабатный процесс повышения давления воды насосом от давления р2 за турбиной до давления р, перед турбиной (линия 3-4 - идеальный обратимый процесс без трения); линия 4д-5 - предварительный изобарный нагрев воды в котле до температуры кипения, линия 5-6 - изобарно-изотермический процесс кипения воды в котле; линия 6-1˚ - изобарный процесс перегрева пара в пароперегревателе; линия 1˚-1 - изобарный процесс охлаждения пара в паропроводе за счёт потерь теплоты в окружающую среду (потерей давления в паропроводе пренебрегаем).

32

а) б)

Рисунок 9 Цикл Ренкина а) в диаграмме T-s; б) в диаграмме h-s

Таким образом, подвод теплоты q1 к рабочему телу осуществляется в котельной установке по изобаре 4л-5-6-1 (без учёта потерь тепла в паропроводе), а отвод теплоты от рабочего тела происходит в конденсаторе по изобаре-изотерме 2Д-3.

4.1. Анализ цикла Ренкина методом коэффициентов полезного действия

Целью анализа является определение по заданным параметрам цикла и коэффициентам полезного действия отдельных элементов установки эффективного абсолютного КПД всей паросиловой установки и потерь теплоты в отдельных элементах установки.

Определяем параметры рабочего тела (водяного пара и воды) - давление, температуру, удельный объём, энтальпию, энтропию, степень сухости х - в основных точках цикла. Найденные значения параметров записывают в таблицу 4:

Таблица 4

Параметры паросилового цикла

33

Для определения параметров в точке 2д за турбиной при действительном процессе расширения, необходимо вначале найти энтальпию h2д из уравнения (2.13)

Y/д 2865 B 0,88 2865 B 1962 2070,36 кДж/кг

Для определения параметров воды в точке 4Д за насосом при действительном (необратимом) процессе повышения давления необходимо сначала найти энтальпию h4д из уравнения (2.15)

Y д 84 */RQ7,,7R 133,425 кДж/кг

Для определения параметров перегретого пара в точке 1 в начале паропровода необходимо найти энтальпию Y*u в этой точке из уравнения

12.Определяем относительный внутренний КПД действительного (не-

13.Определяем абсолютный внутренний КПД цикла по уравнению (2.22)

Sц 0,866 0,314 0,272

14.Определяем абсолютный эффективный КПД турбоустановки:

S\ 0,99 0,272 0,2693

36

3,38%

0,963%

0,259%

69,43%

0,284%

0,256%

25,427%

а)

б)

Рисунок 10. Диаграмма: а)тепловых потоков; б)распределения потерь Анализ диаграммы тепловых потоков показывает, что малое значение

КПД цикла Ренкина связано с тем, что большое количество тепловой энергии при конденсации пара передается охлаждающей воде в конденсаторе. Таким образом, потери в конденсаторе составили 69,43%. Для снижения этих потерь можно часть пара из турбины отбирать и направлять на регенерационные подогреватели, где тепловая энергия, высвобождаемая при конденсации отобранного пара, используется для подогрева воды, полученной после конденсации основного парового потока.

Так же можно снизить количество теряемой тепловой энергии в котельном агрегате, увеличив тем самым его КПД. Основные потери в котлоагрегате составляют потери с уходящими газами. Для их снижения можно рекомендовать установку развитых хвостовых поверхностей нагрева.

37

4.2. Анализ цикла Ренкина эксергетическим методом

Целью эксергетического анализа является определение по известным параметрам цикла величин потерь работоспособности в отдельных элементах установки и определение термодинамической эффективности всей установки в целом. Для всех вариантов параметры окружающей среды принимают равными: давление р0 =0,98бар, температураt0 = 15° С.

Расчёт проводят в следующей последовательности.

1.Потеря работоспособности в котлоагрегате

Вкотлоагрегат вводится поток воды, имеющий температуру T4д при давлении р1. Эксергия воды по (2.35):

екавх =jh4Д-h0k-T0(S4Д-S0),кДж/кг (2.35)

екавх = 134-63,04 -288 0,4587-0,224 =3,2656 кДж/кг

В котлоагрегат вводится так же поток теплоты q ' от горячего источника(сжигаемого топлива), имеющего температуру Тт. Эксергия потока

2.Потеря работоспособности в паропроводе Поток пара входит в паропровод с параметрами р1 и Т1о и выходит с

параметрами Т1, и р1. Очевидно, что эксергия пара на входе в паропровод

еппвых=j2865,7-63,04k-288*j6,617-0,224k=961,476 кДж/кг

38

∆sпп 993,032-961,476 31,556 кДж/кг

3.Потеря работоспособности в турбине

Втурбину поступает пар с параметрами р1 и Т1, параметры пара на выходе из турбины р2, Т2 Д. Эксергия пара на входе в турбину равна его эк-

сергии на выходе из паропровода: евхТ = евыхпп , а эксергия пара на выходе из турбины:

еTвых=jh2Д-h0k-T0(S2Д-S0),кДж/кг (2.41)

еTвых= 2054,12-63,04 -288* 6,94-0,224 =56,872 кДж/кг Полезная работа турбины:

lMT =ηT0iηTMjh1-h2kкДж/кг (2.42)

lMT =0,88·0,99 2865,7-1962 =787,303 кДж/кг Потеря работоспособности в турбине составляет:

∆LT=jeTвх-eTвыхk-LMT кДж/кг (2.43)

∆LT= 961,476-56,872 - 787,303 = 117,301 кДж/кг

4. Потеря работы в конденсаторе В конденсатор поступает пар с параметрами р2и Т2д, из конденсатора

eквых=j84-63,04k-288*(0,2963-0,224 =0,1376кДж/кг

Поскольку полезная работа в конденсаторе не производится, то потеря

∆Lк=56,872-0,1376=56,7344 кДж/кг

5. Потеря работоспособности в конденсатном насосе.

В насос поступает конденсате параметрами h3 и s3, из насоса выходит конденсат с параметрами р1и Т4д.

Эксергия воды, поступающей в насос, равна:oвхн oвыхк , а эксергия воды на выходе из насоса равна эксергии воды на входе в котлоагрегат: oвыхн oвхка.

Для привода насоса извне подводится работа: hн Y Д B Y'

39

В соответствии с (2.46) потеря работоспособности воды в насосе со-

∆Lн=0,1376-3,2656+(134-54) = 76,872кДж/кг

6.Потеря работоспособности в электрогенераторе.

Вэлектрогенератор поступает не поток рабочего тела, а механическая энергия от турбины. Величина потери работоспособности в электрогенераторе равна:

∆LГ=0,88*0,99* 1-0,99 *(2865,7-1962) = 7,873 кДж/кг

Величина максимальной полезной работы установки определяем в соответствии с уравнением (2.48)

9.Определяем относительный коэффициент работоспособности (или степень термодинамического совершенства) установки

ηустe =0,3474*0,785=0,2727

где термический КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого в интер-

40

11.Определяем относительные потери работоспособности в отдельных элементах установки, и затем строим диаграмму потоков эксергии (рис.10), приняв за 100% эксергию теплоты , выделяющейся при сгорании топлива, равную по величине .

а)

б)

Рисунок11Диаграмма а)потоков эксергии; б)потерь эксергии

Анализ диаграммы потоков эксергии выявляет несоответствие потерь эксергии в отдельных элементах установки с тепловыми потерями в этих элементах. Так потеря работоспособности в конденсаторе согласно эксергетическому методу анализа, составляет всего 2,396%, в то время как