Паросиловой цикл Ренкина

На рисунке 14.1 представлена условная схема паросиловой установки.

Рисунок 14.1 – Схема паросиловой установки

ПК – паровой котёл; ПП – пароперегреватель; Т – турбина; К – конденсатор; ЦН – циркуляционный насос; ПН – питательный насос.

Пар из парового котла ПК поступает в пароперегреватель ПП, откуда он направляется в турбину Т и далее в конденсатор К. В конденсаторе с помощью охлаждающей воды, подаваемой циркуляционным насосом ЦН, от пара отводится теплота, и он конденсируется. Образовавшийся конденсат питательным насосом ПН подаётся в котёл, и цикл повторяется вновь.

Рисунок 14.2 - Теоретический цикл Ренкина в pv-диаграмме

Точка 3 характеризует состояние воды на выходе из конденсатора; линия 3-4 – процесс повышения давления в ПН; 4-5 – подогрев воды в ПК; точка 5 – состояние воды при температуре насыщения; 5-6 – парообразование в ПК; 6-1 – перегрев пара в пароперегревателе.

Точка 1 - состояние пара, поступившего в турбину; 1-2 – адиабатное расширение пара в турбине.

Точка 2 – состояние отработавшего пара, выходящего из турбины; 2-3 – процесс конденсации пара в конденсаторе.

Так как по сравнению с объёмами пара объёмы жидкости очень малы, то ими при не очень высоких давлениях пренебрегают. Кривая процесса сжатия жидкости при этом совпадает с осью ординат, и цикл получает вид, изображённый на рисунке 3.

Рисунок 14.3 - Кривая процесса сжатия жидкости в PV-диаграмме и Ts-диаграмме

В Ts-диаграмме кривая 3-4 изображает нагревание воды в ПК. Точка 4 соответствует температуре кипящей воды при давлении Р₁ в ПК. Площадь, лежащая под кривой 3-4 измеряет количество теплоты, подведённой к воде при её нагреве до точки кипения. Прямая 4-5 – процесс парообразования. Точка 5 соответствует состоянию сухого насыщенного пара.

Площадь 4-5-8-7-4 соответствует теплоте парообразования r. Кривая 5-1 изображает процесс перегрева пара в ПП, а точка 1 - состояние перегретого пара после ПП.

Площадь 5-1-9-8-5, лежащая под кривой 5-1, соответствует теплоте перегрева, площадь 0-4-5-1-9-0’-0 – энтальпии (i₁) перегретого пара в точке 1. Энтальпия воды (i’₂), поступающей в ПК, изображается площадью 0-3-6-0’-0.

Таким образом, для получения 1кг пара в ПК затрачивается i₁-i₂ единиц теплоты (площадь 3-4-5-1-9-6-3).

Прямая 1-2 изображает адиабатное расширение пара в турбине. Точка 2 соответствует состоянию отработавшего пара при давлении Р₂. Его энтальпия (i₂) изображается площадью 0-3-2-9-0’-0. Прямая 2-3 – процесс конденсации пара, площадь 2-3-6-9-2, лежащая под прямой 2-3, соответствует количеству теплоты, отнимаемой от 1кг пара в К, т.е. площадь 2-3-6-9-2=i₂-i’₂.

Таким образом, количество теплоты, подведённой к 1кг пара в этом цикле, равно i₁-i’₂.

Количество теплоты, отведённой от 1кг пара, равно i₂-i’₂, следовательно, количество теплоты, затраченной на производство работы и отнесённой к 1кг пара, составляет

, (1)

и изображается площадью 3-4-5-1-2-3.

Термический к.п.д. цикла Ренкина – это отношение полезно использованной теплоты ко всей затраченной

, (2)

где i₁ и i₂ – начальное и конечное значения энтальпии пара в адиабатном процессе его расширения в турбине;

i’₂ – энтальпия кипящей жидкости (конденсата) при давлении р₂.

Удельный расход пара d₀, , при осуществлении идеального цикла Ренкина определяется

, (3)

где - располагаемый теплоперепад.

Удельный расход теплоты на 1кВт∙ч, определяется по формуле

(4)