13. Паросиловой цикл ренкина

Цикл Ренкина применяется для паросиловых установок. Он выгодно отличается от цикла Карно тем, что в нем работа повышения давления воды в насосе намного меньше, чем работа расширения пара в турбине. Схема паросиловой установки показана на рис. 11.

Рис. 11.

Вода от питательного насоса 1 под давлением подается в паровой котел 2.

В котле вода нагревается и испаряется. В пароперегревателе 3 температура пара повышается, и пар подается в турбину 4. турбина приводит в действие электрогенератор 5. отработанный пар поступает в конденсатор 6, где отдает тепло охлаждающей воде и превращается в жидкость.

На рис. 12 изображен цикл Ренкина в координатах.

Рис. 12.

Цикл Ренкина оценивается с помощью следующих КПД.

• Термический КПД цикла (рассчитывается без учета потерь в турбине и в питательном насосе)

.

.

• Внутренний КПД цикла

.

Задача 13.1. Паросиловая установка работает по циклу Ренкина. Параметры пара перед турбиной . Давление в конденсаторе . КПД турбины , КПД питательного насоса . Найти параметры пара за турбиной, за питательным насосом, действительные и теоретические работы турбины и насоса, внутренний КПД, термический КПД.

Решение. Параметры перегретого пара в т.1 находим по таблице 3 [2]

.

Находим располагаемый теплоперепад на турбине из условия . По табл. 2 [2] для изобары находим

, , , , .

Составляем интерполяционные формулы для определения и

;

;

.

Действительный теплоперепад (техническая работа турбины):

.

Энтальпия в т.2:

.

Находим степень, сухости пара в т.2:

.

Находим параметры воды за питательным насосом по табл. 3 [2].

При изоэнтропном (идеальном) повышении давления воды в насосе:

;

;

.

Интерполируя табличные данные, имеем

.

Разность представляет собой теоретическую работу насоса .

Действительная работа насоса с учетом потерь:

.

Энтальпия в конце сжатия с учетом потерь:

.

Термический КПД цикл Ренкина:

.

Внутренний КПД цикла:

.

Следует обратить внимание, что работа расширения пара в турбине в 83 раза больше, чем работа повышения давления воды в питательном насосе.

14. Эксергия, эксергетический анализ, эксергетический кпд

Эксергией называется максимальная работоспособность системы (параметры с индексом «1») по отношению к окружающей среде (параметры с индексом «0»).

Максимум работоспособности достигается при обратимом переходе от исходных параметров тела до полного термодинамического равновесия с окружающей средой.

Различают следующие виды эксергии:

• Эксергия теплоты с температурой по отношению к окружающей среде с температурой . ;

• Эксергия неподвижного газообразного тела ;

• Эксергия потока газа без учета скоростного напора ;

• Эксергия топлива , где – высшая теплотворная способность топлива.

Эксергетический КПД для данного агрегата, процесса учитывает только потери работоспособности от необратимости реальных процессов

.

Для анализа термодинамической эффективности технологических процессов целесообразно составлять баланс эксергии. При этом следует учитывать, что закон сохранения для эксергии неприменим; эксергия в необратимом процессе может бесследно исчезать, превращаясь в анергию, т.е. в непереводимую в работу часть энергии.

Потери эксергии можно подсчитывать по уравнению Гюи-Стодолы

.

Задача 14.1. В котле вырабатывается пар с темпрературой . температура топочных газов . Высшая теплотворная способность топлива . Температура окружающей среды . энергетический КПД котла . Найти эксергию топочных газов, получаемого пара и эксергетический КПД котла.

Решение. Эксергия теплоты топочных газов:

.

Потери эксергии при переходе от химической энергии топлива к топочным газам при сгорании:

.

Эксергия теплоты полученного пара:

.

Потери эксергии при теплопередаче от газа к пару, приходящиеся на 1 кг топлива:

.

Эти потери можно также вычислить по уравнению Гюи-Стодолы:

.

Эксергетический КПД котла без тепловых потерь в котле составит: .

С учетом энергетического КПД котла эксергия теплоты, полученной паром:

.

Тогда эксергетический КПД котла с учетом тепловых потерь: .

При этом теплота пара на выходе из котла с учетом тепловых потерь составит:

.