Термический КПД. Пути повышения экономичности цикла Ренкина

термический КПД

Пути повышения экономичности цикла Ренкина.

На величины энтальпий, входящих в выражение (4.50) термического КПД, оказывают влияние три параметра рабочего тела - давление p_z и температура T_z пара на входе в турбину и давление р_b на выходе из турбины (в конденсаторе). Параметры p_z и T_z определяют положение точки z и энтальпию h_z, пересечение адиабаты, исходящей из точки z, и изобары р_b определяет положение точки b и энтальпию h_b и пересечение изобары p_b=p_a=const с НПК определяют положение точки а и энтальпию h_a.

На основании анализа влияния этих параметров на энтальпии выявляются следующие пути повышения термического КПД.

1. Увеличение максимальной температуры цикла T_z при неизменных p_z и р_ь (рис 3, а). Увеличение T_z приводит к повышению средней температуры, при которой подводится теплота q_i, и при неизменной температуре отвода теплоты q₂ термический КПД возрастает.

В этом же можно убедиться из сопоставления циклов в sh-диаграмме при температурах Т_zI и T_zII > T_zI . Видно, что при большей температуре T_zII разность энтальпий h_z - h_ь увеличивается в большей степени, чем разность h_ь - h_a, так как изобара p_z=const протекает более круто, чем изобара p_b=const. При таком изменении разностей энтальпий с ростом максимальной температуры цикла термический КДЦ h_t возрастает.

Рисунок 3 - Влияние параметров пара на термический КПД цикла Ренкина:

а - повышение температуры T_z при p_z = idem, б - повышение давления p_z при T_z= idem; в – двойной перегрев пара, г - понижение давления р_b в конденсаторе

2. Повышение давления p_z при неизменных T_z и р_ь (рис 3, б). На sh- диаграмме изображены циклы Ренкина при максимальных давлениях p_zI и  p_zII > p_zI . Сопоставление этих циклов показывает, что при повышении давления p_z разность энтальпий h_z - h_b, которой равна техническая работа l_техн, увеличивается (h_zII - h_bII > h_zI - h_bI), а разность h_z - h_a, т.е. количество подводимой теплоты  q₁,   уменьшается   (h_zII - h_a < h_zI - h_a).   Такое  изменение энергетических составляющих цикла с ростом давления p_z увеличивает термический КПД.

Однако при повышении p_z в последних ступенях турбины влажность пара возрастает (x_bII < x_bI), что, как известно, отрицательно влияет на работоспособность турбины. В этом случае применяют вторичный (рис. 3, в), а иногда и третичный перегрев пара. После ступеней турбины, при расширении в которых пар становится влажным (точка b), его направляют в паровой котел для перегрева. Вновь перегретый пар (точка z) поступает затем в последующие ступени турбины. Промежуточный перегрев пара способствует также увеличению технической работы и некоторому повышению термического КПД.

4. Понижение давления р_b, при неизменных p_z и T_z (рис. 3, г). С понижением р_b увеличиваются степень расширения пара в турбине и техническая работа возрастает на величину l_техн = h_bI - h_bII. При этом количество отводимой теплоты q₂ = h_b - h_a уменьшается (изобара при меньшем давлении более пологая), а количество подводимой теплоты возрастает на величину q₁ = h_aI - h_aII. В результате термический КПД увеличивается.

Возможности увеличения h_t с понижением р_b ограничены. Одновременно с понижением давления р_b уменьшается и соответствующая ему температура насыщения Т_b, поэтому для отвода от пара теплоты при меньшей температуре должна уменьшаться и температура охлаждающей воды. Практически температура воды бывает не ниже 10... 15°С.  Тогда с учетом ее нагревания в конденсаторе и необходимого  температурного перепада пар может иметь T_b - 25...35°C . Этой температуре насыщенного пара соответствует давление р_b=3...6 кПа, которое и является минимально достижимым из-за отсутствия других естественных охладителей с более низкой температурой. Экономичность паросиловых установок повышается также при применении регенеративного и теплофикационного циклов.