Цикл паросиловой установки – цикл Ренкина

На современных тепловых электростанциях большой мощно­сти превращение теплоты в работу производится в циклах, исполь­зующих в качестве основного рабочего тела водяной пар высоких давлений и температур. Водяной пар производится парогенераторами (паровыми котлами), в топках которых сжигаются различ­ные виды органического топлива: уголь, мазут, газ и др.

Термодинамический цикл преобразования теплоты в работу с помощью водяного пара был предложен в середине XIX в. инже­нером и физиком У. Ренкиным. Принципиальная тепловая схема конденсационной электростанции (КЭС), работающей по циклу Ренкина, показана на рис. 1.

В парогенераторе 1 за счет теплоты сжигаемого топлива вода, нагнетаемая в парогенератор насосом 5, превращается в водяной пар, который затем поступает в турбину 2, вращающую электро­генератор 3. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая в свою очередь преобразуется в ге­нераторе в электроэнергию. Из турбины отработанный пар посту­пает в конденсатор 4, где он конденсируется (превращается в воду). Насос 5 нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая та­ким образом цикл.

На рис. 2, а и б изображен цикл Ренкина на перегретом паре в p,v-и Т,s -диаграммах, состоящий из следующих процессов:

- изобара 4 - 5 - 6 - 1 -процесс нагрева, испарения воды и пе­регрева пара в парогенераторе за счет подводимой теплоты сгора­ния топлива q₁;

- адиабата 1-2-процесс расширения пара в турбине с совер­шением полезной внешней работы l _а^т;

- изобара 2-3- процесс конденсации отработанного пара с
отводом теплоты q₂охлаждающей водой;

- aдиабата 3-4 -процесс сжатия конденсата питательным на­сосом до первоначального давления в парогенераторе с затратой
подводимой извне работы l _а^н.

Рис.2. Цикл Ренкина на перегретом паре в p,v - и Т,s -диаграммах

В соответствии со вторым законом термодинамики полезная работа за цикл равна разности подведенной и отведенной в цикле теплоты:

l _ц^пол = q₁ – q₂ = l _а^т – l _а^н.

Термический КПДцикла Ренкина определяется, как обычно,по уравнению

.

Термодинамические исследования цикла Ренкина показывают, что его эффективность в большой степени зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара.

Исследования показывают, что η_tувеличивается с увеличени­ем начальных параметров пара р₁и t₁и уменьшением конечных р ₂ и t₂. Конечные параметры пара связаны между собой, так как пар в этой области влажный, и поэтому их уменьшение приводит к уменьшению р₂, т.е. давления в конденсаторе.

Увеличение t₁ограничивается жаропрочностью материалов, увеличение р₁ - допустимой степенью влажности пара в конце расширения и прочностью материала труб; повышенная влажность (х >0,8-0,86) приводит к эрозии деталей турбины.

В настоящее время на электростанциях в основном использу­ются параметры пара р₁ = 23,5 МПа (240 кгс/см²) и t₁ = 565 °С. На опытных установках применяются параметры р₁= 29,4 МПа(300 кгс/см²) и t₁ = 600-650 °С.