8041

110

расширения пара во втором цилиндре, 3-4 – процесс вторичного перегрева пара.

Вторичный перегрев пара увеличивает термический к.п.д. основного цикла в том случае, если давление, при котором производится вторичный перегрев,

выбрано так, что термический к.п.д. дополнительного цикла 3-4-2-2' больше термического к.п.д. основного цикла.

11.2Теплофикационный цикл

Втак называемых конденсационных установках, которые вырабатывают только механическую (или электрическую) энергию, весь отработавший пар конденсируется охлаждающей циркуляционной водой. Последняя нагревается обычно до 15-30 °С и уносит с собой огромное количество теплоты, которая не может быть использована вследствие низкой температуры воды. Эти потери с охлаждающей водой составляют в конденсационных установках до 60 %

теплоты, выделяющейся при сгорании топлива.

111

Стремление к использованию теплоты, уносимой циркуляционной

(охлаждающей) водой, привело к мысли значительно повысить ее температуру за счет повышения давления отработавшего пара и использовать ее для отопления зданий, технологических процессов самых разнообразных производств, сушки, варки и т. п.

Таким образом, осуществляется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии. Такие установки называют

теплофикационными или теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Повышение противодавления (конечного давления пара) приводит к уменьшению выработки механической или электрической энергии, но общее использование теплоты при этом значительно повышается. Из рис. 61 можно видеть, что вся теплота q2, представляющая собой в конденсационных установках неизбежную потерю, в случае идеального теплофикационного цикла будет полностью использована. В действительных условиях часть теплоты теряется и экономичность теплофикационных установок достигает 7075 %.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии является основой теплофикации, получившей особое развитие в СССР как наиболее передовой и совершенный метод производства тепловой и электрической энергии.

11.3 Регенеративный цикл

Эффективным способом повышения к.п.д. паросиловых установок служит регенерация.

На рис. 62 показана схема установки с регенеративным подогревом питательной воды. Эта схема отличается от схемы, приведенной на рис. 51, тем,

что не весь пар, поступающий в турбину, расширяется до конечного Давления,

а часть его отбирается при некотором промежуточном давлении и направляется в подогреватель, куда одновременно подается конденсат.

При решении задач, связанных с регенеративным циклом, удобно

112

пользоваться диаграммой i-s, Пересечение адиабаты расширения 1-2 (рис. 63) с

изобарой отбора pотб дает точку, характеризующую состояние пара в отборе.

Все тепловые расчеты, связанные с регенерацией, принято относить на

1 кг пара, поступившего в турбину. Из схемы, приведенной на рис. 62, видно,

что отбор пара составляет α кг/кг пара. Таким образом, от каждого килограмма пара, поступившего в двигатель, (1 – α) кг пара расширяется в двигателе до конечного давления, а α кг пара расширяется только до давления отбора.

113

Количество отобранного пара α определяется из уравнения баланса теплоты для подогревателя:

где i'отб – энтальпия конденсата при давлении отбора; iотб – энтальпия пара,

отбираемого из турбины; i'2 – энтальпия конденсата при конечном давлении пара.

Рис. 65

Полезная работа 1 кг пара в регенеративном цикле l0 p (1 α)(i1 i2 ) α(i1 iотб )

или после простых преобразований

Термический к.п д. регенеративного цикла равен отношению полезно использованной теплоты ко всей затраченной:

115

регенеративного цикла растет с увеличением отборов пара.

11.4 Бинарный цикл

Сравнение цикла Ренкина с циклом Карно (рис. 66) показывает, что полезная работа цикла Ренкина (площадь 5-6-7-8-9-5) значительно меньше полезной работы цикла Карно (площадь 5-0-8-9-5). Так как при этом количество отводимой теплоты для обоих циклов одинаково, то термический к.п.д. цикла Ренкина значительно ниже к.п.д. цикла Карно, совершающегося в пределах тех же температур.

Из рис. 66 видно, что работа цикла Ренкина, а, следовательно, и к.п.д.

этого цикла были бы значительно выше, если температура насыщения (точка 6)

при данном давлении была бы выше.

Так как зависимость tн = f (р) определяется физическими свойствами рабочего тела, возникла мысль использовать в качестве рабочих тел для паросиловых установок другие жидкости, для которых при тех же давлениях температура кипения значительно выше температуры кипения воды. В качестве таких жидкостей были предложены ртуть и дифенил. Зависимость между

116

давлением и температурой насыщения для воды, дифенила и ртути показана на рис. 67, а таблица ртутных насыщенных паров приведена в специальной справочной литературе.

Ввиду дополнительных требований, предъявляемых к рабочему телу паросиловых установок, и трудности подыскания такого вещества, которое удовлетворяло бы всем требованиям, осуществляют циклы с двумя рабочими телами. Такие циклы получили название бинарных циклов.

На рис. 68 дана тепловая схема бинарной ртутно-водяной установки.

Ртутный пар, полученный в котле 1, направляется в ртутную турбину 2.

Из турбины ртутный пар поступает в конденсатор-испаритель 3, в котором пар ртути конденсируется, а освободившаяся теплота расходуется на испарение воды. Насыщенный водяной пар из конденсатора-испарителя поступает в пароперегреватель 4, затем в турбину 5 и далее идет в конденсатор 6; конденсат с помощью насоса подается в конденсатор-испаритель. Жидкая ртуть из конденсатора-испарителя поступает в ртутный котел.

Рис. 68

Цикл 1-2-3-4-1 (см. рис. 66) представляет собой круговой процесс,

совершаемый ртутью.

117

Начальная точка цикла точка 1. Она характеризует состояние ртути при поступлении ее в ртутный котел. Линия 1-2 изображает нагрев жидкой ртути,

причем точка 2 соответствует температуре кипения при данном давлении.

Последнее выбирают таким, чтобы температура в точке 2 соответствовала наибольшей допустимой температуре. Уже при 1МПа для ртути температура кипения равна 515 °С. Линия 2-3 изображает парообразование в котле, 3-4 –

адиабатное расширение ртутного пара в парортутной турбине и 4-1 –

конденсацию отработавшего пара в конденсаторе-испарителе. Точку 4

выбирают в зависимости от того, какое давление выбрано для второго рабочего тела – воды.

Применение бинарных циклов значительно повышает термический к.п.д.

установки.

Задача

В паросиловой установке, работающей при начальных параметрах

р1 = 11 МПа; t1 = 500 °С; р2 = 0,004 МПа, введен вторичный перегрев пара при

р' = 3 МПа до начальной температуры t' = t1 = 500 °С.

Определить термический к.п.д. цикла с вторичным перегревом.

Решение

118

Рис. 69

Заданный цикл изображаем в диаграмме i-s и по ней находим (рис. 69): i1 = 3360 кДж/кг; i3 = 2996 кДж/кг;

i4 = 3456 кДж/кг; i2 = 2176 кДж/кг; i'2= 121,4 кДж/кг.

Работа 1 кг пара в цилиндре высокого давления (до вторичного перегрева) i1 i3 3360 2996 364 кДж/ кг.

Работа 1 кг пара в цилиндре низкого давления (после вторичного перегрева)

i4 i2 3456 2176 1280 кДж/ кг.

Суммарная работа 1 кг пара

l0 (i1 i3 ) (i4 i2 ) 364 1280 1644 кДж/ кг.

Подведенная в цикле теплота в паровом котле

i1 i2 3360 121,4 3238,6 кДж/ кг,

а при вторичном перегреве

i4 i3 3456 2996 460 кДж/ кг.

Количество теплоты, затраченной в цикле,

(i1 i2 ) (i4 i3 ) 3238,6 460 3698,6 кДж/ кг.

Термический к.п.д. цикла с вторичным перегревом