Цикл Ренкина

Основным идеальным циклом паросиловых установок является цикл Ренкина. На рисунке 24 приведена принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, а на рисунке 25 – rJ- и Ts-диаграммы указанного цикла.

В паровом котле 1 вода при постоянном давлении нагревается до температуры насыщения (кипения) t_н (линия 4-5 на рис. 25), затем в результате подвода теплоты r происходит изобарно-изотермический процесс парообразования (линия 5-6). В пароперегревателе 2 происходит перегрев пара (изобарный процесс 6-1) – повышения температуры пара выше t_н от состояния сухого насыщенного пара (точка 6) до заданной температуры перегрева (точка 1). В паровой турбине 3 пар расширяется адиабатно (линия 1-2) от давления r₁ до давления r₂ в конденсаторе. Допустимая степень сухости отработавшего пара (точка 2) должна быть не менее 0,88. В конденсаторе 4 при постоянных давлении и температуре этот пар полностью конденсируется (х₂ = 0), отдавая теплоту охлаждающей воде. Конденсат насосом 5 изохорно (ввиду несжимаемости воды) перекачивается в паровой котел (линия 2¢-4). Так как в насосе практически температура конденсата не повышается (точка 4), то в Ts-диаграмме точки 2¢ и 4 оказываются совмещенными. Процесс 4-5 нагрева конденсата до температуры t_н совпадает в Ts-диаграмме с нижней пограничной кривой (х = 0). Далее цикл повторяется.

Цикл Ренкина отличается от цикла Карно для насыщенного пара следующим: полной конденсацией отработанного пара (что позволяет вместо громоздкого, энергоемкого компрессора применить компактный экономичный насос), а также использованием перегретого пара (в точке 1), что обеспечивает более высокий термический КПД паросиловой установки.

Рис. 24. Принципиальная схема паросиловой установки на перегретом паре:

1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 – конденсатор; 5 – питательный насос.

Рис. 25. rJ(а)- и Ts(б)-диаграммы цикла Ренкина на перегретом паре.

Рассматривая Ts-диаграмму цикла Ренкина, можно установить следующее:

площадь o-f-4-5-6-1-2-7-0 изображает энтальпию перегретого пара h₁ состояния 1; площадь o-f-2¢-2-7-o – энтальпию h₂ отработавшего в турбине пара; площадь o-f-2¢+8-o – энтальпию конденсата h₂, состояния 2¢.

Теплоту q₁, сообщенную 1 кг пара в паровом котле (с учетом перегрева) по изобаре 4-5-6-1, определяют по формуле:

q₁ = h₁ – h_2¢.

Теплоту q₂, теряемую в коденсаторе с охлаждающей водой по изобаре 2-2¢, находят по формуле:

q₂ = h₂ – h_2¢.

Если пренебречь работой, затрачиваемой на привод насоса (площадь r₁-4-2¢-r₂, рис. 25, а), то термический КПД цикла Ренкина можно определить по формуле:

h_t = (127)

Термический КПД цикла Ренкина равен 35…40%.