96269

06. Siłownie parowe - streszczenie

Obieg Carnot'a nie jest odpowiednim modelem dla parowych obiegów silnikowych, ponieważ trudno byłoby go zrealizować w praktyce, nawet w przybliżeniu. Modelowym obiegiem dla parowych obiegów silnikowych jest obieg Rankine'a, który składa się z czterech wewnętrznie odwracalnych procesów: doprowadzania ciepła przy stałym ciśnieniu w kotle, izen-tropowej ekspansji w turbinie, wyprowadzaniu ciepła przy stałym ciśnieniu w skraplaczu, izentropowej kompresji w pompie. Para opuszcza skraplacz jako nasycona ciecz wodna przy ciśnieniu panującym w skraplaczu.

Sprawność termiczną obiegu Rankine’a obliczamy z zależności

gdzie ij - jest entalpią nasyconej cieczy wodnej pized pompą, i: - jest entalpią cieczy wodnej za pompą, /j - jest entalpią pary wodnej za kotłem, ią - jest entalpią mieszaniny cieczy i pary wodnej za tui brną. Wszystkie entalpie wyrażane są w kJ/kg.

Sprawność termiczną obiegu Rankine'a może być zwiększona przez zwiększenie średiuej temperatury, przy której ciepło jest dostarczane do czynnika roboczego i/lub przez zmniejszenie średniej temperatury, przy której ciepło jest wyprowadzane (w skraplaczu) do czynnika chłodzącego. Średnia temperatura podczas wyprowadzania ciepła może być zmniejszona przez obniżenie ciśnienia na wylocie z turbiny. Z tego powodu ciśnienie w skraplaczu większości silników (siłowni) parowych wr elektrowniach jest znacznie mniejsze od ciśnienia atmosferycznego. Średnia temperatura podczas doprowadzania ciepła może być zwiększona przez podniesienie ciśnienia w kotle lub przez przegrzanie płynu do wyższej temperatury. Jednak, stopień przegrzania jest ograniczony, ponieważ temperatura płynu nie może przekroczyć wartości bezpiecznej ze względu na własności mechaniczne elementów kotła.

Dodatkową zaletą przegrzewania jest zmniejszanie zawiłości cieczy w parze opuszczającej turbinę. Jednak obniżenie ciśnienia na wylocie z turbiny lub zwiększenie ciśnienia w kotle zwiększa zawartość cieczy w parze opuszczającej turbinę. Dlatego wykorzystując poprawę sprawności przy w^ryższym ciśnieniu w kotle i niższym ciśnieniu w skraplaczu, para jest zazwyczaj ponownie podgrzewana (w kotle) po częściowej ekspansji w wysoko-ciśnieniowej turbinie Jest to realizowane przez skierowanie pary, po częściowej ekspansji w wysokociśnieniowej turbinie, do kotła gdzie jest przegrzewana przy stałym ciśnieniu i ponowne jej skierowanie do nisko-ciśnieniowej turbiny w celu doprowadzenia procesu ekspansji do ciśnienia panującego w skraplaczu. Ten sposób zwiększania sprawności termicznej obiegu nazywany jest przegrzewaniem między stopniowym. Średnia temperatura podczas procesu przegrzewania międzystopiuow^rego, a zatem sprawność termiczna obiegu, mogą być zwiększone przez zwiększenie liczby stopni ekspansji i przegrzewania Gdy ilość stopni zwiększa się procesy ekspansji i przegrzewania przybliżają proces izotenmczny przy maksymalnej temperaturze. Przegrzewanie międzystopniowe również zmniejsza ilość cieczy w parze opuszczającej turbinę.