Паросиловая установка (ПСУ) работает по циклу Рэнкина

Покажем на рисунке принципиальную схему ПТУ и ее термодинамический цикл на энтропийных и p, V диаграммах (рис. 1).
Рисунок 1 - Принципиальная схема ПТУ, работающей по циклу Ренкина и её термодинамический цикл. На схеме: 1 – паровой котел, 2 – пароперегреватель, 3 – паровая турбина, 4 – конденсатор, 5 – питательный насос, 6 – редуктор, 7 – гребной винт.
Решение задачи с помощью h-s диаграммы.
1. Определяем параметры воды и водяного пара в характерных точках цикла Ренкина (1- 2-3-4-5-6-1 на рис. 1).
Точка 1 находится в области перегретого пара на пересечении изобары p1=pп=2,4 МПа и изотермы t1=tп=ts=222 °C на h-s диаграмме. Свойства пара в этом состоянии: удельный объем v1=0,083м3кг;s1=6,27кДжкг⋅К;h1=2802,22кДжкг.
Точка 2. Из условия p2=pконд=30 кПа=0,03 МПа и s2=s1=6,27кДжкг⋅К; устанавливаем, что точка 2 находится в области влажного пара на пересечении изобары p2 и изоэнтропы s2. Тогда значения удельного объема v2=4,08м3кг; энтальпии h2=2113кДжкг; и степени сухости x2=0,78; температуры t2=69,1 °C;
Точка 3 характеризует состояние насыщенной жидкости при p3=p2=0,03 МПа; Энтальпия в данной точке с помощью h-s диаграммы рассчитывается по формуле:
h3=4,19⋅tsконд=4,19⋅69=289,11кДжкг
Где tsконд – температура насыщения при давлении p2. Энтропия s3=0,95 кДжкг⋅К;v3=5,22;
Точке 4 соответствует состояние жидкости при давлении p4=p1=2,4 МПа . Значение энтальпии h4 4 определяем, принимая работу насоса равной давлению, выраженному в МПа - IH=2,4 кДж/кг:
h4=h3+IH=289,11+2,4=291,51кДжкг
v4=0,001;t4=69,29 °C;s4=0,944
Точка 5 находится на пограничной кривой жидкости при p5=p1=2,4 МПа. Температура насыщения при указанном давлении по диаграмме равна t5=ts=222 °C, h5=4,19⋅222=952кДжкг; v5=0,001;s5=2,534
Точка 6 характеризует состояние насыщенного пара при p6=p1=2,4 МПа. Свойства в этом состоянии определяются по диаграмме: t6=222 °C;v6=0,083;s6=6,27;h6=2802,22
Результаты определения свойств рабочего тела сводим в таблицу 1.1:
Таблица 1.1 – Параметры цикла в точках для pпном;tпном
Точка p, МПа
t, °C
v,м3кг
h,кДжкг
s,кДжкг⋅К
x
Примечание
1 2,4 222 0,083 2802,22 6,27 - Перегретый пар
2 0,03 69,1 4,08 2113 6,27 0,78 Влажный пар
3 0,03
289,11 0,95 0 Насыщенная жидкость
4 2,4 69,29
291,51 0,944 - обычная жидкость
5 2,4 222 0,001 952 2,534 0 насыщенная жидкость
6 2,4 222 0,083 2802,22 6,27 1 насыщенный пар
2. Термический КПД цикла Ренкина без учёта работы насоса:
η=Iq1=h1-h2h1-h3=2802,22-21132802,22-289,11=0,2743
КПД цикла с учётом работы насоса:
η=Iq1=h1-h2-IHh1-h4=2802,22-2113-2,42802,22-289,11=0,2739
Удельный расход пара (на 1 кВт·ч):
dт=3600h1-h2=36002802,22-289,11=1,432кгкВт⋅ч
Удельный расход теплоты:
qт=36000,2743=dт⋅q1=36000,2743=13124,32кДжкВт⋅ч
Удельный расход топлива:
bт=3600QHpη=360018242,24⋅0,2743=0,719кгкВт⋅ч
Мощность установки:
N=MI
Тогда расход рабочего тела:
M=NI=2⋅1062,4⋅103=89,286кгч
Тепло отведенное в конденсаторе:
q2=h1-h4=2802,22-291,51=2510,71 кДж
Весь поток в конденсаторе будет отводится холодной водой, которая нагревается на 20 градусов, значит
Qполуч=cMвΔT=Qотд=Mq2
Mв=q2McΔT=2510,71⋅89,2864,19⋅20=2675,075кгч
С другой стороны:
Qполуч=q1M
Qвыд=QHp⋅ηka⋅Mтоп
Mтоп=q1MQHp⋅ηka=2802,22-289,11⋅89,28618242,24⋅0,85=14,47кгч
3