Выбор, расчет и термодинамический анализ турбоустановок на органическом цикле Ренкина

Abstract

Разработана программа для выбора, расчета и термодинамического анализа турбоустановок на органическом цикле Ренкина, позволяющая получить значения оптимальных параметров рабочего тела, а также выбрать рабочее тело с наибольшим эксергетическим коэффициентом полезного действия для циклов на перегретом паре и с промежуточным перегревом. Представлена структура разработанной математической модели для проведения термодинамического анализа. Исследования проводили при давлении до 20 МПа и температурах рабочего тела: перед турбиной до 250 °С, на выходе из конденсатора 25 °С, максимально допустимой на выходе из промежуточного перегревателя 250 °С. Анализ полученных результатов показывает, что промежуточный перегрев в органическом цикле Ренкина, как и в классическом паротурбинном, приводит к повышению эксергетической эффективности. В среднем прирост эксергетического коэффициента полезного действия при оптимальных параметрах составляет 4,28 %, а для некоторых рабочих тел значительно превосходит этот результат (например, 8,14 и 6,56 % для R717 и R32 соответственно), что обусловлено их теплофизическими свойствами. Погрешность для всех низко-кипящих рабочих тел не превышает 2 % от полученного результата эксергетической эффективности. Для исследуемых схем на примере хладагента R245FA построены диаграммы Грассмана – Шаргута. Эксергетический анализ показывает, что промежуточный перегрев при термодинамически оптимальных параметрах рабочего тела перед частями высокого и низкого давления турбины приводит к снижению потерь эксергии в котле-утилизаторе, значительному увеличению регенерации в теплообменном аппарате, увеличению потерь эксергии в насосе и их перераспределению в турбоагрегате, теплообменном аппарате и конденсаторе.