4.2. Пту с промежуточным перегревом пара

Промежуточный (вторичный) перегрев пара используется для повышения степени сухости пара в последних ступенях турбины, а также для повышения термического КПД ПТУ. Первый эффект имеет место всегда, а второй (повышение ) – только при условии, что средняя температура подвода теплоты в цикле 2-7-8-9-2, дополняющем базовый цикл Ренкина, выше средней температуры подвода теплоты в базовом цикле 1-2-3-4-5-6-1 (см. рис.4.2). Проверим это утверждение путем расчета и анализа соответствующего цикла.

Задача. В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p₁ = 6,0 МПа и t₁ = 600 °С, используется промежуточный перегрев пара при давлении 0,6 МПа до температуры 550 °С. Давление пара в конденсаторе р₂ = 0,004 МПа.

Изобразить принципиальную схему установки и цикл на энтропийных и p,v диаграммах. Определить термический КПД установки, удельные расходы пара, теплоты и топлива, а также мощность установки с учётом работы насоса, если часовой расход пара составляет 950 кг/час.

Сделать вывод об изменении КПД установки и условий работы последних ступеней паровой турбины по сравнению с соответствующим циклом Ренкина. Задачу решить с помощью таблиц свойств воды и водяного пара.

Решение

На рис. 4.2. цикл 1-7-8-9-3-4-5-6-1 является циклом с промежуточным перегревом пара. Точка 2 не является его характерной точкой, а относится к базовому циклу Ренкина, рассмотренному в предыдущей задаче и с которым сравнивается исследуемый. Поскольку начальные параметры пара и его давление в конденсаторе совпадают с данными предыдущей задачи, термодинамические свойства воды и пара в точках 1, 2, 3, 4, 5, 6 такие же, как и ранее определённые. Поэтому для расчета и анализа данного цикла достаточно дополнительно определить свойства в точках 7, 8, 9.

Рис.4.2. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ

С промежуточным перегревом пара

обозначения на схеме: 1 – паровой котел; 2 – первичный пароперегреватель;

3 - вторичный (промежуточный) пароперегреватель; 4 – турбина высокого давления ТВД; 5 – турбина низкого давления ТНД; 6 – редуктор: 7 – гребной винт; 8 – конденсатор; 9 – питательный насос;

обозначения на диаграмме: 1-7 – адиабатный процесс расширения пара в ТВД, 7-8 – изобарный процесс вторичного (промежуточного) перегрева пара, 8-9 – адиабатный процесс расширения в ТНД, 9-3 – изобарно изотермический процесс отвода теплоты в окружающую среду (конденсация), 3-4 – адиабатно изохорный процесс «сжатия жидкости» питательным насосом, 4-5-6-1 – изобарный процесс подвода теплоты, в том числе: 4-5 – изобарный процесс подвода теплоты к обычной жидкости для нагрева её состояния насыщения, 5-6 – изобарно изотермический процесс подвода теплоты к насыщенной жидкости (процесс парообразования), 6-1–изобарный процесс первичного перегрева пара.

Точка 7

Используя условие p₇ = 6 бар, и s₇ = s₁ = 7,1673 кДж/(кг·К), по [3] табл. III, стр.95 рассчитываем коэффициент интерполяции

.

Тогда энтальпия пара в точке 7

.

Точка 8

Из условия p₈ = p₇ = 6 бар, и t₈ = 550 °С по [3] табл. III, стр.95: определяем значения h₈ = 3590,8 кДж/кг и s₈ = 8,1382 кДж/(кг·К).

Точка 9

Из условия s₉ = s₈ = 8,1382 кДж/(кг·К) и p₉ = р₂ = 0,04 бар, рассчитываем степень сухости влажного пара в точке 9

,

где значения s'' и s' взяты по [3], стр. 62 (либо из «дисплейного окошка» изобары р = 0,04 бар)

Тогда энтальпия влажного пара

.

Термический КПД исследуемого цикла с учётом работы насоса l_н= 6,02 кДж/кг (см. предыдущую задачу):

.

Удельный расход пара на 1 кВт·ч

.

Удельный расход теплоты

.

Удельный расход топлива

.

Мощность установки

.

Относительное повышение термического КПД цикла установки с промежуточным перегревом пара по сравнению с базовым циклом Ренкина, данные для которого приведены на стр. 85-86 настоящего пособия.

.

Относительное уменьшение удельного расхода пара по сравнению с базовым циклом Ренкина

.

Относительное уменьшение удельного расхода теплоты по сравнению с базовым циклом Ренкина

.

Относительное уменьшение удельного расхода топлива по сравнению с базовым циклом Ренкина

.

Относительное увеличение удельной работы 1 кг пара по сравнению с базовым циклом Ренкина

.

Вывод: условия работы последних ступеней ПТУ благодаря промежуточному перегреву пара улучшились, так как влажность пара значительно уменьшилась (до 4,2 %) по сравнению с соответствующей характеристикой базового цикла Ренкина (16,2 %). Термический КПД увеличился на 4,38 %, что обусловило соответствующие уменьшения расходов теплоты и топлива.