1.7. Пути повышения кпд турбоустановки

Характер зависимости термического КПД от параметров пара в различных точках цикла проще всего установить из рассмотрения цикла в Т, s-диаграмме. При этом для большей наглядности целесообразно заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно.

В цикле Ренкина подвод теплоты при нагреве питательной воды до температуры насыщения (линия ab на рис. 1.7) при её испарении (линия bc) и прегреве пара (cd) осуществляется при разных температурах. Отвод же теплоты в конденсаторе в зоне влажного пара в этом цикле, как и в цикле Карно, происходит при постоянной температуре Т_к (линия ea). Следовательно, чтобы заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно, достаточно переменную температуру Т на участке подвода теплоты заменить эквивалентной постоянной температурой Т_э (рис. 1.7), при которой площадь эквивалентного цикла будет равна площади, ограниченной контуром цикла Ренкина, т.е. КПД цикла Ренкина _t будет равен КПД эквивалентного цикла Карно _к :

_t = _к = (T_э – Т_к)/Т_э,

откуда

Т_э = Т_к/(1 – _t).

1.7.1. Влияние давления свежего пара на кпд цикла

Если при неизменных температурах отработавшего Т_к и свежего Т₀ пара повысить начальное давление пара p₀, то вследствие повышения температуры насыщения возрастёт эквивалентная температура подвода теплоты от Т_э до Т_э1 (рис.1.10). Это приведёт к увеличению абсолютного КПД цикла.

Рис. 1.10. Сравнение идеальных циклов с разными начальными давлениями пара в Т, s-диаграмме

Однако по мере увеличения начального давления эквивалентная температура цикла Т_э сначала возрастает, затем вследствие увеличения доли подводимой теплоты, затрачиваемой на нагрев воды до температуры насыщения, этот рост замедляется, и дальнейшее повышение давления приводит уже к снижению Т_э и экономичности цикла.

Располагаемый теплоперепад турбины Н₀ с ростом р₀ увеличивается до тех пор, пока в h, s-диаграмме касательная ab к изотерме t₀ = const не станет параллельной участку изобары р_к = const (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Изменение располагаемого теплоперепада Н0 в зависимости от начального давления р0 при неизменной начальной температуре и конечном давлении рк

Энтальпия свежего пара h₀ при t₀ = const с ростом давления р₀ понижается.

Повышение начального давления пара р₀ при заданной температуре t₀ и неизменном конечном давлении р_к вызывает увеличение конечной влажности пара, которая приводит к снижению относительного внутреннего КПД турбины _oi, эррозии рабочих лопаток и допускается не более 14 %. Поэтому при повышении начального давления следует повышать также и начальную температуру либо применять промежуточный перегрев пара.

1.7.2. Влияние температуры свежего пара на кпд цикла

Повышение начальной температуры от Т₀ до Т₀₁ приводит к возрастанию средней температуры подвода теплоты от Т_э до Т_э1 при неизменной температуре отвода её Т_к и к соответствующему увеличению КПД цикла (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Сравнение идеальных циклов с разными начальными температурами пара в Т, s-диаграмме

Если процесс расширения заканчивается в зоне влажного пара, то по мере повышения начальной температуры пара уменьшается степень влажности его в последних ступенях турбины. Благодаря этому одновременно с повышением термического КПД возрастает относительный внутренний КПД турбины.

При дальнейшем повышении начальной температуры процесс расширения может закончиться выше пограничной кривой, т.е. в области перегретого пара. В этом случае несколько увеличится средняя температура отвода теплоты. Однако, средняя температура подвода теплоты увеличится сильнее, чем средняя температура отвода её, и поэтому термический КПД цикла возрастёт.

При повышении температуры свежего пара увеличиваются капитальные затраты на турбину, т.к. приходится использовать легированные жаропрочные стали.