1.7.3. Влияние конечного давления на кпд цикла

Уменьшение давления отработавшего пара р_к при неизменных начальных параметрах р₀ и Т₀ вызывает понижение температуры конденсации пара, а значит и температуры отвода теплоты Т_к. Это приводит к увеличению располагаемого теплоперепада и увеличению термического КПД цикла (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Сравнение идеальных тепловых циклов с разными конечными

давлениями в Т, s-диаграмме

Теоретический предел понижения давления в цикле определяется температурой насыщения при конечном давлении р_к, которая должна быть не ниже температуры окружающей среды. В противном случае будет невозможна передача теплоты, выделяющейся при конденсации пара, окружающей среде.

Температура насыщения отработавшего пара обычно находится из равенства:

t_к = t_1в +t + t,

где t_1в – температура охлаждающей воды при входе в конденсатор; t – нагрев охлаждающей воды в конденсаторе; t – разность температур насыщения пара t_к и охлаждающей воды на выходе из конденсатора t_2в или так называемый температурный напор. При прямоточном водоснабжении t_1в принимается равной 10 – 12 С, при оборотном – 20 – 25 С.

Нагрев охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса конденсатора:

,

где m – кратность охлаждения, равная отношению расхода охлаждающей воды к расходу конденсирующегося пара; h_к – – разность энтальпий отработавшего пара и его конденсата.

Как видно, чем больше кратность охлаждения m тем меньше нагрев охлаждающей воды t и тем ниже температура конденсации t_к, а следовательно, и давление в конденсаторе. Однако увеличение кратности охлаждения увеличивает расход энергии на циркуляционные насосы, подающие охлаждающую воду в конденсатор, а достигаемое при этом понижение давления в конденсаторе требует увеличения проходных сечений и размеров последних ступеней турбины, что связано с её удорожанием.

1.7.4. Промежуточный перегрев пара

В теплоэнергетической установке с промежуточным перегревом (рис. 1.14) пар после расширения в ЦВД турбины направляется в котёл для вторичного перегрева, где температура его повышается от t₁ до t_п.п. После промежуточного перегрева пар направляется в ЦНД, где расширяется до давления в конденсаторе р_к.

Рис. 1.14. Схема теплоэнергетической установки с промежуточным перегревом пара: 1 – питательный насос, 2 – котёл, 3 – пароперегреватель, 4 – часть высокого давления турбины, 5 – промежуточный пароперегреватель, 6 – часть низкого давления турбины, 7 - конденсатор

Цикл с промежуточным перегревом пара и сверхкритическим начальным давлением в Т, s-диаграмме (рис. 1.15) можно рассматривать как сочетание двух циклов, первый из которых 1ааbde21 является основным, а второй 2ee₁fg32 дополнительным.

Рис. 1.15. Идеальный тепловой цикл с промежуточным перегревом пара в

Т, s-диаграмме

Если эквивалентная температура дополнительного цикла (Т_э)_пп выше эквивалентной температуры основного цикла Т_э, то экономичность дополнительного цикла будет выше и КПД общего цикла возрастёт. При этом благодаря уменьшению влажности пара в последних ступенях турбины возрастут относительные внутренние КПД этих ступеней, а следовательно увеличится КПД всей турбины.

Абсолютный КПД идеального цикла:

где – располагаемая (теоретическая) работа 1 кг пара в цикле с промежуточным перегревом; – количество теплоты, затрачиваемой в котле и промежуточном перегревателе на 1 кг пара; h₀, h_пп – энтальпии свежего пара и пара после промежуточного перегрева; h_1t, h_кt – энтальпии пара после изоэнтропного расширения в цилиндрах высокого и низкого давления (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Процесс расширения пара в h, s-диаграмме для турбины

с промежуточным перегревом пара

Внутренний абсолютный КПД можно представить в виде:

где , – относительные внутренние КПД частей высокого и низкого давления турбины.

Из-за потерь давления в тракте промежуточного перегрева допускается не более 10 % абсолютного давления в промежуточном перегревателе.

Температура пара после промежуточного перегрева обычно принимается равной или близкой к температуре свежего пара t_пп = t₀  (10  20) С.

Промежуточный перегрев приводит к усложнению конструкции и удорожанию турбины на 10 – 12 %.

Оптимальную температуру пара, при которой он должен отводится на промежуточный перегрев можно найти по формуле:

Т₁^опт = Т_к / 1 – _t^пп.

Обычно Т₁^опт = (1,02  1,04)Т_э. Давление пара перед промежуточным перегревом обычно выбирают равным 0,2 – 0,3 давления свежего пара.