8.4. Вплив початкових і кінцевих параметрів пари на економічність паротурбінних установок

Економічність теплової електростанції в першу чергу визначається внутрішнім ККД турбоустановки: _i=_t_0i. Складові цього ККД залежать від початкових і кінцевих параметрів термодинамічного циклу установки _i=f(р_о, t_о, р_к). Зв'язок термічного ККД найпростішої конденсаційної паротурбінної установки з її параметрами виражається формулами (8.8) і (8.9а), для простоти нехтуємо роботою стиснення води в живильному насосі h_п.н

Чисельник і знаменник цього виразу визначаються значеннями параметрів р_о, t_о і р_к.

Для визначення загальних умов, при яких _t досягає максимального значення, необхідно вирішити задачу екстремуму функції від того або іншого параметра, наприклад р, тобто . В нашому випадку цю умову можна виразити в наступному вигляді:

Або

;

якщо представити термічний ККД в наступному вигляді:

де Q_k - втрата теплоти в конденсаторі установки, то умовою максимуму ККД буде умова мінімуму відношення Q_k/H_a:

або

(8.26)

Для циклів з початковими параметрами сухої насиченої пари (лінія x=1) максимальний ККД досягається при р₀=16,7 МПа і 350 °С. Для циклів з перегрітою парою (t_о>t_о^н) також може бути знайдений оптимальний тиск, якому відповідає максимальний ККД.

Із зростанням початкової температури перегрітої пари (t₀) термічний ККД установки монотонно росте, а оптимальний тиск підвищується.

Переходячи до визначення внутрішнього абсолютного ККД паротурбінних установок _i=_t_0i необхідно враховувати одночасну зміну внутрішнього відносного ККД (_0i) залежно від початкових, параметрів. Якісно ця залежність представляється в наступному вигляді: із зростанням початкового тиску зменшується висота лопаток перших ступенів турбіни, оскільки збільшується густина пари. Підвищення густини пари і зменшення висоти лопаток, як відомо, збільшують втрати в проточній частині турбіни: на тертя і вентиляцію, на протічки пари. Крім того, підвищення початкового тиску при незмінній температурі t_о підвищує вогкість в останніх ступенях турбіни, що також збільшує втрати в лопатках турбіни. Таким чином, внутрішній відносний _0i з підвищенням початкового тиску падає. Зниження _0i зміщує оптимальний тиск установок у бік їх менших значень в порівнянні з оптимальним тиском ідеальної установки (_0i =1,0).

Підвищення початкової температури і позначається на t₀ в протилежному напрямі, тобто дещо підвищує цей ККД, оскільки зменшується густина пари і знижується його вологість в останніх ступенях турбіни. В практиці вибору початкових параметрів турбіни використовуються зв'язані початкові параметри пари, тобто такі параметри, сумісний вибір яких забезпечує допустиму вологість в останніх ступенях турбіни (мал. 8.7). Більш високому тиску відповідає і більш висока початкова температура перегрітої пари. Для корисної роботи турбіни кінцева вологість пари обмежується 10-12%. Більш висока вологість пари викликає зношення лопаток краплями вологи. Кожний додатковий 1 % вогкості знижує приблизно на 1% ККД ступеня, що працює в області вологої пари.

Таблиця 8.1. Значення _i по циліндрах сучасних турбін

Параметри пари, р0, МПа; t0/tппС	Внутрішній відносний ККД, %
	ЦВД	ЦСД	ЦНД
13,0;535/565	83,8	91,6	88,9
16, 5; 565/565	83,6	91,8	87,8
24,0;535/580	83,4	92,1	87

Мал. 8.7. Зв'язані початкові параметри пари.

Можливі значення _i по корпусах (циліндрах) сучасних турбін з проміжним перегрівом пари приводяться в табл. 8.1.

Кінцевий тиск пари в турбінній установці р_к (вакуум в конденсаторі) при заданих початкових параметрах визначають по тому, що розташовується по адіабатному теплопадінні H_а і його величині H_і=H_a_oi, що використовується (див. мал. 8.4). З пониженням кінцевого тиску пари (збільшення вакууму) абсолютний внутрішній ККД паротурбінної установки за інших рівних умов завжди збільшується, що виходить з його визначення (при допустимій кінцевій вогкості пари)

Проте реалізація глибокого вакууму стикається із значними технічними труднощами. Від кінцевого тиску залежить температура конденсації відпрацьованого в турбіні пари t_k Температура ж конденсації пари при заданій температурі охолоджуючої води, що поступає в конденсатор t'_в, визначає необхідну поверхню охолоджування конденсатора

,

де D_k – витрата пару, що поступає в конденсатор, К – коефіцієнт теплопередачі, - середня різниця температур охолоджуючої води і конденсую чого пару:

Оскільки t_ср для реальних умов є невеликою величиною (10°), то навіть невелике зниження р_к, відповідне декільком градусам зниження t_k, потребує великого збільшення поверхні охолодження конденсатора. Для сучасних турбоустановок це відповідає декільком тисячам квадратних метрів поверхні охолоджуючих труб конденсатора.

Тому вибір оптимального вакууму в конденсаторі є техніко-економічною задачею. При визначенні р_к^опт необхідно враховувати, крім економії палива від більш глибокого вакууму і зростання вартості конденсатора, додаткові витрати, пов'язані із зміною витрати охолоджуючої води, зміною ЧНД і ін.

Для прикладу в табл. 8.2 показано вплив деяких чинників на оптимальний кінцевий тиск пари р_к^опт для турбоустановок надкритичних параметрів.