Принципиальная схема тэс с одним дополнительным перегревом пара.

Парогенератор включает два пароперегревателя различного давления водяного пара . Основной имеет большее давление, чем дополнительный.

Диаграмму Т-S:

Рассмотрим основные процессы:

(1-в) – расширение пара в первом цилиндре (ЦВД – цилиндр высокого давления). Процесс идеальный изоэнтропный.

l_техн^ЦВД = i₁-i_в

Положение точки В является неопределенным. р_в< р₁.

(в-а)- процесс подогрева пара в дополнительном пароперегревателе (процесс , близкий к изобарному).

q_в-а = q₁^доб= i_a – i_в = С_р(Т_а –Т_в)

р_а=р_в , но в действительности р_в > р_а на величину Δр ( потери сопротивления в паропроводе и дополнительном пароперегравателе).

( а-2)- процесс расширения пара и получения технической работы в ЦНД.

l_техн^ЦНД =i _а – i₂

l_техн^т = (i₁ – i_в )+ (i_а –i₂)

( 2-3) – конденсация пара в конденсаторе с отводом теплоты.

q _2-3 = q₂^осн +q₂^дейс = i₂ –i₃

( 3-4)- повышение давления в питательном насосе ( изоэнтропный процесс ).

l_3-4 = l_техн^н = i₄ –i₃

(4-5-6-1) : 4-5 – подогрев в водяном экономайзере;

5-6 – испарение в системе экрана котла;

6-1 – перегрев в основном пароперегревателе.

q_4-5-6-1 = q₁^осн = i₁ – i₄

Добавочный цикл должен повышать термический КПД , но степень этого повышения зависит от положения точки В . Качественно можно рассмотреть диаграммы с различным положением точки В. Вывод , следующий из качественного рассмотрения, следующий: должно быть оптимальное положение точки В с оптимальной температурой начала вторичного перегрева.

Запишем термический КПД цикла с дополнительным перегревом пара:

η_t= l_ц/q₁ =( l_тех^т – l_тех^н)/ (q₁^осн+ q₁^доб)=

= (i₁- i_в + i_a – i₂ –i₄ +i₃)/(i_a-i_в+i₂ – i₃)

Начертим i-S диаграмму:

Для процесса с одним перегревом построим р-υ диаграмму.

Последовательность расчета оптимального положения точки В- точка начала дополнительного перегрева.

η_t(Т_в)= 1 – (q₂/q₁) = 1- [(q₂^осн +q₂^доп(T_в)) / (q₁^осн+q₁^доп(Т_в))] =

= 1-[(i_2B – i₃) +(i₂-i_2B)]/ [(i₁-i₄)+(i_a-i_B)] =

=1 - [(i_2B – i₃) +T₂C_p*ln(T_a/T_B)] / [(i₁-i₄)+C_p(T_a-T_B)];

di =C_p* dT

Совместим первый и второй законы термодинамики:

di= T*dS =C_p*dT → dS = C_p* (dT/T) → ΔS= S_a- S_B = C_p* ln(T_a/T_B)

Найдем частную производную от КПД по Т_в:

η_t^/(Т_в) = - [T₂*C_p*(1/T_B)*q₁ – q₂ *(-C_p)]/q₁² =0

В этом уравнении T_B =T_B^опт. Решаем задачу на оптимизацию.

(T₁*T₂)/T_в^опт – q ₂ =0

q₂/q₁ = T₂/ T _в^опт

η_t =1- (Т₂/Т₁)

Главный вывод оптимизации : температура начала добавочного перегрева T _в^опт равна средней температуре подвода теплоты в цикле с добавочным перегревом.

T _в^опт = Т₁ (*)

В уравнении со (*) обе температуры неизвестны. Такое уравнение решается методом последовательных приближений.

1) Находим среднюю температуру подвода теплоты в основном цикле.

Т₁^осн = q₁^осн / ( S₁ –S₄) = ( i₁ – i₄)/( S₁ –S₄)

2. Принимаем в первом приближении

Т₁=Т_в^опт =Т₁^осн + (2 …3)

2. Рассчитаем Т₁:

Т₁ =[ ( i₁ – i₄) + ( i _а– i _в)]/ (S_а – S₄)

2. Сравниваем Т_в^опт и Т₁

Если разница между ними не велика , тогда задача решена . Если разница существенна ,то делаем второе приближение.

Дополнительный цикл с перегревом дает ряд положительных эффектов:

1. увеличивается термический КПД ТЭС;

2. в реальных процессах увеличивается так называемый внутренний относительный КПД турбины за счет снижения влажности пара в конце процесса расширения. А это в целом повышает реальный КПД цикла – внутренний абсолютный КПД цикла.

3. Повышается надежность работы последних ступеней турбины с длинными лопатками , работающими в области влажного пара.

Отрицательные эффекты:

1. усложнение схемы: добавочная поверхность в котле , два цилиндра турбины;

2. увеличиваются капитальные и эксплуатационные задачи.