Лекция 3. Роль промежуточного перегрева пара

В турбоустановках тэс. Регенеративный подогрев питательной воды. Комбинированная выработка теплоты и электроэнергии на тэц

(самостоятельное изучение)

3.1. Промежуточный перегрев в паротурбинных установках

Парные значения начальных параметров t₀, р₀, водяного пара, при которых в процессе расширения в проточной части турбины обеспечивается заданное значение конечной степени влажности у₂, называют сопряженными начальными параметрами. Например, для у₂=13% и экономичности турбины, оцениваемой _oi^т=0,85, значения сопряженных параметров следующие:

t₀, ⁰С …………600 570 540 515 480 450

р₀, МПа …….. 20 18 14 12 9 7

В отечественных турбоустановках, а также за рубежом, при начальной температуре t₀ 540⁰С применяют пар с давлением 14,0 и 24,0 МПа без превышения допустимой степени влажности. Это достигается применением промежуточного перегрева, когда пар после расширения в ЦВД турбины направляется в котел для вторичного перегрева до температуры t_пп. Итак, применение промежуточного перегрева позволяет в энергоблоках ТЭС повышать начальное давление пара при неизменной начальной температуре с сохранением умеренной конечной влажности в турбине.

На рис. 3.1 представлены схема ПТУ с промперегревом (рис. 3.1,а), тепловой цикл в Т,s-диаграмме (рис. 3.1,б) и процесс расширения пара в h,s-диаграмме для паротурбинной установки (рис. 3.1,в). Цикл с промежуточным перегревом пара (рис. 3.1,б) можно рассматривать как сочетание двух циклов, первый из которых 1а¹аbde21 является основным, а второй 2ee₁fg32 – дополнительным. Видно, что если эквивалентная температура Т_э,пп дополнительного цикла выше Т_э основного цикла, то КПД общего цикла возрастает. При этом увеличивается и _oi^ЧНД из-за меньшего влияния влажности на экономичность последних ступеней части низкого давления турбины (ЧНД). Внутренний абсолютный КПД турбоустановки с промежуточным перегревом выражается следующим образом:

, (3.1)

где соответствующие значения _oi определяют совершенство проточной части высокого давления турбины (до промперегрева) и проточной части низкого давления (после промперегрева). Знаменатель в (3.1) представляет количество теплоты, подводимой в котле и промежуточном перегревателе к 1 кг пара.

Рис. 3.1. Тепловая схема ПТУ с промежуточным перегревом водяного пара (а),

Тепловой цикл (б) и процесс расширения (в) для паровой турбины

Потери давления во всем тракте промежуточного перегрева пара допускаются не выше 10% от давления р_пп, которое выбирают в диапазоне р_пп=(0,15…0,25)р₀. Обычно в отечественной теплоэнергетике принимают t_пп=t₀. Выигрыш от использования промперегрева с учетом роста эффективности ЦНД турбины достигает 4-5%.

3.2. Регенеративный подогрев питательной воды в турбоустановках

В паротурбинных установках используется регенеративный подогрев питательной воды паром, отбираемым из нескольких промежуточных ступеней турбины, до которых он совершил работу при расширении от давления р₀ до давления отбора р_отб. Такой подогрев требует относительно небольших затрат теплоты и его можно рассматривать как тепловое потребление в комбинированном цикле. При этом получают существенный выигрыш в экономичности, пропорциональный мощности, вырабатываемой на тепловом потреблении. Следует помнить, что потери теплоты с охлаждающей водой в конденсаторе турбоустановки пропорциональны количеству отработавшего пара в турбине и направляемого в конденсатор. Поэтому организация отбора пара и сокращение его расхода в конденсатор (до 30-40%) экономически выгодно.

В регенеративных подогревателях тепловой схемы ТЭС происходит нагрев сначала конденсата отработавшего пара в подогревателях низкого давления (ПНД) с температуры насыщения t_к¹, определяемой давлением в конденсаторе р_к, до температуры насыщения, определяемой давлением в деаэраторе р_д, а затем питательной воды до t_пв в подогревателях высокого давления (ПВД). В итоге регенеративный цикл по сравнению с обычным циклом имеет более высокую среднюю температуру подвода теплоты при той же температуре отвода и поэтому обладает более высоким термическим КПД. При этом количество теплоты на регенерацию зависит от разности температур t_пв - t_к¹ и практически не зависит от числа отборов пара в турбине. Однако ее электрическая мощность существенно зависит от числа отборов и распределения ступеней нагрева в подогревателях. Максимальная мощность соответствует бесконечно большому числу отборов, а минимальная – одному. В практике применяют число подогревателей не более 9, поскольку с ростом числа ступеней подогрева растет стоимость регенеративной установки. Поскольку в регенеративной системе подогрев воды до температуры насыщения t_o¹, соответствующей давлению р₀, приводит к росту потерь теплоты с уходящими из котла дымовыми газами, то принято выбирать значения t_пв=(0,65…0,75)t₀¹. Например, при р₀=23,5 МПа t_пв265-274⁰С, а при р₀=12,75 МПа t_пв230⁰С. Влияние числа регенеративных подогревателей z на относительный выигрыш в удельном расходе теплоты для ПТУ без промперегрева и с ним показано на рис. 3.2,а и рис. 3.2,б.

а) б)

Рис. 3.2. Изменение удельного расхода теплоты энергоблока в зависимости от числа