2. Начальное давление, температура, промежуточный перегрев пара

Экономичность паротурбинной ТЭС в основном зависит от начальных и конечных параметров рабочего тела.

Начальные параметры – температура и давление Ро острого пара перед стопорным клапаном паровой турбины.

Конечные параметры– давление Рк, паросодержание х отработавшего пара на входе в конденсатор турбины.

Правильный выбор параметров для паротурбинного цикла во многом определяет надежность, экономичность и маневренность работы установок.

Повышение начальных параметров пара приводит к повышению термического к.п.д. теплосилового цикла, но одновременно способствует снижению надёжности и допустимой длительности работы материалов при этих параметрах, а также повышает начальную стоимость установки.

Применение повышенных начальных параметров пара у турбин с малым расходом пара D0≤ 20 кг/с неэкономично, т.к. при этом рабочие лопатки в первых ступенях имеют высоты из-за низких удельных объёмов пара ( v0 = 0.028 м³/кг, р0= 13 МПа и температуре 565°С). Это приводит к значительному уменьшению внутреннего относительного к.п.д. головной части турбины, в основном, вследствие увеличения перетечки через зазоры между корпусом и лопатками (т.е. перетечка больше, чем расход через лопатки).

 

Рисунок 5.1-Зависимость к.п.д. идеального цикла от начальной температуры.

1 – термический к.п.д. цикла Ренкина при разном начальном давлении; 2 – термический к.п.д. цикла Карно.

 

На рис. 5.1 приведена зависимость термического к.п.д. циклов Ренкина и Карно от начальной температуры при постоянном конечном давлении в конденсаторе Рк = 400 кПа. Видно, что рост   с повышением начальной температуры происходит более интенсивно, чем рост   , что объясняется свойствами водяного пара как рабочего тела. Однако, монотонное возрастание   с ростом начальной температуры имеет место как в цикле Карно, так и в цикле Ренкина, что объясняется увеличением среднего уровня подвода теплоты в цикле с повышением начальной температуры t0.

Если повышение начальной температуры всегда эффективно для любого цикла и сдерживается развитием металлургии, то вопрос с повышением давления – сложнее. Современные материалы позволяют использовать давление жидкости и газа на уровне десятков тысяч атмосфер. Однако при заданной начальной температуре цикла начальное давление имеет ярко выраженный оптимум (рис. 5.2).

Рисунок 5.2-Влияние начального давления пара на термический к.п.д. цикла Ренкина

 

Повышение Р0 сверх   приводит во всех случаях и снижению   (к.п.д. регенеративного цикла) и, кроме того, вызывает перерасход металла вследствие увеличения толщины стенки, что повышает капитальные затраты на установку.

Подсчёт оптимальных значений давления   для   =560 – 570 °С дал значение   ≈ 45 – 55 МПа. (Рис.5.3)

Рисунок 5.3-Оптимальное начальное давление в цикле.

Однако, учёт технико-экономических факторов: стоимость металла ПТУ, турбины, паропроводов, стоимость топлива – приводят к значительному понижению   до 13 -24 МПа (стандартные параметры: 1) Р0 =13 МПа, t0 = 565°С; 2) Р0 =24 МПа, t0 = 560°С).

Повышение средней температуры подвода теплоты в цикле может быть достигнуто с помощью промежуточного перегрева пара. Это должно повысить экономичность и снизить конечную влажность пара в турбине до 12 – 14%. Однако, если снижение влажности достигается всегда, то повышение экономичности – только в определённых условиях при оптимальных параметрах (рис. 5.4)

 

Рисунок 5.4-Зависимость термического к.п.д. цикла от давления промежуточного перегрева пара.

 

Из графика видно, что оптимальное значение промежуточного перегрева   < 0,5 Р0. При   < 0,2 Р0 промежуточный перегрев приводит к потере экономичности, т.к. отработавший пар за турбиной будет иметь более высокую энтальпию, это ведёт к увеличению потерь в холодном источнике цикла и к уменьшению термического к.п.д.

Процесс расширения пара в турбине с промежуточным перегревом показан на i,s - диаграмме (рис.5.5).

Рисунок 5.5-икл Ренкина и регенеративный цикл с промежуточным перегревом на i,s – диаграмме.

 

 - использованное теплопадение пара при расширении от начального давления Р0 до конечного Рк в конденсаторе. Удельный расход пара в цикле с промежуточным перегревом всегда меньше, чем без него:

 

 <   , (5.1)

т.к.   всегда больше, чем   , по свойству пара.

Рисунок 5.6-Принципиальная тепловая схема с газовым промежуточным перегревом

1- парогенератор; 2- первичный перегрев пара; 3- вторичный перегрев пара, промежуточный газовый перегреватель в газоходе парогенератора; 4- турбина; 5- конденсатор; 6- тепловой потребитель; 7- ПВД; 8 – ПНД; 9- деаэратор; 10- питательный насос.

 

Однако, удельный расход теплоты и термический к.п.д. в регенеративном цикле с промежуточным перегревом может быть как меньше, так и больше, чем без него.

 < >   ; (   < >   );

На турбинах типов ПТ-60-130, ПТ-135-130, Т-50-130, Т-100-130 (теплофикационные с одним и двумя регулируемыми отборами пара) отказались от применения промежуточного перегрева на параметры Р0 = 13МПа, t0=555°C, в связи со снижением удельной комбинированной выработки на базе отпускаемой потребителям теплоты из промышленных отборов и незначительным увеличением удельной выработки на теплофикационных отборах. Снижение удельной комбинированной выработки объясняется увеличением энтальпии отборного пара при введении промежуточного перегрева (см. рис 5.5,   и   ). Поэтому, при том же отпуске теплоты от ТЭЦ снижается комбинированная выработка электроэнергии, что снижает экономию топлива на ТЭЦ, ухудшает её показатели. Кроме того, применение промежуточного перегрева требует блочной схемы, усложняет защиту тепломеханического оборудования, требует специальной защиты от сброса перегретого пара в турбину из линий промежуточного перегрева, что в условиях работы промышленной ТЭЦ не всегда целесообразно и экономически выгодно. Промежуточный перегрев может осуществляться в том же парогенераторе в специально выделенном промежуточном перегревателе. Этот вид перегрева называют газовым перегревом. Применяется широко. Недостаток: большая протяжённость паропроводов промежуточного перегрева от турбины к парогенератору и обратно. Это увеличивает потери давления пара и удорожает паропроводы. Обычно падение давления в линиях промежуточного перегрева ΔРпп = 0,25 – 0,4 МПа и приводит к ухудшению экономичности цикла с промежуточным газовым перегревом.

Промежуточный перегрев применяется для конденсационных блоков на параметры Р0=13МПа, t0= 545°C, tпп= 545°C; и на параметры Р0=24МПа, t0= 545°C, tпп= 545°C.