2.6.3 Вляние параметров пара на термодинамический кпд цикла паросиловой установки

Термодинамический КПД цикла Ренкина зависит от начальных параметров пара (Р₁, Т₁). Если при одинаковом конечном давлении Р₂ и одной и той же максимальной температуре цикла Т₁ повысить начальное давление пара Р₁, то вследствие соотвествующего повышения температуры насыщения возрастает также и средняя температура подвода тепла, как это ясно видно из S-Т диаграммы. (рис. 2.37). Возрастание средней температуры подвода тепла при неизменной температуре отвода тепла приводит к увеличению термодинамического КПД цикла. Но повышение давления Р₁ значительно утяжеляет и удорожает конструкцию паросиловых установок.

Повышение начального давления пара при заданной температуре Т₁ и неизменном конечном давлении Р₂ вызывает увеличение конечной влажности пара, в чем легко убедиться из рассмотрения S-Т или S-i диаграммы. На S-i диаграмме (рис. 2.38) представлено несколько процессов расширения пара от различных начальных давлений P₁¢, P₁¢¢, P₁¢¢¢ (причем P₁¢ > P₁¢¢ > P₁¢¢¢) до одного и тогоже конечного давления Р₂.

Рис. 2.37. Влияние начального давления перегретого пара

на параметры цикла Ренкина

Рис. 2.38. Влияние начального давления перегретого пара

на параметры цикла Ренкина в S - i диаграмме

Из рис. 2.38 видно, что большему начальному давлению соответствует большая конечная степень влажности пара У = 1 - Х. В случае влажного пара мелкие капли воды, двигались с паром с большой скоростью, приводят к разрушению (эрозии) лопаток турбины, поэтому конечная влажность пара свыше 13 - 14 % в турбинах не допускается.

С ростом температуры перегрева пара Т₁ при одном и том же давлении пара Р₁ термодинамический КПД цикла увеличивается, так как возрастает средняя температура подвода тепла в цикле (рис. 2.39). Перегрев пара до высоких температур широко используется в современной теплотехнике. В настоящее время они достигают 600¸650°С. Дальнейшее повышение температуры перегрева ограничивается способностью металла выдерживать длительное время большое напряжение при высоких температурах. Это означает, что предел повышения температуры перегрева в паросиловых установках в основном определяется современными возможностями металлургии.

Рис. 2.39. Влияние начальной температуры перегретого пара

на параметры цикла Ренкина в S - Т диаграмме

Рис. 2.40. Влияние начальной температуры перегретого пара

на параметры цикла Ренкина в S - i диаграмме

Помимо увеличения термодинамического КПД перегрев пара приводит к уменьшению конечной влажности, что вполне ясно из рис. 2.39 или рис. 2.40, на которых представлены процессы расширения пара при различных температурах перегретого пара (причем t₁¢¢¢ > t₁¢¢ > t₁¢). Поэтому при больших начальных давлениях перегрев пара является совершенно необходимым.

Уменьшение конечного давления Р₂ (при неизменных начальных параметрах Р₁, Т₁) вызывает понижение температуры конденсации пара, а следовательно, и температуры отвода тепла в цикле Т₂; таким образом, температурный интервал цикла расширяется и термический КПД растет. Из S-Т диаграммы (рис. 2.41) видно, что применение более низкого давления Р₂ в цикле дает возможность получать большую работу (пл.12¢3¢41 вместо пл. 12341).

В современных паротурбинных установках давление в конденсаторе Р₂ составляет 0,04 - 0,035 бар, что соответствует температуре насыщения 29 - 26 °С. Дальнейшее снижение давления в конденсаторе нецелесообразно, во-первых, потому, что при более глубоком разрежении возрастает удельный объем пара, поступающего из турбины в конденсатор, вследствие чего размеры конденсатора и последних ступеней турбины увеличиваются. Во-вторых, при более глубоком разрежении температура влажного пара в конденсаторе получается более низкой, вследствие чего разность температур конденсирующегося пара и омывающей конденсатор воды становится слишком малой, что приводит к увеличению размеров конденсатора. Кроме того, понижение давления в конденсаторе приводит к увеличению конечной влажности пара.

Рис. 2.41. Влияние конечного давления пара на параметры цикла Ренкина в S-Т диаграмме