12.3. Цикл с промежуточным перегревом пара

Анализ цикла Ренкина показывает, что h_t цикла увеличивается при повышении начального давления р₁ и при понижении конечного давления р₂. Этим объясняется, что паросиловые установки неуклонно развиваются в направлении освоения пара высокого давления.

Однако следует заметить, что применение пара высокого давления имеет одну отрицательную сторону. Дело в том, что пар высокого давления при адиабатном расширении в турбине быстро теряет свой перегрев, обращаясь в насыщенный пар с большой степенью влажности. Это свойство пара высокого давления легко обнаруживается при рассмотрении рис. 12.6. На этом рисунке начальное давление р₁¢<p₁²<p₁²¢. Из рисунка следует, что чем выше начальное давление р₁ при одной и той же начальной температуре t₁ и одном конечном давлении р₂, тем меньше степень сухости в конце расширения и тем больше степень влажности. Эта особенность паров высокого давления являлась одной из причин, затруднявших их освоение в конденсационных паросиловых установках, т.к. при работе очень влажных паров происходит значительный механический износ лопаток турбин выделяющимися каплями влаги.

Обычно степень влажности пара при выходе из турбины не допускается больше 10 - 12%.

Для уменьшения конечной степени влажности при повышении давления р₁ одновременно увеличивают температуру перегрева пара. На рис. 12.7 представлены графики адиабатного расширения пара с одним и тем же во всех случаях изменением давления от р₁ до р₂, но при различных начальных температурах t₁¢<t₁²<t₁²¢. Нетрудно видеть, что с повышением начальной температуры пара его конечная степень влажности уменьшается. Следовательно, повышение давления и температуры оказывает противоположное влияние на конечную степень влажности пара. Этим объясняется, что пар высокого давления применяется в паросиловых установках обычно при высоких температурах перегрева.

Если начальная температура перегретого пара (лимитируемая конструкцией котла и видом топлива) не обеспечивает получение допустимой конечной влажности (10 - 12 %), то применяют промежуточный перегрев пара.

Представим в координатах h, s (рис. 12.8) график 1-2¢ полного расширения пара, если бы оно осуществлялось в одной секции турбины и графики 1-с и d-2 последовательного расширения пара в отдельных секциях с промежуточным его перегревом. Графиком перегрева будет изобара c - d. Как видно из рис. 12.8, применение промежуточного перегрева в значительной мере уменьшает конечную степень влажности. Промежуточный перегрев пара чаще осуществляется котельными газами (т.е. продуктами сгорания топлива в котле) или острым паром.

Представим схему паросиловой установки с одним промежуточным газовым перегревом пара (рис. 12.9) и соответствующий цикл в координатах T, s (рис. 12.10).

Пар с параметрами точки 1 из основного пароперегревателя ПП₁ поступает с первую ступень паровой турбины I ст, в которой расширяется до состояния с (процесс 1-с), после чего выводится из турбины и направляется во вторичный (промежуточный) пароперегреватель ПП₂, где при p = const сначала подсушивается до х = 1 (процесс с-е), а затем перегревается при этом же давлении (процесс e-d) и возвращается во вторую ступень турбины II ст с параметрами точки d. Во второй ступени турбины пар расширяется до конечного давления р₂ (процесс d-2) и затем конденсируется в конденсаторе к (процесс 2-3), откуда и подается питательным насосом ПН в паровой котел ПК.

Теплота q₁, сообщаемая пару в цикле, равна сумме теплот q₁¢ и q₁², сообщаемых ему в котельной установке (процесс 3-4-5-1) и во вторичном пароперегревателе (процесс с-e-d), т.е.

q₁ = q₁¢ + q₁² = (h₁ - h₃) + (h_d - h_c).

Теплота, отдаваемая паром в конденсаторе, в процессе 2-3 q₂ = h₂ - h₃, тогда теплота q₁ - q₂, превращенная в работу, будет найдена по формуле q₁ - q₂ = (h₁ - h₃) + (h_d - h_c) - (h₂ - h₃) = (h₁ - h_c) + (h_d - h₂).

Термический к.п.д. цикла

.

Обычно при правильно выбранном давлении промежуточного перегрева пара h_t цикла при применении одного промежуточного перегрева увеличивается на 2 - 3,5 %.

Удельный расход пара на 1 кВт ч при применении одного промежуточного перегрева определится по формуле

.