36. Влияние конечного давления.

Уменьшение давл отработавшего пара рк при неизменных нач-ых параметрах р0 и Т0 вызывает пониже­ние t конденсации пара, а значит, и t отвода теплоты Тк. Понижение же сред­ней t подвода теплоты Гэ при этом на­столько мало, что им можно пренебречь. Поэтому уменьшение конечного давл всегда приводит к увеличению средней темп-ной разности подвода и отвода теплоты, располагаемого теплоперепада и термического КПД цикла.

В этом легко убедиться, если рассмотреть на Т-S-диаграмме два идеальных тепловых цикла, раз­личающихся м/д собой только конечным давл пара. Площадь фигуры abcdea, от­носящейся к первому циклу, больше площади, за­ключенной в контуре a1bcde1a1, относящейся ко второму циклу, отличающемуся более высоким ко­нечным давлением пара, на площадь заштрихован­ной фигуры аа1е1еа. Следовательно, располагаемый теплоперепад в первом цикле больше, чем во втором.

Увеличение располагаемого теплоперепада при понижении конечного давления ясно можно видеть также из h-S-диаграммы.

Теорет предел понижения давл в цикле опред-ся t насыщения при конечном давл рк, к-ая д.б не ни­же t окружающей среды. В противном случае будет невозможна передача теплоты, выде­ляющейся при конденсации пара, окружающей сре­де. Практически же для более или менее интенсив­ного теплообмена м/д конденсирующимся па­ром, отдающим теплоту, и охлаждающей водой, воспринимающей эту теплоту, должна существо­вать конечная разность температур.

Тем-ра насыщения отработавшего пара обычно нах-ся как

(1.20)

где t1в — тем-ра охлаждающей воды при входе в конденсатор; Δt — нагрев охлаждающей воды в конденсаторе; δt — разность тем-р насыщения пара tК и охлаждающей воды на выходе из конденса­тора t2в, или так назыв-ый тем-рный напор. Тем-ра охлаждающей воды t1в зав-ит от типа водоснабжения и климатических условий. При прямоточном водоснабжении t1в прин-ся равной 10-12°С, при оборотном водоснабжении t1в = 20...25°С.

Нагрев охлаждающей воды Δt опред-ся из ур-ия теплового баланса конденсатора.

Тем-ный напор зав-ит от условий теплообмена в конденсаторе и его конструктивных характеристик. Обычно равен 5-10°С.

В современных крупных паровых турбинах давле­ние в конденсаторе составляет рк = 3,5 ... 4 кПа, что соответствует t насыщения 26—29 °С.

Сравнение идеальных тепловых циклов с разными конечными давлениями в T-S- диаграмме

37. Промежуточный перегрев пара

В теплоэнергетической уст-ке с промежу­точным перегревом (рис. 1.18) пар после расшире­ния в ЦВД турбины напр-ся в котел для вто­ричного перегрева, где тем-ра его пов-­ся от t1 до tпп. После промежуточного перегрева пар попадается в ЦНД, где расширяется до давл в конденсаторе рк.

Схема теплоэнергетической уст-ки с промежу­точным перегревом пара:

1 — пит насос, 2 — котел; 3 — пароперегреватель; 4 — часть высокого давления турбины; 5 — промежуточный перегре­ватель; 6 — часть низкого давления турбины; 7 — конденсатор

Ид тепловой цикл с промежуточным пере­гревом пара в Т,S-диаграмме

Цикл с промежуточным перегревом пара и сверх­критическим нач-ым давл в Т,S-диаграмме можно рассматривать как сочетание двух циклов, первый из к-ых 1a'abde21 явл ос­н-ым, а второй 2ee₁fg32 — доп-ным.

Если эквив-ная тем-ра доп-ного цикла (Тэ)пп выше эквив-ной тем-­ры осн-го цикла Тэ, то экономичность доп-ного цикла будет выше экономичности осн-го цикла и КПД общего цикла возрастет. При этом благодаря уменьшению влажности пара в по­следних ступенях турбины возрастут относительные внутренние КПД этих ступеней, а =>, увеличится и КПД всей турбины. Кроме того, применение промежуточного перегрева позволяет существенно повысить нач-ое давл пара при неизменной нач-ой тем-ре и обеспе­чить умеренную конечную влажность.

Процесс расширения пара в h,s-диаграмме для турбины с промежуточным перегревом пара

Располагаемая (теорет) работа, произво­димая 1 кг пара в цикле с промежуточным перегре­вом, равна сумме располагаемых теплоперепадов:

где h₀ , h_ПП — энтальпии свежего пара и пара после промежуточного перегрева; h_1t,

h_kt — энтальпии пара после изоэнтропииного расширения в цилинд­рах высокого и низкого давл.

Кол-во теплоты, затрачиваемой в котле и промежуточном пароперегревателе на 1 кг пара, составит

где h'_K — энтальпия конденсата.

Абсолютный КПД ид цикла

(1.27)

Если изоэнтропийный процесс расширения за­канчивается в области влажного пара, то КПД вы­разится как

(1.28)

Внутренний абсолютный КПД можно предста­вить в виде

(1.29)

где r\Qi, r\Qi — относительные внутренние КПД частей высокого и низкого давления турбины.

Потеря давления Δp_ПП в тракте промежуточного перегрева (в паропроводе от турбины к котлу, пере­гревателе и паропроводе от котла к турбине) приво­дит к снижению КПД, и поэтому допускается поте­ря не более 10 % абсолютного давл в промежу­точном перегревателе.

Тем-ра пара после промежуточного пере­грева обычно принимается равной или близкой тем­-ре свежего пара: t_ПП = t₀ ± (10 ... 20)°С.

Промежуточный перегрев приводит, естествен­но, к усложнению конструкции турбины, увеличе­нию расхода высоколегированных сталей и соот­ветствующему удорожанию турбины на 10—12 %.

Экономичность ид-го теплового цикла с промежуточным перегревом зав-ит от пар-­ров пара, отводимого на промежуточный перегрев.

Если принять тем-ру пара после промежу­точного перегрева равной тем-ре свежего пара T₀ и изменять тем-ру пара, отводимого на промежуточный перегрев, Т₁, то КПД присоединяе­мого цикла будет тем выше, чем выше тем-ра Т₁, однако доля его в общем цикле при этом будет уменьшаться. В частности, когда Т₁ = Т₀, промежу­точного перегрева уже не будет. При понижении же тем-ры Т1 будет уменьшаться эквив-ная тем-ра (Т_Э)_ПП, а =>, и КПД доп-го цикла, что в конечном счете может вы­звать не повышение, а снижение КПД общего цикла.

Оптимальную тем-ру пара Т₁^ОПТ, при к-ой он должен отводиться на промежуточный пере­грев, можно ориентировочно оценить во втором приближении следующим образом. Вначале опр-ют эквив-ную тем-ру Тэ = Т_К/(1 – η_t) затем по (1.27) или (1.28) подсчитывают КПД η_t^ПП сложного цикла при Т₁ = Тэ, после чего находят

(1.30)

Обычно Т₁^ОПТ = (1,02 ... 1,04)Тэ.

Давление пара перед промежуточным перегре­вом обычно выбирают равным 0,2—0,3 давления свежего пара.