РАЗДЕЛ VI. НАЧАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ

ПЕРЕГРЕВ ПАРА

Под начальными параметрами пара понимают температуру и давление пара перед турбиной и соответствующие им параметры пара на выходе из паровых котлов.

Повышение начальных параметров пара, позволяющее увеличивать КПД цикла и располагаемый теплоперепад, является одним из основных источников экономии топлива на электрических станциях. Технический прогресс на паротурбинных электростанциях в значительной мере проявлялся в повышении начальных параметров пара. Так, за прошедшие 50 лет начальное давление пара возросло с 1,5 – 2,0 до 23,5 – 24,5 МПа, т.е. в 12 – 16 раз, начальная температура – с 350 до 550^оС, т.е. в 1,3 раза.

Энергетическую эффективность повышения начальной температуры пара можно иллюстрировать на примере идеального цикла Карно. Действительно КПД цикла Карно

,

где – начальная и – конечная температура цикла, К, при этих температурах теплота подводится к рабочему телу и отводится от него.

Конечная температура пара современных крупных конденсационных турбоустановок изменяется в относительно нешироких пределах, от 295 до 310 К. Если принять = 300 К, то при = 600 и 800 К КПД цикла Карно равен соответственно 0,50 и 0,625; при = 900 К = 0,667. Такимобразом, КПД цикла Карно сравнительно быстро возрастает с повышением начальной температуры пара.

Повышение начальной температуры пара благоприятно также и в цикле Ренкина и в циклах, применяемых на паротурбинных ТЭС и АЭС, практически ограничивается прочностными и технологическими свойствами металлов (технология изготовления), надежностью их в работе, а также экономическими условиями, их удорожанием с повышением температуры, в особенности при переходе от одного класса стали к другому, более современному. Так, до температуры 450⁰С возможно применение углеродистых сталей; до температуры 550⁰С – слаболегированных сталей перлитного класса; до температуры 660⁰С – сталей ферритно-мартенситного и аустенитного классов. Переход от каждого из этих классов стали, к следующему жаропрочному и жаростойкому сопровождается повышением их стоимости в 2 – 5 раз.

Необходимость перехода к другому классу стали, зависит также от давления пара.

Повышение начального давления пара, как правило, способствует повышению КПД цикла водяного пара. Исключение составляет околокритическая область состояния пара, в которой может наблюдаться обратная зависимость – снижение КПД с ростом давления как насыщенного, так и перегретого пара при данной температуре.

Термодинамически наиболее эффективно одновременное повышение начальной температуры и начального давления пара.

Если исходить из прочностных свойств металла, то при заданном классе (и марке) стали с повышением начальной температуры приходится снижать начальное давление пара, чтобы обеспечить необходимый уровень надежности оборудования. Такие парные значения начальной температуры и давления, соответствующие одинаковой прочности оборудования, можно назвать равнопрочными начальными параметрами пара.

Повышение начального давления пара (при данной температуре) позволяет наряду с возможным улучшением тепловой экономичности электростанции увеличить мощность оборудования при допустимых его размерах (габаритах). Увеличение плотности пара с повышением его давления позволяет существенно увеличить массовый его расход и совершаемую им работу в проточной части турбины, размеры которой ограничиваются конструктивными условиями.

Промежуточный перегрев пара позволяет осуществить дополнительный подвод теплоты к рабочему телу (водяному пару) и повысить его работоспособность. Тем самым частично компенсируется ограничение начальной температуры свежего пара и повышение КПД цикла. Применение промежуточного перегрева способствует снижению конечной влажности в последних ступенях турбин, повышению надежности и экономичности их работы.

Обычно применяется одноступенчатый промежуточный перегрев пара. Для особенно крупных энергоблоков при дорогом используемом топливе возможно применение двухступенчатого промежуточного перегрева пара. Такая схема применена на некоторых крупных энергоблоках в США.

Наиболее крупные теплофикационные турбоустановки также можно выполнять с промежуточным перегревом пара. Так, в РФ серийно изготовляют теплофикационные турбины типа Т-250-240 и Т-180-130 с промежуточным перегревом пара.