Промежуточный перегрев пара на КЭС

В действительном процессе работы пара в турбине конечная его влажность не должна превышать примерно 12%; такое ограничение обусловлено эрозией последних рядов рабочих лопаток каплями влаги, выделяющимися из парового потока, а также снижением КПД последних ступеней, работающих на влажном паре. Это снижение к.п.д. на каждый дополнительный процент влажности пара составляет 0,5 – 1%. Имея это в виду, нужно считать не все точки кривых , реально достижимыми.

Парные значения начальной температуры и начального давления, соответствующие заданной конечной влажности пара в турбине, называют сопряженными начальными параметрами пара.Очевидно, сопряженные начальные параметры пара располагаются вi - s – диаграмме на одной общей линии рабочего процесса пара в турбине, приводящей к заданной конечной влажности пара (рис. 6.2).

Влажность отработавшего пара зависит от начальных параметров на входе в турбину и ее . Если приближенно принять для разных турбин независимо от их начальных параметров и мощности постоянное значение , то для обеспечения постоянной максимально допустимой конечной влажности отработавшего пара при заданном Р_к необходимо выбирать начальные параметры у турбин так, чтобы начальные точки процессов в i - s – координатах лежали на прямой линии, называемой линией сопряженных начальных параметров пара.

Исторически повышение начальных параметров пара на ТЭС происходило приблизительно по линии сопряженных параметров, пока не получил распространения промежуточный перегрев пара. Верхняя граница сопряженных начальных параметров пара определялась допустимой температурой металла пароперегревателей, паропроводов и паровпускных частей турбин. Соответственно этому выбиралась начальная температура пара.

Рис. 6.2. Процесс работы пара с сопряженными начальными параметрами

На верхней границе максимально допустимой начальной температуры пара целесообразно дополнительное повышение начального давления сверх значения, определяемого сопряженными параметрами, так как это способствует в большинстве случаев повышению КПД цикла. При этом линия процесса расширения пара в турбине отодвигается на i – s диаграмме влево, и чтобы вернуть ее на линию сопряженных начальных параметров, приходится проводить промежуточный перегрев пара (рис. 6.3, 6.4, 6.5).

Рис. 6.3. Принципиальная тепловая схема турбоустановки

с промежуточным перегревом пара

Рис. 6.4. Процесс работы пара в турбине с промежуточным перегревом пара

Рис. 6.5. Теоретический цикл с одноступенчатым промежуточным

перегревом пара вТ– S- диаграмме

1-7 – процесс расширения пара в части (цилиндре) высокого давления (ЧВД) турбины. Далее пар направляется в парогенератор на промежуточный перегрев. 7-8 – процесс подогрева пара в промежуточном пароперегревателе парогенератора, 8-9 – процесс расширения пара в части среднего (ЧСД) и части низкого давления (ЧНД) турбины, 9-3 – процесс конденсации пара в конденсаторе, 3-4 – процесс сжатия воды в питательном насосе (ПН), 4-5 – процесс нагрева воды до температуры насыщения в парогенераторе, 5-6 – процесс парообразования в парогенераторе, 6-1 – процесс перегрева пара в парогенераторе. 6-1 называют первичным перегревом пара в котле, 7-8 – вторичный перегрев (промежуточный) пара в котле, 1-2 – процесс расширения пара в турбине без промперегрева.

Промежуточный перегрев полезен не только благодаря снижению конечной влажности пара: при некоторых условиях он способствует повышению КПД цикла.

(6.2.1)

q₀+q_пп

Если термический КПД дополнительного цикла

(6.2.2)

будет больше, чем термический КПДосновного цикла без промежуточного перегрева

, (6.2.3)

то термический КПДцикла с промперегревом будет больше, чем термический КПД основного цикла.

Промежуточный перегрев, который в свое время вошел в энергетику, главным образом, как средство борьбы с высокой влажностью пара в последних ступенях турбин, является средством повышения термического КПДцикла. Из рассмотрения Т-s диаграммы видно, что если промперегрев осуществляется от не слишком низкой температуры и до температуры близкой к Т_0, то термический КПД дополнительного цикла будет заведомо выше термического КПД основного цикла – ведь в этом случае степень заполнения у дополнительного цикла значительно выше, чем у основного.

С понижением Р_ппКПД дополнительного цикла понижается, а его работа и влияние на КПД суммарного цикла возрастают. При очень низком давлении пара работа дополнительного цикла вновь понижается при непрерывном возрастании потерь в конденсаторе.

Совокупное влияние этих факторов обусловливает наличие существования максимума КПД цикла при некотором оптимальном давлении промежуточного перегрева.

Наиболее относительное возрастание КПД цикла с промежуточным перегревом пара по сравнению с исходным циклом достигается при максимальной температуре промежуточного перегрева, равной его начальной температуре.

Соответственно этому на уровне 540-560 ^oС и выбирается температура промежуточного перегрева.

Оптимальное давление промежуточного перегрева можно оценивать из соотношения

P_пп= (0,15 – 0,20) P_0.

На некоторых установках США применяется двукратный промежуточный перегрев. Вторая ступень промежуточного перегрева дает дополнительное повышениеКПД и соответственно дополнительную экономию теплоты 1,5 – 2,5%, для энергетических блоков большой мощности и при дорогом топливе может оправдать усложнение и удорожание установки.