Влияние начальных и конечных параметров пара на экономичность

Паротурбинной установки

(самостоятельное изучение)

Рост начальных параметров пара в турбоустановке, позволяющий увеличивать КПД цикла и располагаемый теплоперепад турбины, является одним из основных источников экономии топлива на ТЭС (рис. 2.5).

А) б)

Рис. 2.5. Влияние давления р₀(а) и температуры t₀ (б) свежего пара на эффективность цикла

Энергетическая эффективность повышения начальной температуры пара следует из оценки КПД идеального цикла Карно (на рис. 2.5,а и рис. 2.5,б показаны эквивалентные по экономичности циклам Ренкина циклы Карно с соответствующими эквивалентными температурами Т_э). Повышение начального давления пара, как правило, способствует повышению КПД цикла. Исключение составляет околокритическая область состояний водяного пара, в которой может наблюдаться обратная зависимость – снижение КПД. Из термодинамических соображений наиболее эффективно одновременное повышение начальных температуры и давления пара. Повышение начального давления позволяет увеличить мощность оборудования при его допустимых габаритных характеристиках. Увеличение плотности пара с ростом давления позволяет существенно увеличить массовый расход и совершаемую работу в проточной части турбины. С повышением температуры и уменьшением плотности пара (ростом его удельного объема) уменьшаются потери трения, увеличиваются высоты лопаток турбинных ступеней и уменьшаются потери в них, уменьшаются относительные потери из-за протечек пара через зазоры турбинной ступени, снижается конечная влажность пара. В связи с этим при повышении начальной температуры растет значение h_oi. Повышение начального давления действует в обратном направлении. В результате этих эффектов максимальные значения h_i^макс смещаются в сторону меньших значений начального давления по сравнению с максимумами h_t^макс.

Влияние начального давления р₀ (давления свежего пара).

На рис.2.5,а представлены циклы Ренкина для ПТУ при двух уровнях подвода теплоты, определяемых температурами насыщения Т₀¹ и Т₀₁¹ (Т₀=const, T_к=const). Повышение температуры насыщения здесь достигается ростом начального давления водяного пара р₀. Видно, что с ростом Т_э абсолютный КПД цикла увеличивается: h_t=h_к=(Т_э-Т_к)/Т_э. Но следует принимать во внимание, что по мере роста начального давления эквивалентная температура Т_э вначале растет, а затем, из-за увеличения доли подводимой теплоты, затрачиваемой на нагрев воды до температуры насыщения, этот рост замедляется. Для поддержания допустимого уровня влажности в последней ступени ЦНД турбины (у₂ = 11 - 12%) необходимо с ростом начального давления одновременно повышать и начальную температуру.

Рост начальной температуры Т₀

Приводит к увеличению средней температуры подвода теплоты в цикле от Т_э до Т_э1 и соответствующему увеличению КПД цикла (рис.2.5,б). С ростом T₀ уменьшается степень влажности пара в последних ступенях ЦНД паровой турбины, что способствует росту ее экономичности (h_oi).

Влияние конечного давления р_к.

Уменьшение давления отработавшего в турбине пара при неизменных начальных его параметрах вызывает понижение температуры конденсации и, следовательно, температуры Т_к, при которой отводится теплота холодному источнику в цикле ПТУ. Поэтому повышается как располагаемый теплоперепад турбины Н₀, так и термический КПД цикла. Предел понижения давления р_к определяется соответствующей ему температурой насыщения, которая должна быть не ниже температуры окружающей среды. В противном случае невозможна передача холодному источнику теплоты, выделяющейся при конденсации пара. В современных конденсационных турбоустановках давление в конденсаторе составляет р_к=3…5 кПа, что соответствует температуре насыщения t_к=24…33⁰С. Для теплофикационных турбоустановок р_к = 5 - 6 кПа.