Термодинамические основы работы ТЭС (стр. 2 )

Рис. 5. Действитель­ный тепловой цикл в Т, s—диаграмме

Действительную работу, которую совершает 1 кг пара внутри турбины, принято называть ис­пользованным теплоперепадом Нi турбины.

Отношение использованного теплоперепада Нt к располагаемому Н0 называется относительным внутренним КПД ηoi турбины:

Отношение использованного теплоперепада Нt к теплоте, подведенной к 1 кг рабочего тела в котле qi, называется абсолютным внутренним КПД турбоустановки ηi -:

Абсолютный внутренний КПД можно предста­вить и как отношение внутренней мощности тур­бины ∆i- к секундному расходу теплоты q, подве­денной к рабочему телу в котле:

Внутренняя мощность турбины, Дж/с, определя­ется по формуле

Эффективная мощность Ие, которая может быть передана валу приводимой машины, меньше внутренней мощности Иi - на величину механиче­ских потерь ∆NМ турбины (потери в подшипниках и на привод маслонасоса):

Отношение эффективной мощности к внутрен­ней называется механическим КПД турбины:

Теоретическая мощность идеальной турбины, в которой использованный теплоперепад равен рас­полагаемому, определяется по формуле

Отношение эффективной мощности к теоретиче­ской называется относительным эффективным КПД турбины:

Отношение эффективной мощности турбины к расходуемому количеству теплоты, подведенной в котле, называется абсолютным эффективным КПД турбоустановки:

Отношение мощности на зажимах электрическо­го генератора Nэ к эффективной мощности Ие на­зывается КПД электрического генератора ηэг:

Отношение электрической мощности генератора к теоретической мощности идеальной турбины на­зывается относительным электрическим КПД тур­боагрегата:

Произведение абсолютного (термического) КПД на относительный электрический называется абсо­лютным электрическим КПД турбоустановки:

Из следует, что существуют два пути по­вышения экономичности турбоустановки. Первый путь направлен на увеличение термического КПД цикла за счет повышения разности средней темпе­ратуры подвода теплоты в котле и температуры, при которой отводится теплота в конденсаторе. Второй путь заключается в совершенствовании кон­струкций турбины и генератора, главным образом в уменьшении потерь в проточной части турбины, механических потерь и потерь в генераторе.

Классификация КПД и мощностей турбин и тур­бинных установок приведена в табл. 1.При оценке эффективности электрической стан­ции в целом необходимо дополнительно учитывать потери теплоты в котле, расход энергии на привод питательных насосов, потери давления и теплоты в паропроводах и др.

Таблица 1. Мощности и КПД турбин и турбинных установок

Удельный расход пара на выработку 1 кВт • ч электроэнергии

Экономичность конденсационных турбин, кДж/(кВт • ч), как правило, оценивается по удель­ному расходу теплоты на один выработанный кило­ватт-час и подсчитывается по формуле

где h0 — энтальпия свежего пара, кДж/кг; h'к — эн­тальпия конденсата отработавшего пара, кДж/кг.

Поскольку 1 кВт = 1 кДж/с, отношение расхода теплоты, выраженного в килоджоулях в секунду, к 1 кВт является безразмерной величиной

представляющей собой обратную величину абсо­лютного электрического КПД.

РАЗДЕЛ 2. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРА НА КПД ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА

Характер зависимости термического КПД от па­раметров пара в различных точках цикла проще всего установить из рассмотрения цикла в Т, s-диа­грамме. При этом для большей наглядности целесо­образно заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно. В цикле Ренкина подвод теплоты при нагреве питательной воды до температуры насыщения (ли­ния аb на рис. 1. б), при ее испарении (линия bс) и перегреве пара (линия сd) осуществляется при раз­ных температурах. Отвод же теплоты в конденсато­ре в зоне влажного пара в этом цикле, как и в цикле Карно, происходит при постоянной температуре Тк (линия еd). Следовательно, чтобы заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно, достаточно переменную температуру Т на участке подвода теп­лоты заменить эквивалентной постоянной темпера­турой Тэ (см. рис. 1.6), при которой площадь фигу­ры, ограниченной контуром эквивалентного цикла, будет равна площади фигуры, ограниченной конту­ром цикла Ренкина, т. е. КПД цикла Ренкина ηt бу­дет равен КПД эквивалентного цикла Карно ηк

откуда

Влияние давления свежего пара.

Если при не­изменных температурах отработавшего Тк и све­жего T0 пара повысить начальное давление пара р0, то вследствие повышения температуры насы­щения возрастет эквивалентная температура под­вода теплоты от Тэ до Tэ1 (рис. 6). Согласно фор­муле это приведет к увеличению абсолютно­го КПД цикла.

Однако по мере увеличения начального давле­ния эквивалентная температура цикла Тэ вначале

возрастает, затем вследствие увеличения доли под­водимой теплоты, затрачиваемой на нагрев воды до температуры насыщения, этот рост замедляется, и дальнейшее повышение давления приводит уже к снижению Тэ и экономичности цикла.

Располагаемый теплоперепад турбины Н0, т. е. числитель в формуле, с ростом р0 увеличива­ется до тех пор, пока в Н, s-диаграмме касательная аЬ к изотерме t0 = соnst не станет параллельной участку изобары рк = соnst (рис. 7). При даль­нейшем повышении р0 теплоперепад начинает уменьшаться (рис. 8).

Как видно из h, s-диаграммы (см. рис. 7), эн­тальпия свежего пара h0 при t0 = соnst с ростом дав­ления р0 понижается. Этим и объясняется тот факт, что максимум КПД nt достигается при более высоком давлении пара р0, чем максимум теплоперепада Н0.

Рис. 6. Сравнение идеальных циклов с разными начальны­ми давлениимн кара в Т, s-диаграмме	Рис. 7. Изменение располагаемого теплоперепада Н0 в за­висимости от начального давления p0 при неизменной на­чальной температуре и конечном давлении рк:аb — линия, параллельная изобаре рк и касательная к изотерме t0

Повышение начального давления пара р0 при за­данной температуре t0 и неизменном конечном дав­лении рк, как видно из Т, s-диаграммы (см. рис. 6) и h, s-диаграммы (см. рис. 7), вызывает увеличе ние его конечной влажности, которая, как будет по­казано в гл. 3, приводит к снижению относительного внутреннего КПД турбины n0i и эрозии рабочих ло­паток. Поэтому при повышении начального давле­ния следует увеличивать также и начальную темпе­ратуру либо применять промежуточный (вторичный) перегрев пара. Например, для конденсационных тур­бин без промежуточного перегрева при давлении свежего пара р0 = 3,5 ... 4 МПа начальная темпера­тура должна быть не ниже t0 = 400 ... 435 °С, а при давлении р0 = 9 МПа — не ниже 500 °С.

Рис. 8. Влияние начального давления р0 на располагае­мый теплоперепад Ho и абсолютный КПД идеального цикла nt при постоянном давлении отработавшего пара pк = 4 кПа (с. н.п. — сухой насыщенный пар)

Влияние температуры пара.

Влияние началь­ной температуры пара на термический КПД цикла легко выясняется при помощи Т, s-диаграммы. По­вышение начальной температуры от T0 до T01 (рис. 9) приводит к возрастанию средней темпе­ратуры подвода теплоты от Тэ до Тэ1 при неизмен­ной температуре отвода ее Тк и к соответствующе­му увеличению КПД цикла. В этом особенно легко убедиться, если рассматривать повышение темпера­туры как присоединение дополнительного цикла 2dd1212 к исходному циклу 1abcd21. Поскольку