Термодинамические основы работы ТЭС (стр. 3 )

в исходном цикле средняя температура подвода те­плоты Тэ ниже, чем в присоединенном, а темпера­тура отвода теплоты в обоих циклах одинакова, тер­мический КПД присоединенного цикла выше, чем первоначального. Следовательно, эквивалентная температура Tэ1 и термический КПД нового цикла, состоящего из исходного и присоединенного цик­лов, будут выше, чем исходного.

Если процесс расширения заканчивается в зоне влажного пара, то по мере повышения начальной температуры пара уменьшается степень влажности его в последних ступенях турбины. Благодаря этому одновременно с повышением термического КПД возрастает также и относительный внутрен­ний КПД турбины.

При дальнейшем повышении начальной темпе­ратуры процесс расширения может закончиться вы­ше пограничной кривой, т. е. в области перегретого пара. В этом случае несколько увеличится средняя температура отвода теплоты. Однако, поскольку изобары в области перегретого пара веерообразно расходятся вправо и вверх, средняя температура подвода теплоты увеличится сильнее, чем средняя температура отвода ее, и поэтому термический КПД цикла возрастет.

Рис. 10. Влияние начальной температуры пара t0 на рас­полагаемый теплоперепад Н0 и абсолютный КПД идеально­го цикла nt при постоянном конечном давлении рк = 4 кПа (с. н.п. — сухой насыщенный пар)

Таким образом, повышение начальной темпера­туры пара всегда приводит к увеличению абсолют­ного КПД цикла. Нетрудно убедиться с помощью h, s-диаграммы в том, что повышение начальной температуры перегретого пара всегда сопровожда­ется также возрастанием располагаемого теплоперепада (рис. 10).

Рис. 9. Сравнение идеальных циклов с разными начальны­ми температурами па­ра в Т, s-диаграмме

Перегрев пара до 545 °С широко используется в современной теплоэнергетике для повышения КПД. Дальнейшее повышение температуры перегрева в основном сдерживалось возможностями металлур­гии и было связано с заметным удорожанием элек­тростанции, поскольку оно требует применения до­рогостоящих жаропрочных сталей для пароперегре­вателей, паропроводов и деталей головной части турбины. Однако в настоящее время осуществляет­ся переход к перегреву пара до 600 °С.

РАЗДЕЛ 3. ВЛИЯНИЕ КОНЕЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В КОНДЕНСАТОРЕ НА КПД ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА

Уменьшение давления отработавшего пара рк при неизменных начальных параметрах р0 и T0 вызывает пониже­ние температуры конденсации пара, а значит, и тем­пературы отвода теплоты Тк. Понижение же сред­ней температуры подвода теплоты Тэ при этом на­столько мало, что им можно пренебречь. Поэтому уменьшение конечного давления всегда приводит к увеличению средней температурной разности подвода и отвода теплоты, располагаемого теплоперепада и термического КПД цикла.

Рис. 11. Сравните идеальных тепловых циклов с разными конечными давлениями в Т, s-диаграмме

В этом легко убедиться, если рассмотреть на Т, s-диаграмме два идеальных тепловых цикла, раз­личающихся между собой только конечным давле­нием пара. Площадь фигуры аbcdеа (рис. 11), от­носящейся к первому циклу, больше площади, за­ключенной в контуре а1bcde1a1 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, на величину

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

Теоретический предел понижения давления в цикле определяется температурой насыщения при конечном давлении рК, которая должна быть не ни­же температуры окружающей среды. В противном случае будет невозможна передача теплоты, выде­ляющейся при конденсации пара, окружающей сре­де. Практически же для более или менее интенсив­ного теплообмена между конденсирующимся па­ром, отдающим теплоту, и охлаждающей водой, воспринимающей эту теплоту, должна существо­вать конечная разность температур.

Температура насыщения отработавшего пара обычно находится из равенства

где t в — температура охлаждающей воды при входе в конденсатор; ∆t — нагрев охлаждающей воды в конденсаторе; δt — разность температур насыщения пара tК и охлаждающей воды на выходе из конденса­тора t2в, или так называемый температурный напор. Температура охлаждающей воды t1в зависит от типа водоснабжения и климатических условий. При прямоточном водоснабжении t1в принимается

равной 10—12 °С, при оборотном водоснабжении t1в =20...25 °С.

Нагрев охлаждающей воды ∆t определяется из уравнения теплового баланса конденсатора:

где т — кратность охлаждения, равная отношению расхода охлаждающей воды к расходу конденсирую­щегося пара; hк— h'к — разность энтальпий отрабо­тавшего пара и его конденсата, т. е. скрытая теплота парообразования; для конденсационных турбин

hк-h'к= 2200 ... 2300 кДж/кг.

Как видно из, чем больше кратность охла­ждения т, тем меньше нагрев охлаждающей воды ∆t, а согласно тем ниже температура конден­сации hк, а следовательно, и давление в конденсато­ре. Однако увеличение кратности охлаждения по­вышает расход энергии на циркуляционные насосы, подающие охлаждающую воду в конденсатор, а достигаемое при этом понижение давления в конденсаторе требует увеличения проходных сечений и размеров последних ступеней турбины, что связа­но с ее удорожанием. Поэтому кратность охлажде­ния обычно выбирается в пределах от 50 до 90, че­му соответствует нагрев охлаждающей воды в кон­денсаторе ∆t от 11 до 6 °С.

Температурный напор δt зависит от нагрузки поверхности конденсатора, равной количеству пара, конденсирующегося на 1 м2 поверхности в единицу времени, от чистоты этой поверхности, воздушной плотности и температуры охлаждающей воды. Обычно δt = 5 ... 10 °С.

После подстановки значений t1в, ∆t, δt в находят температуру насыщения tк, по которой за­тем с помощью таблиц водяного пара определяют давление в конденсаторе.

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

Влияние процесса конденсации пара и нагрева охлаждающей воды в конденсаторе. Замкнутость пароводяного цикла тепловых электростанций предопределяет необходимость конденсации всего расхода пара, проработавшего в турбине. Этот процесс, изображенный на рисунке 12 в Т, s-диаграмме осуществляется в конденсационной установке при постоянном давлении за счет подогрева охлаждающей воды, температура которой ниже температуры насыщения пара. На рисунке 12 изменение температуры охлаждающей воды отвечает длине пути воды в конденсаторе и на Т, s-диаграмме показано условно.

	.
Рис.12. Процесс конденсации пара и нагрева охлаждающей воды в конденсаторе	Рис. 13. Схема конденсационной установки:  1 - пар из выходного патрубка турбины;  2 - поверхностный конденсатор;  3 - циркуляционный насос;  4 - конденсатный насос;  5 - пароструйный эжектор;  6 - подвод пара к эжектору;  7 - отсос паровоздушной смеси.

 Процесс конденсации может идти при любом давлении. Однако чем меньше температура отвода теплоты цикла (что соответствует более низкому давлению конденсации), тем выше тепловая экономичность паротурбинной установки при неизменных начальных параметрах, если при этом не возникают потери из-за необратимости протекающих процессов. Характеристики водяного пара таковы, что, добиваясь расширения пара в турбине до давлений, меньших атмосферного, можно увеличить теплоперепад в ней на 25—30 и даже 40 % в зависимости от начальных параметров пара. Поэтому основная задача конденсационной установки — установление и поддержание разрежения в выхлопном патрубке турбины, а тем самым и внутри конденсатора.
 Схема конденсационной установки с учетом сказанного представлена на рисунке 13. Из выходного патрубка турбины в паровой объем поверхностного конденсатора поступает пар, отработавший в турбине. Через трубки конденсатора циркуляционным насосом прокачивается охлаждающаяся вода. Образовавшийся конденсат стекает в нижнюю часть конденсатора и конденсатным насосом возвращается в цикл. Для создания разрежения в выхлопном патрубке турбины и конденсаторе в состав конденсационной установки входит пароструйный эжектор, к которому подводят пар одного из отборов турбины (а иногда и острый пар). В связи с разрежением в конденсаторе в его паровой объем постоянно поступает воздух из окружающей среды, поэтому паровой эжектор работает непрерывно, отсасывая этот воздух из конденсатора вместе с некоторым количеством пара.