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 в i - s – диаграмме на одной общей линии рабочего процесса пара в турбине, приводящей к заданной конечной влажности пара (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Процесс работы пара с сопряженными начальными параметрами

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.

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. ПТС турбоустановки с промежуточным перегревом пара

Рис. 6.4. Теоретический цикл с одноступенчатым промежуточным

перегревом пара в Т– S - диаграмме

Рис. 6.5. Процесс работы пара в турбине с промежуточным перегревом пара

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

(6.1.1)

q ₀ + q _пп

Если термический КПД дополнительного цикла

(6.2.2)

будет больше, чем термический КПД основного цикла без промежуточного перегрева

, (6.2.3)

то термический КПД цикла 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 КПД цикла. 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 _пп КПД 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 ⁰С 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 повышение КПД и соответственно дополнительную экономию теплоты 1,5 – 2,5 %, для энергетических блоков большой мощности и при дорогом топливе может оправдать усложнение и удорожание установки.