Termodinamicheskie_osnovy_ciklov_teploen ergeticheskih_ustanovok_A.A._Aleksandrov (850926), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Отсюда можно сделать вывод, что, поскольку возможности повышения термического КПД цикла за счет понижения температуры отвода теплоты практическц исчерпаны, для повышения эффективности цикла ПТУ следует искать пути увеличения средней температуры рабочего тела в процессе получения теплоты от верхнего теплового источника.
Этого можно достигнуть, увеличивая начальные параметры водяного пара (см. э 7.4) нли изменяя конфигурацию цикла. Методы, которыми можно это осуществить, будут рассмотрены ниже. 7.5. Цикл паротурбинной установки с вторичным перегревом пара В $7.3 было показано, что возможность повышения термического КПД цикла Ренкина за счет увеличения начального давления пара ограничивается требованием не превышать предельное значение 92 влажности пара в конце расширения в турбине по условию безопасности ее работы.
Этого можно избежать, изменив конфигурацию цикла введением вторичного перегрева пара при некотором промежуточном давлении. Схема ПТУ с вторичным перегревом пара показана на рис. 7.20, а соответствующий обратимый цикл в Т, я-диаграмме — на рис. 7.21. В этой установке пар с параметрами состояния 1 вначале расширяется обратимо адиабатно в части высокого давления турбины ЧВД до некоторого промежуточного давления р (точка а), после чего возвращается в паровой котел ПК, где цри постоянном давлении р, = рь вторично перегревается до температуры Тм равной нли несколько меньшей, чем начальная температура Т>.
После этого пар с параметрами состояния 6 обратимо адиабатно расширяется в части низкого давления ЧНД турбины до давления рг в конденсаторе К, затем полностью конденсируется (состояние 2'), и образовавшаяся вода, сжатая обратимо >щиабатно в насосе Н до иачаль>юго давления р,, подается в котел. Здесь прн изобарном подводе теплоты (в данном случае при давлении, большем, чем критическое давление р„ ) приготавливается пар с начальными параметрами р, и Тп и далее цикл повторяется. На Т, з-диаграмме (рис. 7.21) можно видеть, что влажность пара в последних ступенях турбины (точка 2) намного меньше, чем была Г>ы при отсутствии вторичного перегрева пара (точка с), и процесс перемещается в более безопасную область состояний пара.
Это также способствует улучшению внутреннего относительного КПД тур- 93 Т«иг- 7 — ья т, Рвс. 7.«З +- Ряс. 7д2 «с/ я бины, Влая<ность пара в конце его расширения в турбино зависит теперь от его состояния после вторичного перегрева (точка Ь), а не от начальных параметров р, и Т„что позволяет выбирать их оптимальные значения, не ориентируясь на конечную влажность пара. В частности, это позволяет использовать высокие начальные давления пара, в том числе и сверхкритические. Именно такой цикл представлен па рис.
7.2К Термичсский КПД цикла со вторичным перегревом лара может быть вычислен как Ч~ = Е„~+~ вд-!«(«,— «,) ° («,— Й,)-И,— К ) (7.22) Ч~ А Ьз) + (Ьь "«) В зависимости от выбора давления р при котором производится вторичный перегрев пара, он может быть большим или меньшим, чем КПД цикла без вторичного перегрева. Действительно, цикл со вторичным перегревом пара можно представить (рис. 7.22) как совокупность двух циклов — исходного 1 — с — 2' — 3 — 1 и дополнительного а — Ь вЂ” 2 — с — а. Поскольку оба цикла имеют одинаковую температуру отвода теплоты Т вн то суммарный цикл будет иметь термический КПД выше, чем исходный, прн условии, что средняя температура подвода теплоты в дополнительном цикле выше, чем в исходном, т.е. при Т,~,„> Т„„.
В свою очередь средняя температура до« подвода теплоты в дополнительном цикле Т, зависит от температуры начала вторичного перегрева Т„, определяемой давлением, при котором этот перегрев происходит. При уменьшении давления р„и соответственно температуры Т (от точки а' до точки а" на рис. 7.22) снижается средняя температура подвода теплоты в дополнительном поп цикле Т!ор, но увеличивается работа, совершаемая в этом цикле, и сс вклад в суммарную работу сложного цикла. Из-за противоположного влияния этих двух факторов существует оптимальная температура начала вторичного перегрева пара Т„(а следовательно, и дав- ление р, ), при которой обеспечивается максимальный прирост термического КПД цикла Ьт), за счет вторичного перегрева (рис. 7.23). Его можно найти, записав выражение для термического КПД сложного цикла То1 Т ! (д, — дз ) + с !и —,3! т),=! — — =!— '7~ А "э)+ср(То — Т„) и применив условие (д!),/дТ„)г = О.
Тогда получим Т„'' = Т4(! — т),), илн Т,"," = Т, Смысл этих соотношений понятен: если начать вторичный пере- ~ ров пара при среднсй для всего суммарного цикла температуре подвода теплоты Т„, то в дополнительном цикле вся теплота будет подводиться при температурах, ббльших чем средняя, и это обеспечит максимальный приросг термического КПД. Нахождение значеопт ння Т, приходится производить методом последовательных приближений, так как в начале расчета Т„р и т), неизвестны.
Расчеты показывают, что температура 7;, обычно близка к Т!,' + (2 — 3), К, а давление вторичного перегрева составляет (0,25 — 0,4)р,. Полученные таким образом значения можно принимать как начальные приближения. На рис. 7.24 представлен действительный необратимый цикл паротурбинной установки со вторичным перегревом пара. Внутренняя необратимость его обусловлена наличием трения в процессах расширения пара в ЧВД и ЧНД турбины и сжатия воды в насосе. Внутренний КПД такого цикла 1и (й! йо)г)о,. + А й2) йо! (лз п2')7т)о1 (!'$ йзд) + (ль йи ) 95 Рис. 7.25 Рис.
7Д4 В этой формуле относительнь|е внутренние КПД частей высокого и низкого давления турбины определяются как З)ос (ЧВд71ЧПд (Л! Ли„)1Я! Ли) (7,24) чнд т)ог = (чндичпд = (ьь ь ~У(йь "2) (725) а отьюсительный внутренний КПД насоса 7)„находится по (7.14). Применение вторичного перегрева пара позволяет повысить экономичность паротурбипной установки на 4 — 5 %.
Возможно использование и двух промежуточных перегревов пара. Такой цикл изображен на рис.7.25. Однако еще один промежуточный перегрев пара дает дополнительную возможность повысить экономичность установки всего на 1 — 1,5 % при существенном усложнении ее. Поэтому применяется ои достаточно редко на установках сверхкритических начальных параметров пара. 7.6. Ретенеративный цикл паротурбинной установки В результате эксергетического анализа паротурбипной установки (см. 5 7.4) было показано, что при повышении ее экономичности важную роль играет уменьшение внешней необратимости цикла, обусловленной большой разностью температур при передаче теплоты от горячих продуктов сгорания топлива к рабочему телу. Для этого следует повышать среднюю температуру воды и пара Т~ в процессе подвода теплоты от верхнего теплового источника.
В то же время в цикле Ренкина (рис. 7.26) имеется участок, где теплота от горячих газов передается воде в интервале низких температур — от 96 температуры в конденсаторе, близкой к температуре окружающей среды, до температуры насыщения в котле, что существенно снижает Т, . Избежать этого можно, если нагревание воды в этом интервале температур осуществлять не за счет подвода теплоты от верхнего теплового источника (горячих газов), а за счет теплоты, отводимой от того же рабочего тела (пара) на другом участке цикла. Такой процесс называется регенерацией теплоты, а цикл, в котором он используется — регенеративным циклом.
На рис. 7.27 изображен цикл, осуществляемый с насыщенным паром, в котором нагрев воды за счет теплоты, отбираемой от пара, производится вплоть до температуры насыщения. Такой процесс называется \редельлрй регенерацией, Процесс расширения пара в турбине теперь не адиабатный, так как наряду с совершением работы в нем происходит отвод теплоты от пара к нагреваемой воде.
Для того, чтобы цикл был обратимым, этот теплообмен должен осуществляться при равных температурах пара и воды в каждой точке процесса. Это означает, что теплоемкости пара и воды должны быть одинаковы на протяжении всего процесса и, следовательно, линии 3 — 4 и 1 — 2г на Т,л-диаграмме (рис.7.27) должны быть эквидистантны. В регенеративном цикле ! — 2г — 3 — 4 (рис.
7.27) подвод теплоты от верхнего теплового источника и отвод ее к нижнему тепловому источнику производятся по изотермам, между которыми осуществляются два эквидистантных процесса. Такой цикл является обобщенным циклом Карно (см. 9 2.3), Термический КПД его равен термическому КПД цикла Карно. Если же предельный регенеративный подогрев воды производится в цикле, осуществляемом не с насыщенным паром, а с перегретым (рис. 7.28), то термический КПД такого цикла будет меньше, чем у цикла Карно, но больше, чем у простого цикла Ренкина, так как по сравнению с ним средняя температура подвода теплоты Т„в регенеративном цикле выше, поскольку в нем исключен участок 3 — 4 подвода теплоты при низких температурах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
