Влияние основных параметров на величину КПД цикла Ренкина

С увеличением начального давления и начальной температуры пара и понижением конечного давления в конденсаторе КПД ПСУ – растет.

Влияние начального давления пара

При увеличении начального давления пара и одном и том же конечном давлении в конденсаторе КПД ПСУ – значительно увеличится, а расход пара  – уменьшится.

Рис. 4.6 Влияние начального давления на КПД ПСУ

Увеличение начального давления с  до  связано с повышением температуры насыщенного пара, т.е. с повышением средней температуры подвода теплоты, что при одной и той же температуре отвода теплоты в конденсаторе приводит к повышению КПД ПСУ.

С ростом начального давления понижается конечная влажность пара (повышается степень сухости как видно по is-диаграмме), что также положительно, – капли воды разрушают лопатки последних ступеней турбины. Конечная влажность пара свыше 13-14% не допускается.

В настоящее время применяют .

Влияние начальной температуры пара

Рис. 4.7 Влияние начальной температуры пара на КПД ПСУ

При повышении начальной тепературы пара происходит увеличение КПД ПСУ, т.к. увеличивается среднеинтегральная температура подвода теплоты в цикле. Кроме того, при этом растет адиабатное теплопадение (h).

Увеличение КПД цикла будет более значительным если одновременно с температурой будет возрастать и начальное давление пара.

При повышении начальной тепературы пара расход пара  – уменьшится.

В настоящее время используют пар с температурой до 565 ^оС (и до 600 ^оС и выше). Температура перегрева пара ограничена жаропочностью металла.

Влияние конечного давления в конденсаторе

Понижение давления в конденсаторе является особенно эффективным средством для повышения термического КПД цикла паротурбинной установки.

Рис. 4.8 Влияние конечного давления на КПД ПСУ

Из is-диаграммы видно, что понижение давления в конденсаторе значительно уменьшает среднеинтегральную температуру отвода теплоты и увеличивает адиабатное теплопадение h, а, следовательно, и КПД цикла.

Выбор конечного давления в конденсаторе определяется температурой охлаждающей воды, т.к. для интенсивного теплообмена разность температур между паром и водой должна быть 10-15 ^оС.

Регенеративный цикл ПСУ

Термический КПД цикла можно значительно повысить введением регенерации теплоты.

Условный предельно-регенеративный цикл ПСУ на рис. 4.9

Подогрев питательной воды (процесс 4-5) производится за счет отведенной теплоты в процессе 2-3.

При этом количество теплоты, отведенное в процессе 2-3 и измеряемое пл. 27832, равно количеству теплоты, подводимому в процессе 4-5 – пл. 04590.

В регенеративном цикле средняя температура подвода теплоты от внешнего источника к рабочему телу получается выше, чем у обычного цикла Ренкина, поэтому регенеративный цикл имеет больший КПД, чем цикл Ренкина, но меньший, чем цикл Карно в таком же интервале температур.

Рис. 4.9 Условный предельно-регенеративный цикл ПСУ

Рис. 4.10 Цикл Ренкина (идеальный)

Рис. 4.11 Цикл эквивалентный по термическому КПД предельно-регенеративному циклу ПСУ

Из анализа цикла на на рис. 4.9 следует, что использованная теплота на участке 2-3 для подогрева воды в процессе 4-5 уменьшает удельную полезную работу пара по сравнению с обычным циклом (см. рис. 4.10), т.е. регенеративный цикл характеризуется большим удельным расходом пара.

Ввиду равенства площадей под кривыми процессов 2-3 и 4-5 цикл на рис.4.9 можно заменить эквивалентным по термическому КПД циклом – рис.4.11.

Термический КПД эквивалентного цикла:

                           (4.9)

Где  – абсолютная температура пара в конденсаторе;

 – энтропия перегретого пара;

 – энтропия кипящей жидкости;

 – энтальпия перегретого пара;

 – энтальпия кипящей жидкости при начальном давлении .

На практике регенеративный подогрев питательной воды осуществляется в нескольких последовательно вклбченных подогревателях, в каждый из которых поступает небольшое количество пара, отбираемого из соответствующей ступени турбины (такой реальный цикл невозможно изобразить на Ts-диаграмме).

В зависимости от способа включения греющего пара и конденсата в общую сеть питательной воды возможны различные схемы регенерации, отличающиеся по эксплуатационным и экономическим характеристикам.

Рис.4.12

На рис 4.12 – каскадная схема паротурбинной установки с тремя отботами пара для подогрева питательной воды.

1 – паровой котел;

2 – пароперегреватель;

3 – паровая турбина;

4 – конденсатор;

5 – насос питательной воды;

6 – поверхностный подогреватель;

7 – дренажный насос;

8 – конденсат греющего пара;

9 – питательная вода;

10 – греющий пар из отбора турбины.

Поступающий из котла пар в турбину 3 имеет давление , температуру  и энтальпию ; в конденсаторе 4 давление , температура и энтальпия .

Через турбину проходит не весь пар. Из каждого килограмма пара, поступающего в турбину, отбирается:

 kг в первый подогреватель 6 с энтальпией , давлением  и температурой ;

 kг во первый подогреватель с энтальпией , давлением  и температурой ;

 kг в третий подогреватель с энтальпией , давлением  и температурой ;

Отводится в кондесатор  кг пара.

Тогда:

Образовавшийся конденсат