Влияние параметров пара на термический КПД цикла Ренкина

Анализ влияния параметров пара удобно выполнить графически при помощи T – s диаграммы, записав выражение для термического КПД через среднеинтегральные температуры:

.

Зависимость КПД от давления в конденсаторе p ₂.

При увеличении давления пара p ₂ среднеинтегральная температура , увеличивается сильнее, чем (рис.3.5), поэтому термический кпд с ростом давления в конденсаторе уменьшается. Уменьшение давления в конденсаторе с целью увеличения термического КПД ограничивается давлением насыщения воды при температуре окружающей среды, так как охлаждающая вода поступает в конденсатор из окружающей среды. В современных паротурбинных установках p ₂ = 0.03…0,04 бар, что соответствует температуре насыщения» 24…28^о С.

Зависимость КПД от температуры пара перед турбиной t ₁.

При неизменных p ₁ и p ₂ увеличение t ₁ приводит к росту h_t, так как повышается среднеинтегральная температура подвода теплоты (рис.3.6).

Рис.3.5 Рис.3.6 Рис.3.7

Зависимость КПД от давления в котельной установке p ₁.

Поскольку при увеличении давления p ₁ увеличивается температура насыщения, т.е., высота горизонтального участка, на котором подводится часть теплоты, но уменьшается длина этого участка, соответствующего парообразованию, то термический КПД может как увеличиваться, так и уменьшаться. (рис.3.7). Анализ показывает, что для параметров пара, характерных для современных паротурбинных установок увеличение давления p ₁ приводит к росту термического КПД h_t.

Каждый из рассмотренных способов имеет свои достоинства и недостатки. Увеличение влажности пара на последних ступенях турбины (в конце процесса расширения пара) приводит к увеличению потерь и более интенсивному износу лопаток турбины. Поэтому увеличение температуры пара перед турбиной t ₁ является положительным фактором, а увеличение давления в котельной установке p ₁ и уменьшение давления в конденсаторе p ₂ – отрицательным. Кроме того, увеличение p ₁ увеличивает материалоемкость и габариты установки.

В настоящее время давления пара перед турбиной составляют p ₁=240…300 бар, температуры t ₁=545…600° С. Дальнейшее повышение параметров ограничивается свойствами конструкционных материалов.

3.2.4. Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара

Промежуточный перегрев уменьшает влажность пара на последних ступенях

турбины. Параметры перегрева выбираются такими, чтобы термический
КПД цикла увеличивался. Схема установки и термодинамический цикл в p – v, T – s и h – s координатах изображены на рис.3.8 и 3.9. Рис.3.8

 

Рис.3.9

Процесс адиабатного расширения пара в турбине разбивается на две стадии (1–a и b–2), между которыми пар дополнительно перегревается в дополнительном пароперегревателе котельной установки (a – b).

Если пренебречь работой насоса, то удельная работа этого цикла равна

;

удельные количества подведенной и отведенной теплоты –

, ;

термический КПД цикла – .