С вторичным перегревом пара

Действительный (необратимый) цикл ПТУ с вторичным перегревом пара в T,s- и h,s- диаграммах показан на рис.7.22 и 7.23. Необратимость этого цикла характеризуется наличием трения в адиабатных процессах расширения пара в турбине 1-2’, 3-4’ и сжатия воды в насосе 5-6’. В результате необратимости эти адиабатные процессы смещаются в сторону увеличения энтропии.

Параметры в конце необратимых адиабатных процессов индексированы буквой “i”. Так, h_впi’ – энтальпия пара на выходе из ЧВД турбины, h_кi – энтальпия пара на выходе из ЧНД турбины, ct_пвi – энтальпия воды на выходе из насоса.

Необратимость процессов расширения пара в турбине характеризуются внутренними относительными КПД турбины – h_oi^чвд и h_oi^чнд. Эти КПД определяются экспериментально и представляют отношение действительных работ ЧВД и ЧНД турбины к соответствующим теоретическим работам:

; (7.33)

. (7.34)

Процесс сжатия воды в насосе аналогичен процессу в простом цикле ПТУ, его необратимость характеризуется адиабатным коэффициентом насоса h_н:

.

Используя внутренние относительный КПД турбины и адиабатный коэффициент насоса, определяем параметры в конце необратимых адиабатных процессов 1-2’, 3-4’ и 5-6’:

;

;

.

Удельная теплота, подведенная в циклПТУ, рассчитывается в виде суммы разности энтальпий изобарных процессов 6’-1 и 2’-3:

q_1i=h_o-ct_пвi+h_вп”-h_впi’. (7.35)

Удельная теплота, отведенная из циклаПТУ, рассчитывается как разность энтальпий изобарного процесса 4’-5:

q_2i=h_кi-ct_к’.

Удельная техническая работа турбины определяется как сумма

l_тi=l_тi^чвд+l_тi^чнд=h_o-h_впi’+h_вп”-h_кi=h_oi^чвд(h_o- h_вп’)+h_oi^чнд (h_вп”- h_к). (7.36)

Удельная техническая работа насоса определяется так, как и в простом цикле ПТУ:

l_нi=ct_пвi-ct_к’=l_н/h_н.

Удельная работа циклаПТУ определяется разностью работ турбины и насоса или подведенной и отведенной теплоты:

l_i=l_тi-l_нi= q_1i- q_2i .

Тепловая экономичность необратимого цикла ПТУ характеризуется внутренним абсолютнымКПД

.

Внутренний абсолютный КПД ПТУ без учета работы насоса – “нетто” определяется как

. (7.37)

Выражение (7.37) не равно произведению термического КПД на внутренний относительный КПД, так как внутренние относительные КПД ЧВД и ЧНД турбины, как правило, разные.

Удельный расход пара на выработанный киловатт×час в реальнм цикле ПТУ определяется выражением

.

Удельный расход теплоты на выработанный киловатт×час в реальном цикле ПТУ определяется выражением

.

При известных значениях КПД механического h_м, характеризующего потери на трение в подшипниках турбины, и электрического генератора h_г, характеризующего потери в обмотках статора и ротора генератора, опред-ся следующие пок-ли экономич. цикла ПТУ.

· Электрический КПД этого цикла ПТУ определяется как

h^э = h_ih_мh_г . (7.38)

В выражении (7.38) термический и внутренний относительный КПД использовать нельзя.

· Уд. расход пара на выработанныйкиловатт×час электрической работыПТУ (как и в простом цикле) определяется выражением

.

· Уд. расходтеплотына выработанныйкиловатт×час электрической работыПТУ определяется так же, как и в простой ПТУ:

.

Соотношение электрической мощности ПТУ – W^э и расхода пара на турбину D определяется выражением

W^э=Dl_тih_мh_г. (7.39)

Регенеративный цикл ПТУ

Увеличить термический КПД цикла ПТУ можно введением регенерации. Регенеративный цикл Карно [1] для ПТУ теоретически можно реализовать в области влажного насыщенного пара (рис. 7.24). Такому циклу соответствует схема ПТУ с бесконечным числом регенеративных подогревателей, в которых вода нагревается (процесс ав для первого подогревателя) паром, последовательно проходящим через турбину (процесс 1-2), подогреватель (процесс 2-3) и т.д. (рис.7.25). КПД такого цикла может достигать значений 50 %, т.к. он близок к КПД цикла Карно в диапазоне температур Т_о^н, Т_к^н. Однако практическая реализация такого цикла невозможна по причине прохождения процесса расширения пара в турбине в области недопустимых степеней сухости пара (х_кДОП). Кроме этого данный цикл будет приближаться по экономичности к циклу Карно при бесконечно большом числе регенеративных подогревателей, что на практике реализовать, естественно, невозможно.

Компромиссное решение по применению регенерации в целях увеличения КПД цикла ПТУ было найдено в использовании регенеративных схем ПТУ с переменным расходом рабочего тела в паровой турбине. В таких регенеративных ПТУ (рис.7.26) пар, идущий на подогрев воды в подогревателях, забирается из отборов турбины. В данной схеме показаны подогреватели смешивающего типа. В таких регенеративных подогревателях вода и греющий пар при постоянном давлении смешиваются, и в расчетном режиме из подогревателя выходит вода в состоянии насыщения. Перед каждым регенеративным подогревателем в такой схеме ПТУ необходим насос, обеспечивающий давление воды в подогревателе, равное давлению пара поступающего из отбора турбины.

При дальнейшем изложении материала будем пренебрегать технич. работой всех насосов ввиду ее малой величины по сравнению с работой турбины. Условно будем считать, что все изобары в области жидкости совпадают с линией х=0. С учетом этого упрощения цикл данной ПТУ изображен в T,s- диаграмме на рис. 7.27.

Q, подведенная к раб. телу в этом цикле соответствует пр-су 6-1, а отведенная от рабочего тела – пр-су 2-3. Отведенная Q не соответствует площади под процессом 2-3 в T,s- диаграмме, поскольку необходимо учитывать количество пара, поступающего в конденсатор турбины. В отличие от простого цикла ПТУ, в конденсатор данной ПТУ поступает пар не в полном кол-ве, а меньшем на кол-во пара, забранного из

отборов турбины на регенеративные подогреватели.

Расчет такого цикла ПТУ имеет ряд особенностей, обусловленных переменным расходом рабочего тела в различных элементах ПТУ, по сравнению с простым циклом ПТУ. Прежде чем оценивать тепловую экономичность данного цикла, рассмотрим методику расчета т/д экономичности его.