Влияние давления свежего пара на КПД цикла

Пути повышения КПД турбоустановки

 

Характер зависимости термического КПД от параметров пара в различных точках цикла проще всего установить из рассмотрения цикла в Т, s-диаграмме. При этом для большей наглядности целесообразно заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно.

В цикле Ренкина подвод теплоты при нагреве питательной воды до температуры насыщения (линия ab на рис. 1.7) при её испарении (линия bc) и прегреве пара (cd) осуществляется при разных температурах. Отвод же теплоты в конденсаторе в зоне влажного пара в этом цикле, как и в цикле Карно, происходит при постоянной температуре Т_к (линия ea¢). Следовательно, чтобы заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно, достаточно переменную температуру Т на участке подвода теплоты заменить эквивалентной постоянной температурой Т_э (рис. 1.7), при которой площадь эквивалентного цикла будет равна площади, ограниченной контуром цикла Ренкина, т.е. КПД цикла Ренкина h_t будет равен КПД эквивалентного цикла Карно h_к :

 

h_t = h_к = (T_э – Т_к)/Т_э,

откуда

Т_э = Т_к/(1 – h_t).

 

 

Если при неизменных температурах отработавшего Т_к и свежего Т₀ пара повысить начальное давление пара p₀, то вследствие повышения температуры насыщения возрастёт эквивалентная температура подвода теплоты от Т_э до Т_э1 (рис.1.10). Это приведёт к увеличению абсолютного КПД цикла.

 

Рис. 1.10. Сравнение идеальных циклов с разными начальными давлениями пара в Т, s-диаграмме

 

Однако по мере увеличения начального давления эквивалентная температура цикла Т_э сначала возрастает, затем вследствие увеличения доли подводимой теплоты, затрачиваемой на нагрев воды до температуры насыщения, этот рост замедляется, и дальнейшее повышение давления приводит уже к снижению Т_э и экономичности цикла.

Располагаемый теплоперепад турбины Н₀ с ростом р₀ увеличивается до тех пор, пока в h, s-диаграмме касательная ab к изотерме t₀ = const не станет параллельной участку изобары р_к = const (рис. 1.11).

 

Рис. 1.11. Изменение располагаемого теплоперепада Н0 в зависимости от начального давления р0 при неизменной начальной температуре и конечном давлении рк

Энтальпия свежего пара h₀ при t₀ = const с ростом давления р₀ понижается.

Повышение начального давления пара р₀ при заданной температуре t₀ и неизменном конечном давлении р_к вызывает увеличение конечной влажности пара, которая приводит к снижению относительного внутреннего КПД турбины h_oi, эррозии рабочих лопаток и допускается не более 14 %. Поэтому при повышении начального давления следует повышать также и начальную температуру либо применять промежуточный перегрев пара.