7.6. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара

Увеличение начального давления и температуры в цикле ПТУ приводит к возрастанию его КПД. Однако существует ограничение этих параметров пара. Современное энергетическое оборудование допускает использование водяного пара с параметрами, не превышающими значения давления 24 МПа и температуры 540 ^ОС. Превышение этих параметров приводит к авариям на ТЭС, вызванных разрушением трубопроводов.

Цикл ПТУ на сверхкритическом давлении пара (Р_О>22 МПа) показан в T,s- диаграмме на рис. 7.17.

На рис.7.17 начальная температура пара перед турбиной соответствует максимально-допустимому ее значению. Такой цикл практически реализовать нельзя, т.к. конечная степень сухости пара (в точке 2) имеет меньшее значение, чем допустимое (х_Кдоп=0,88). Решение проблемы использования сверхкритических давлений в ПТУ было решено введением вторичного перегрева пара в цикле ПТУ.

Схематическое изображение цикла ПТУ с вторичным перегревом приведено на рис. 7.18. Вторичный перегрев пара позволяет увеличить КПД цикла и снизить влажность пара на выходе из части низкого давления турбины (ЧНД).

Вторичный перегрев пара осуществляется во вторичном пароперегревателе (ВПП), который располагается за частью высокого давления турбины (ЧВД). ВПП конструктивно размещается в паровом котле. Подвод теплоты к пару в ВПП идет при постоянном давлении (Р_ВП=const), которое имеет оптимальное значение.

Изображение обратимого цикла ПТУ с вторичным перегревом пара в T,s- и h,s- диаграммах показано на рис.7.19 и 7.20. По сравнению с простым циклом ПТУ здесь имеется второй процесс изобарного подвода теплоты 23 при Р_ВП=const, а процесс расширения пара в турбине состоит из процессов 12 в ЧВД и 34 в ЧНД турбины.

Энтальпия пара на выходе из ЧВД турбины (на входе в ВПП) обозначена как h’_ВП, а на выходе из ВПП (на входе в ЧНД турбины) как h”_ВП. Температура пара на выходе из ВПП обозначена как t_ВП. В данном цикле t_ВП= t_О в общем случае они могут бать не одинаковыми. Остальные обозначения аналогичны простому циклу ПТУ.

Цикл данной ПТУ, как и простой схемы ПТУ, состоит из изобарных и адиабатных процессов. Поэтому для его термодинамического расчета необходимо определить энтальпии в характерных точках процессов. Определение энтальпий h_О, ct’_К, ct_ПВ выполняется аналогично простому циклу ПТУ. Энтальпия h’_ВП определяется по s_О и Р_ВП. Энтальпия h”_ВП определяется по t_ВП и Р_ВП, одновременно целесообразно определить s_ВП. Энтальпия h_К определяется по s_ВП и Р_К.

Выбор давления вторичного перегрева пара

Давление вторичного перегрева имеет оптимальное значение. Его определяют методом вариантных расчетов. Для этого задаются величиной Р_ВП в диапазоне давлений от Р_О до Р_К и рассчитывают при неизменных остальных параметрах термический КПД цикла ПТУ. Наличие оптимального давления вторичного перегрева пара в ПТУ можно наглядно показать в T,s- диаграмме (рис. 7. 21). Поскольку начальная температура пара всегда при ее возрастании приводит к увеличению КПД ПТУ, то, как правило, принимают максимально-допустимые одинаковые значения t_ВП=t_О.

Рассмотрим два значения давления вторичного перегрева пара цикла ПТУ, представленного на рис.7.21. При Р_ВП1 термический КПД цикла ПТУ увеличиться, т.к. к простому циклу ПТУ со средне-термодинамической температурой подвода теплоты к рабочему телу Т_Om (он закрашен синим цветом), добавился цикл (он закрашен сиреневым цветом) со средне-термодинамической температурой подвода теплоты к рабочему телу Т_1m>Т_Om. При Р_ВП2 термический КПД цикла ПТУ уменьшиться, т.к. к простому циклу ПТУ добавился цикл (он закрашен зеленым цветом) со средне-термодинамической температурой подвода теплоты к рабочему телу Т_2m<Т_Om. Следовательно, в диапазоне значений давлений от Р_O до Р_К давление вторичного перегрева имеет оптимальное значение.

Построив график зависимости термического КПД цикла ПТУ от давления вторичного перегрева (рис.7.22), по максимальному значению КПД определяется оптимальное давление вторичного перегрева. Как видно из рис.7.22 термический КПД в зависимости от значения давления вторичного перегрева может быть больше, меньше или равен (при Р_ВП=Р_O) термическому КПД цикла без вторичного перегрева пара. Оптимальное давление вторичного перегрева пара обычно составляет 20–40 % от начального давления.

Введение вторичного перегрева пара в цикле ПТУ позволяет увеличит его КПД на 2 – 5 % по сравнению с простым циклом, имеющим такие же начальные и конечные параметры пара.