И других показателей на экономичность ПТУ
Одна из задач термодинамики - установление влияния параметров рабочего тела (пара) на термический КПД цикла и определение путей его возможного увеличения. Для увеличения термического КПД паротурбинной установки в цикле Ренкина применяется перегрев пара. Для этого перед турбиной устанавливают перегреватель ПЕ (рис. 1), который увеличивает температуру и давление пара.
Само по себе увеличение давления парообразования в паровом котле преимуществ не дает. Это давление необходимо увеличивать только для того, чтобы увеличить теплоту парообразования. Но при росте давления возникает опасность разрушения котла, т.е. возникают проблемы обеспечения прочности паросиловой установки. В этом случае установка дорожает и поэтому на практике отдают предпочтение умеренным давлениям. Неблагоприятным следствием повышения давления перед турбиной является более высокая влажность выходящего из нее пара (увеличение степени влажности). Содержание капелек воды в паре увеличивает потери от трения его в проточной части турбины.
Увеличение влажности сказывается на надежности работы лопаток последних ступеней турбины, которые сильно изнашиваются от ударов капелек воды - происходит эрозия лопаток. Поэтому одновременно с повышением давления пара за паровым котлом необходимо повышать и температуру его перегрева, чтобы поддерживать влажность выходящего из турбины пара в заданных пределах.
Например, увеличение давления с 2 МПа (tн=212 оС) до 10МПа (tн=310 оС) при одной и той же температуре перегретого пара 500оС и одном и том же давлении в конденсаторе приводит к повышению КПД цикла Ренкина с 36% до 42,6%.
Перегрев пара увеличивает среднюю температуру подвода теплоты в цикле, не меняя температуру отвода теплоты. Поэтому термический КПД паросиловой установки возрастает с увеличением температуры пара перед турбиной. Поэтому, чем выше давление перед турбиной, тем больше КПД цикла Ренкина.
Увеличение температуры пара перед турбиной дает заметное повышение КПД цикла, уменьшает степень конечной степени влажности пара, однако предел повышения температуры перегрева пара в пароперегревателе ограничен жаропрочностью металла. В современных промышленных теплоэнергетических установках температура пара не превышает 600оС. в связи с этим наиболее благоприятные результаты достигаются при одновременном повышении значений начальных параметров пара – давления и температуры..
Снижение давления пара в процессе конденсации в конденсаторе приводит одновременно к снижению температуры, при которой отводится энергия в тепловой форме. Это приводит к увеличению термического КПД цикла Ренкина. Однако снижение температуры пара в конденсаторе из-за снижения давления ограничивается температурой охлаждающей воды, которая в промышленной теплоэнергетике является теплоприемником (охладителем). Если исходить из температурных условий окружающей среды (воздух, вода рек и озер), то низшая температура в цикле паросиловой установки может быть равна 20...30°С, что соответствует для водяного пара конечному давлению 0.0024...0.0043 МПа.
Следовательно, чтобы поддерживать температуру влажного пара в конденсаторе, равную 20...30°С, необходимо создать в нем относительно глубокий вакуум (97...96%). Поскольку на практике возможности увеличения термического КПД паросиловой установки за счет снижения давления за турбиной весьма ограничены, то для достижения этой цели идут путём увеличения давления и температуры пара перед турбиной. В этом случае параметры пара и цикла в целом выбираются на основе технико-экономического сравнения вариантов. При этом учитываются уменьшение габаритных размеров, металлоемкость, безопасность и экологичность работы. При высоких начальных параметрах пара и глубоком вакууме термический КПД цикла Ренкина не превышает 45…47 %.