Выбор числа выхлопов турбин.

В гл.3 было показано, что чем ниже давление в конденсаторе, тем больше сработанный теплоперепад, тем выше тепловая экономич­ность. По этой причине давление в конденсаторе следует принимать небольшим. С другой стороны, как это видно из рис. 12.3, чем ни­же давление в конденсаторе, тем больше удельный объем пара. Выходные скорости пара возрастают, увеличиваются потери с выходной скоростью пара (см. рис. 3.3). Для уменьшения потерь с выходной скоростью приходится применять большие сечения для выхода пара из последних ступеней турбин. Так как высота лопаток последних ступеней ограничена во избежание эрозийного износа, то и площадь выхлопа также ограничена. По этой причине для увеличения площади выхлопа берут несколько ЦНД, как правило, двухпоточных. Чем ниже давление в конденсаторе, тем больше число ЦНД.

Так, для турбины K-I000-60/I500 при высоте лопатки последней ступени 1100 мм при р_к =3,9 кПа, имеются один ЦВД и три ЦНД, а для такой же турбины с высотой лопатки последней ступени 1070 мм при р_к=5,9 кПа имеются один ЦВД и два ЦНД.

Уменьшение количества корпусов турбины сокращает ее размеры, уменьшает затраты на сооружение машинного зала. На рис. 12.4 приведены реальные процессы расширения пара в турбине в h, S -диаграмме для некоторых типов турбин. Здесь же ука­заны параметры отборного пара на регенерацию и параметры про­межуточной сепарации и промперегрева. Как видно из рис. 12.4, в СПП имеется потеря давления на гидравлические сопротивления. Давление перегретого пара составляет р_пп =0,95р_сеп.

Рис. 12.3 – Изменение температуры насыщения t_к (ºC) и удельного объема υ'' , м³/ кг насыщенного пара в зависимости от давления р_к пара

Термодинамические циклы паротурбинных установок в тs–диаграмме.

Известно, что наивысшее значение термического КПД имеет цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиобат.

Свойства водяного пара таковы, что в результате изоэнтопийного сжатия невозможно подогреть воду до наивысшей температуры цикла. В связи с этим идеальным термодинамическим циклом тепловой электрической станции является не цикл Карно, а цикл Ренкина, в котором увеличение энтальпии воды до значения, отвечающего t_нас происходит почти по нижней пограничной кривой. И следовательно,

Для цикла Ренкина на прегретом паре, как и для цикла Карно, η_t тем выше, чем выше начальная температура пара.

Для цикла Ренкина на насыщенном паре зависимость η_t = f (t₀) неоднозначна.

η_t = max при Р_нач = 13 ÷ 15 МПа.

Рассмотрим идеальные, т.е. обратимые циклы. Приняв конечное давление р_к = 0,005 МПа, рассмотрим влияние начальных параметров пара при отсутствии жестких ограничений по температуре теплоносителя. Рассмотрим Т, s – диаграмму водяного пара. Для t = 500°C нанесен цикл Карно ( рис. 1 )

Для простейшей установки, работающей по идеальному циклу Ренкина :

Тепловая и общая экономичность аэс. Термодинамические циклы паротурбинных установок на насыщенном паре в т, s –диаграмме.

На АЭС с водным теплоносителем рабочим телом является насыщенный водяной пар. Рассмотрим один из возможных циклов паротурбинных установок на насыщенном паре в Т,s -диаграмме (рис. 3.1 а,б).

Из термодинамики известно, что максимальное значение термического КПД имеет цикл Карно. Полезная работа цикла Карно равна пло­щади ac'de (рис. 3.1,б), а подведенная теплота определяется площадью а'ас'сdее'. Отношение этих площадей определяет значение термического КПД цикла Карно.

(3.1)

где t₀ и t_k - начальная и конечная температуры цикла, °С, отвечающие давлениям Р₀ и Р_к .

Свойства водяного пара таковы, что цикл Карно трудно осуществить из-за невозможности реализации подогрева воды до верхней тем­пературы цикла. По этой причине идеальным циклом для паротурбинных установок является цикл Ренкина.

Полезно использованная теплота в цикле Ренкина определяется площадью abcde , а подведенная теплота - площадью abcdee'a' . Отношение этих площадей определяет термический КПД цикла Ренкина.

(3.2)

Р азность площадей abcdee'a' и abcde определяет потери теплоты в цикле, равной площади аee'a' . Как видно из рис.3.1,б, полезно использованную в цикле теплоту можно увеличить за счет повышения р_о (а, следовательно, t_о ) и понижением р _к(t_к). В соот­ветствии с (3.1) η_t увеличится.

Рис. 3.1 - Схема цикла и Т, s – диаграмма для турбины на насыщенном паре:

1 – парогенератор;

2 – турбина;

3 – конденсатор;

4 – насос;

5 – регенеративные подогреватели;

Рис. 3.2 Зависимость η_t от р₀

1 - насыщенный пар

2 – перегретый пар 300°С

3 – перегретый пар 400°С

4 – перегретый пар 500°С