Влияние параметров пара на кпд идеального цикла

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 аb на рис. 1. б), при ее испарении (линия bс) и перегреве пара (линия сd) 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 еd). Следовательно, чтобы заменить цикл Ренкина эквивалентным циклом Карно, достаточно переменную температуру Т на участке подвода теплоты заменить эквивалентной постоянной температурой Т_э (см. рис. 1.6), при которой площадь фигуры, ограниченной контуром эквивалентного цикла, будет равна площади фигуры, ограниченной контуром цикла Ренкина, т. е. КПД цикла Ренкина з_t будет равен КПД эквивалентного цикла Карно з_к

откуда Влияние давления свежего пара.

Если при неизменных температурах отработавшего Т_к и свежего T₀ пара повысить начальное давление пара р₀, то вследствие повышения температуры насыщения возрастет эквивалентная температура подвода теплоты от Т_э до T_э1 (рис. 6). Согласно формуле это приведет к увеличению абсолютного КПД цикла.

Однако по мере увеличения начального давления эквивалентная температура цикла Т_э вначале 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, т. е. числитель в формуле, с ростом р₀ увеличивается до тех пор, пока в Н, s-диаграмме касательная аЬ к изотерме t₀ ⁼ соnst не станет параллельной участку изобары р_к = соnstПри дальнейшем повышении р₀ теплоперепад начинает уменьшаться .

Как видно из h, s-диаграммы энтальпия свежего пара h₀ при t₀ = соnst с ростом давления р₀ понижается. Этим и объясняется тот факт, что максимум КПД n_t достигается при более высоком давлении пара р₀, чем максимум теплоперепада Н₀.

Повышение начального давления пара р₀ при заданной температуре t₀ и неизменном конечном давлении р_к, как видно из Т, s-диаграммы и h, s-диаграммы вызывает увеличе ние его конечной влажности, которая, как будет показано в гл. 3, приводит к снижению относительного внутреннего КПД турбины n_0i и эрозии рабочих лопаток. Поэтому при повышении начального давления следует увеличивать также и начальную температуру либо применять промежуточный (вторичный) перегрев пара. Например, для конденсационных турбин без промежуточного перегрева при давлении свежего пара р₀ = 3,5 … 4 МПа начальная температура должна быть не ниже t₀ = 400 … 435 °C, а при давлении р₀ = 9 МПа — не ниже 500 °C.

Влияние температуры пара.

Влияние начальной температуры пара на термический КПД цикла легко выясняется при помощи Т, s-диаграммы. Повышение начальной температуры от T₀ до T₀₁ приводит к возрастанию средней температуры подвода теплоты от Т_э до Т_э1 при неизменной температуре отвода ее Т_к и к соответствующему увеличению КПД цикла. В этом особенно легко убедиться, если рассматривать повышение температуры как присоединение дополнительного цикла 2dd₁2₁2 к исходному циклу 1abcd21. Поскольку в исходном цикле средняя температура подвода теплоты Т_э ниже, чем в присоединенном, а температура отвода теплоты в обоих циклах одинакова, термический КПД присоединенного цикла выше, чем первоначального. Следовательно, эквивалентная температура T_э1 и термический КПД нового цикла, состоящего из исходного и присоединенного циклов, будут выше, чем исходного.

Если процесс расширения заканчивается в зоне влажного пара, то по мере повышения начальной температуры пара уменьшается степень влажности его в последних ступенях турбины. Благодаря этому одновременно с повышением термического КПД возрастает также и относительный внутренний КПД турбины.

При дальнейшем повышении начальной температуры процесс расширения может закончиться выше пограничной кривой, т. е. в области перегретого пара. В этом случае несколько увеличится средняя температура отвода теплоты. Однако, поскольку изобары в области перегретого пара веерообразно расходятся вправо и вверх, средняя температура подвода теплоты увеличится сильнее, чем средняя температура отвода ее, и поэтому термический КПД цикла возрастет.

Таким образом, повышение начальной температуры пара всегда приводит к увеличению абсолютного КПД цикла. Нетрудно убедиться с помощью h, s-диаграммы в том, что повышение начальной температуры перегретого пара всегда сопровождается также возрастанием располагаемого теплоперепада.

Перегрев пара до 545 °C широко используется в современной теплоэнергетике для повышения КПД. Дальнейшее повышение температуры перегрева в основном сдерживалось возможностями металлургии и было связано с заметным удорожанием электростанции, поскольку оно требует применения дорогостоящих жаропрочных сталей для пароперегревателей, паропроводов и деталей головной части турбины. Однако в настоящее время осуществляется переход к перегреву пара до 600 °C.