Промежуточный перегрев пара

23. Каково назначение промежуточного перегрева пара? Как он осуществляется на ТЭС и АЭС? Сравните эффективность промперегрева на КЭС и ТЭЦ.

Промежуточный перегрев пара осуществляется с целью предотвращения недопустимой конечной влажности пара и повышения внутреннего относительного КПД тех отсеков турбины, которые расположены после промперегрева (рис. 13).

Рис. 13. Влияние промперегрева на конечную влажность пара (- конечная влажность пара в цикле с промперегревом)

При высоких давлениях промперегрева он позволяет еще и повысить термический КПД цикла рабочего тела (рис. 14), причем выигрыш в тепловой экономичности тем больше, чем раньше пар поступает в промпароперегреватель.

Рассмотрим, как осуществляется промперегрев пара.

На ГРЭС (т.е. на КЭС с циклом перегретого пара) возможны два способа промперегрева — газовый в газоходах котла и паровой острым паром.

Рис. 14. Влияние давления промперегрева на термический КПД цикла Ренкина

В основном применяется газовый промперегрев, обеспечивающий более высокую тепловую экономичность электростанции, но при паровом варианте снижается длина трубопроводов и упрощается котельная установка.

На АЭС с реакторами на тепловых нейтронах (а это КЭС с циклом насыщенного пара) используется только паровой промперегрев начальным паром (возможен также вариант с использованием для промперегрева и начального пара, и пара из первого отбора турбины). Это объясняется тем, что в случае направления пара после ЦВД на промперегрев непосредственно в ядерный реактор может произойти снижение надежности реакторной установки из-за ее усложнения и появления дополнительных отверстий в корпусе реактора. В целях уменьшения расхода острого пара промперегреву должна предшествовать механическая сепарация влажного пара после ЦВД. Отделение влаги в сепараторе происходит при соударении капелек воды с поверхностями волнообразно изогнутых листов (жалюзи), набранных в пакеты. Это обеспечивает сухость пара примерно 99%. Дальнейшее осушение производится в процессе промперегрева. Сепаратор располагается в одном корпусе с паро-паровой теплообменной поверхностью промпароперегревателя (рис. 15). Потеря давления в сепараторе-промпароперегревателе (СПП) обычно составляет 4−6%.

Турбины ТЭЦ не имеют промперегрева, за исключением:

• — агрегатов сверхкритического давления Т-250−240, где промперегрев необходим для уменьшения конечной влажности пара;
• — турбин Т-180/210−130, выполненных на базе К-200−130; здесь основной целью промперегрева является увеличение КПД и мощности турбоустановки.

Способ осуществления промперегрева на ТЭЦ такой же, как на ГРЭС.

Эффективность промперегрева на ТЭЦ меньше, чем на КЭС, так как теплофикационные турбины имеют меньший расход пара в конденсатор. К тому же промперегрев может привести к повышению параметров пара для теплового потребителя, что снижает величину отбора и увеличивает отвод теплоты в конденсаторе.

24. Как выбирается количество ступеней и давление промперегрева? Почему давление промперегрева на ТЭЦ желательно иметь выше, чем на КЭС?

Одноступенчатый промперегрев дает увеличение термического КПД цикла Ренкина примерно на 4,5−7%. Вторая ступень промперегрева обеспечивает дополнительное повышение этого КПД еще на 1,5−2,5%, и ее появление может быть оправданным только при использовании на ТЭС дорогостоящего топлива или большой установленной мощности электростанции и высокой загрузке электрогенерирующего оборудования.

Покажем, что существует оптимальное значение давления промперегрева P_пп. Действительно, при P_пп = P_о тепловая экономичность цикла не изменяется, поскольку в этом случае промперегрева фактически нет, а при P_пп = P_к мы имеем просто увеличение отвода теплоты в холодном источнике без изменения полезной работы в цикле (рис. 16). Но, с другой стороны, хотя бы при одном значении давления промперегрева (в интервале от P_пп = P_о до P_пп = P_к) КПД должен возрасти. Отсюда вытекает, что зависимость, показанная на рис. 16, обязательно имеет максимум.

Рис. 16. Выбор давления промперегрева

Оптимальное значение давления промперегрева определяется в результате технико-экономического анализа и при одноступенчатом промперегреве может составлять 15−20% от P_о, при двухступенчатом — 25−30% для первой ступени и 6−9% от P_о для второй.

В циклах насыщенного пара выбирается разделительное давление, т. е. давление в сепараторе P_с. Чем оно выше, тем меньше влажность пара на выходе из ЦВД щ_с, но тем больше конечная влажность (рис. 17, 18). Это означает, что одной ступени промперегрева может оказаться недостаточно. Данным обстоятельством обусловлены более высокие значения и давления в конденсаторе турбин АЭС с реакторами на тепловых нейтронах.

Рис. 17. Влияние разделительного давления на влажность пара после ЦВД и конечную влажность (- температурный напор в промпароперегревателе)

Рис. 18. Определение необходимого числа ступеней промперегрева в цикле насыщенного пара (при щ_ДОП2 необходимо не менее двух ступеней промперегрева, при щ_ДОП1 — одна)

Оптимальное давление промперегрева на ТЭЦ выше, чем на КЭС. Для теплофикационного потока пара это очевидно, поскольку он расширяется не до конечного давления, а положительное влияние промперегрева на термический КПД цикла Ренкина возрастает с увеличением P_пп (рис. 14). Следовательно, и для всего потока пара оптимальное значение P_пп для теплофикационной турбоустановки выше, чем для конденсационной.