СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ПТУ И ПТУ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ

THE COMPARISON OF AN ELEMENTARY STEAM TURBINE SCHEME AND A STEAM TURBINE SCHEME INCLUDING AN INTERMEDIARY STEAM SUPERHEAT SCHEME

Maria Markina

Graduate student, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg

Nikolay Amosov

Ph.D. tech. Sciences, Associate Professor, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg

Аннотация. Для современной энергетической отрасли важен поиск наиболее эффективных решений эксплуатации оборудования. Данная статья содержит подробный расчет сравнения эффективности использования элементарной ПТУ и ПТУ с промежуточным перегревом пара. Сравнение производится на основе таких показателей, как расход острого пара, поступающего на турбину, и коэффициента полезного действия элементарной ПТУ и ПТУ с промежуточным перегревом.

Abstract. The most efficient decisions of equipment exploitation is very important in the modern energy industry. This article demonstrates a detailed calculation in order to compare elementary steam turbine scheme usage and intermediary steam superheat scheme usage. The comparison is made on a basis of a generated turbine steam expense and the efficiency indicator in both schemes.

Ключевые слова: ПТУ; эффективность; промежуточный перегрев пара.

Keywords: steam turbine scheme; efficiency; intermediary steam superheat.

В мировой энергетике паровые турбины используют на атомных электрических станциях, для выработки электрической мощности на КЭС, получения тепловой энергии в виде горячей воды и технологического пара на ТЭЦ. Таким образом, сфера применения турбин, работающих на вырабатываемом котлоагрегатами паре, обширна и разнообразна. Поэтому в настоящее время одной из важнейших инженерных задач энергетики является выявление решений, способных максимально повысить эффективность работы паровых турбин. Сравнение и анализ показателей, полученных при расчете тепловых схем паротурбинных установок это качественный способ определить наиболее эффективные решения при проектировании ПТУ.

Целью данной работы является сравнение энергетических показателей паротурбинной установки (ПТУ), получаемых в ходе решения тепловых схем двух видов: элементарной схемы ПТУ и элементарной схемы ПТУ с промежуточным (далее-промперегревом) перегревом пара.

Элементарная схема паротурбинной установки (рис. 1) состоит из котельного агрегата, турбогенератора, параметры пара перед которым , а также питательного насоса и конденсатора. Параметры рабочего тела перед конденсатором и после него равны соответственно  и .

Рисунок 1 Элементарная схема ПТУ

В работе принято, что топливо, сжигаемое в котле, имеет низшую теплоту сгорания [1], равную . Также приняты следующие числовые значения для показателей: температура пара авление в конденсаторе р_к=4 кПа, электрическая мощность N=100 МВт,  КПД котлоагрегата , внутренний КПД  [2], число часов использования установленной мощности Т=7100 , температура питательной воды , коэффициент для расчета промежуточного перегрева F=0,25, КПД транспорта , КПД электромеханический 

Энтальпия пара перед турбиной является функцией давления и температуры [3], т.е.  (по H-S диаграмме) , аналогично по диаграмме определяется энтальпия пара на входе в конденсатор =1866 .  По таблицам Александрова , причем конденсат на выходе из конденсатора находится на линии насыщения, поэтому . Определение термического КПД осуществляется по формуле:

где  и .

Абсолютный КПД можно определить:

где 

КПД ПТУ:

где согласно исходным данным. Тогда:

Расход пара через турбину в элементарной схеме ПТУ определяется по формуле:

Расход пара в элементарной ПТУ:

В схеме с промежуточным перегревом (рис. 2) введены новые показатели, характеризующие выход пара из цилиндра высокого давления (ЦВД) перед промежуточным перегревом, а также состояние пара после промперегрева, непосредственно перед блоком ЦСД+ЦНД (цилиндров среднего и низкого давления) соответственно:  и .

Термический КПД для процесса с промперегревом определяется формулой:

КПД термический:

Абсолютный КПД:

КПД паротурбинной установки с промперегревом:

Рисунок 2 Элементарная схема с промперегревом

С учетом коэффициента промперегрева давление перегретого пара:

Тогда на выходе из цилиндра высокого давления энтальпия пара есть функция пара и энтропии . Таким образом,  Энтальпия перегретого пара на входе в ЦСД+ЦНД определяется как функция давления промперегрева и температуры пара  :  При этом . В схеме с промперегревом пар на выходе из турбины имеет другие параметры, его энтальпия меняется в отличие от первой схемы:

Расход пара через турбину в элементарной схеме с промежуточным перегревом:

Разница, полученная в ходе расчета показателей эффективности – расхода пара в голову турбины (в элементарной схеме ПТУ равен
 и для схемы с промперегревом) и КПД ПТУ (  
и  соответственно) свидетельствует о том, что использование промежуточного перегрева пара в схемах ПТУ эффективно влияет на показатели эксплуатации оборудования, а также положительно влияет на сбережение ресурса рабочего тела-свежего пара.