Парогенератор включает два пароперегревателя различного давления водяного пара. Основной имеет большее давление, чем дополнительный.
Диаграмму Т-S:
Рассмотрим основные процессы:
(1-в) – расширение пара в первом цилиндре (ЦВД – цилиндр высокого давления). Процесс идеальный изоэнтропный.
lтехнЦВД = i1-iв
Положение точки В является неопределенным. рв< р1.
(в-а)- процесс подогрева пара в дополнительном пароперегревателе (процесс, близкий к изобарному).
qв-а = q1доб= ia – iв = Ср(Та –Тв)
ра=рв, но в действительности рв > ра на величину Δр (потери сопротивления в паропроводе и дополнительном пароперегравателе).
(а-2) - процесс расширения пара и получения технической работы в ЦНД.
lтехнЦНД =i а – i2
lтехнт = (i1 – iв)+ (iа –i2)
(2-3) – конденсация пара в конденсаторе с отводом теплоты.
q 2-3 = q2осн +q2дейс = i2 –i3
(3-4)- повышение давления в питательном насосе (изоэнтропный процесс).
l3-4 = lтехнн = i4 –i3
(4-5-6-1): 4-5 – подогрев в водяном экономайзере;
5- 6 – испарение в системе экрана котла;
6-1 – перегрев в основном пароперегревателе.
q4-5-6-1 = q1осн = i1 – i4
Добавочный цикл должен повышать термический КПД, но степень этого повышения зависит от положения точки В. Качественно можно рассмотреть диаграммы с различным положением точки В. Вывод, следующий из качественного рассмотрения, следующий: должно быть оптимальное положение точки В с оптимальной температурой начала вторичного перегрева.
Запишем термический КПД цикла с дополнительным перегревом пара:
ηt= lц/q1 =(lтехт – lтехн)/ (q1осн+ q1доб)=
= (i1- iв + ia – i2 –i4 +i3)/(ia-iв+i2 – i3)
Начертим i-S диаграмму:
Для процесса с одним перегревом построим р-υ диаграмму.
Последовательность расчета оптимального положения точки В- точка начала дополнительного перегрева.
ηt(Тв)= 1 – (q2/q1) = 1- [(q2осн +q2доп(Tв)) / (q1осн+q1доп(Тв))] =
= 1-[(i2B – i3) +(i2-i2B)]/ [(i1-i4)+(ia-iB)] =
=1 - [(i2B – i3) +T2Cp*ln(Ta/TB)] / [(i1-i4)+Cp(Ta-TB)];
di =Cp* dT
Совместим первый и второй законы термодинамики:
di= T*dS =Cp*dT → dS = Cp* (dT/T) → ΔS= Sa- SB = Cp* ln(Ta/TB)
Найдем частную производную от КПД по Тв:
ηt/(Тв) = - [T2*Cp*(1/TB)*q1 – q2 *(-Cp)]/q12 =0
В этом уравнении TB =TBопт. Решаем задачу на оптимизацию.
(T1*T2)/Tвопт – q 2 =0
q2/q1 = T2/ T вопт
ηt =1- (Т2/Т1)
Главный вывод оптимизации: температура начала добавочного перегрева T вопт равна средней температуре подвода теплоты в цикле с добавочным перегревом.
T вопт = Т1 (*)
В уравнении со (*) обе температуры неизвестны. Такое уравнение решается методом последовательных приближений.
1) Находим среднюю температуру подвода теплоты в основном цикле.
Т1осн = q1осн / (S1 –S4) = (i1 – i4)/(S1 –S4)
2) Принимаем в первом приближении
Т1=Твопт =Т1осн + (2 …3)
3) Рассчитаем Т1:
Т1 =[ (i1 – i4) + (i а– i в)]/ (Sа – S4)
4) Сравниваем Твопт и Т1
Если разница между ними не велика, тогда задача решена. Если разница существенна,то делаем второе приближение.
Дополнительный цикл с перегревом дает ряд положительных эффектов:
1) увеличивается термический КПД ТЭС;
2) в реальных процессах увеличивается так называемый внутренний относительный КПД турбины за счет снижения влажности пара в конце процесса расширения. А это в целом повышает реальный КПД цикла – внутренний абсолютный КПД цикла.
3) Повышается надежность работы последних ступеней турбины с длинными лопатками, работающими в области влажного пара.
Отрицательные эффекты:
1) усложнение схемы: добавочная поверхность в котле, два цилиндра турбины;
2) увеличиваются капитальные и эксплуатационные задачи.