Прежде всего следует заметить, что цикл Ренкина в чистом виде при высоких, а тем более сверхвысоких начальных параметрах пара (10МПа) осуществить невозможно по той причине, что влажность пара в конце расширения получается чрезмерно высокой (как известно, степень сухости влажного пара на выходе из турбины выше 13-14% не допускается в теплосиловых установках с паровыми турбинами) и условия работы лопаток последних ступеней турбины оказываются очень тяжелыми. Содержащиеся в потоке пара капельки влаги вызывают эрозию их рабочих поверхностей, и лопатки быстро выходят из строя.
Одним из способов, позволяющих снизить влажность пара на выходе из турбины, является перегрев пара. Применение перегрева пара приводит к увеличению термического к.п.д. цикла и одновременно сдвигает в T1S- диагр. точку, соответствующую состоянию пара на выходе из турбины, вправо, в область более высоких степеней сухости.
На рис. 28.6 приведена принципиальная схема паросиловой установки со вторичным перегревом. В таких установках турбина выполняется в виде двух отдельных турбин: высокого 3 и низкого 3 давлений. Обычно обе турбины и электрогенератор 6 располагаются на одном валу. Вторичный перегрев пара можно проводить газами или острым паром. Полное расширение пара от давления p1 до давления p2 разбивают на два или несколько интервалов, каждый из которых осуществляется в отдельных секциях турбины. Перегретый пар из пароперегревателя 2 поступает в турбину высокого давления 3, где расширяется по адиабате до давления p2. После турбины пар поступает в перегреватель 4 для повторного перегрева при pc=const. Затем пар направляется в турбину 5, где расширяется до давления в конденсаторе.
рис.28.6
На рис. 28.7 приведен цикл паросиловой установки с одним промежуточным перегревом в p,v-; T,S- и h,S-диаграммах.
рис.28.7
Точка 1 соответствует начальному состоянию перегретого пара, точка 2-конечному состоянию пара за турбиной после вторичного перегрева. Точка 2' -соответствовала бы конечному состоянию пара при отсутствии вторичного перегрева, процесс 1-2' -полному расширению пара, если бы оно осуществлялось в одной секции турбины, а процессы 1-е и d-2 - последовательному расширению пара в отдельных секциях турбины с промежуточным перегревом, процессом которого будет линия c-d. В результате вторичного перегрева степень сухости увеличивается от х'2 до х2. При применении одного повторного перегрева термический к.п.д. цикла повышается на 2-3%. С увеличением числа промежуточных перегревов термический к.п.д. возрастает еще больше. При давлениях, близких к критическому и сверхкритическому, иногда применяют два и более промежуточных перегревов.
Количество теплоты q1 подводимой к пару в цикле, равно сумме теплот q'1 и q'2 , которые сообщаются пару в паровом котле и во вторичном перегревателе, т.е. теплот, подводимых в процессах 5-4-6-1 и c-d. При этом:
q'1 = h1 – h5 q''1= hd – hc
q1 = q'1 + q''1 =( h1 – h5) + (hd – hc) , (28.4)
Теплота, отводимая от пара в конденсаторе в процессе 2-3,
q2= h2 – h3 , (28.5)
Разность теплот q1 – q2 превращается в работу равную
ℓ = q1 – q2 = [(h1 – h5) + (hd – hc) - (h2 – h5)] , (28.6)
или
q1– q2 = (h1 – hc) + (hd – h2) = h1 – h2
где h1 и h2 - адиабатное теплопадение в первой и во второй турбинах.
Термический к.п.д. цикла с промежуточным перегревом пара определяется из выражения: , (28.7)
Термический к.п.д. цикла с двумя промежуточными перегревами пара будет
, (28.8)
Массовый расход пара на 1МДж при применении одного из двух вторичных перегревов определяется по формулам.
; , (28.9)
T.е. массовый расход пара d с увеличением числа промежуточных перегревов пара снижается.