Тепловые схемы простейших КТЭУ

Для построения тепловой схемы простейшей котлотурбинной установки открытого цикла (рис. 71) достаточно трех элементов: главного котла, главной турбины и насоса. В такой тепловой схеме питательный насос подает забортную воду в паровой котел. Котел вырабатывает перегретый пар заданных параметров с энтальпией i ₁ в количестве G_K. Весь выработанный котлом пар направляется в главную турбину (G_r=G_K). Совершивший в турбине полезную работу пар выбрасывается в атмосферу.

Такая тепловая схема в принципе работоспособна, но на практике применялась только на заре возникновения судовых паросиловых установок. Питание забортной водой современных высоконапряженных паровых котлов приводит к интенсивному накипеобразованию и выходу из строя трубных поверхностей нагрева. Выброс пара из турбины в атмосферу снижает КПД цикла и приводит к необходимости постоянного пополнения рабочего тела из внешнего источника. Для открытого цикла КТЭУ характерны следующие термодинамические процессы:

2' - 3 - сжатие воды в насосе;

3-4 - подогрев питательной воды до температуры кипения;

4-5 - испарение воды в котле;

5-1 - перегрев пара в пароперегревателе;

1-2 - расширение пара в турбине до атмосферного давления;

2-2' - условный замыкающий процесс охлаждения пара в
атмосфере.

В тепловой схеме КТЭУ закрытого цикла (рис. 72) к прежним трем элементам добавляется четвертый - главный конденсатор. В такой тепловой схеме весь пар, выработанный котлом - G_K, с энтальпией i ₁ направляется в главную турбину (G_r=G_K). Отработавший в главной турбине пар с энтальпией i₂ поступает в главный конденсатор, где от него отводится теплота к забортной воде. При охлаждении пар конденсируется, образовавшийся конденсат с энтальпией i₂ забирается насосом и подается в главный котел. В главном конденсаторе, за счет значительного уменьшения объема пара при его конденсации, образуется вакуум, в результате чего обеспечивается более полное расширение пара в главной турбине до давления ниже атмосферного - _Рк.

Так как при сжатии в насосе изменения термодинамического состояния конденсата не происходит, то считаем значения энтальпии конденсата после главного конденсатора, на выходе из насоса, и питательной воды на входе в котел, равными: 1=i ₃ =i_т. Рассмотренная простейшая тепловая схема КТЭУ закрытого цикла работает в полном соответствии с термодинамическим циклом Ренкина. Для закрытого цикла КТЭУ характерны следующие термодинамические процессы:

1-2 - расширение пара в главной турбине до давления в главном конденсаторе;

2-2' - конденсация пара в главном конденсаторе;

2'-3 - сжатие конденсата в насосе;

3-4 - подогрев питательной воды до температуры кипения в котле;

4-5 - испарение воды в котле;

5-1 - перегрев пара в пароперегревателе котла.

Рис. 72. Тепловая схема и термодинамический цикл простейшей КТЭУ закрытого типа.

Кр - главный конденсатор;

р_к - давление в главном конденсаторе; р_а - атмосферное давление.

КПД любого теплового двигателя равен отношению полезной теплоты к затраченной. В тепловых схемах КТЭУ полезной теплотой считается теплота, отданная паром в главной турбине. Значение полезной теплоты равно произведению расхода пара в главной турбине на яазность энтальпий пара на входе в турбину и на выходе из нее: Затраченной теплотой считается теплота, ушедшая на парообразование и перегрев пара в котле. Ее значение равно произведению паропроизводительности котла на разность энтальпий перегретого пара на выходе из котла и питательной воды на входе в него: Или, с учетом равенства . На основании

изложенного, выражение для КПД тепловой схемы будет иметь вид:

Учитывая, что для простейшей тепловой схемы КТЭУ весь пар, выработанный котлом направляется только на главную турбину выражение для КПД тепловой схемы, работающей по циклу Ренкина, примет вид:

В теории ПСУ с целью упрощения расчетов принимаются следующие допущения:

- полезная работа совершается только в главной турбине;

- КПД котла, главной турбины и ВМ равны 1,0 (100 %);

- отсутствуют гидравлические и тепловые потери в трубопроводах;

- площади теплообмена в теплообменных аппаратах (ТОА) равны бесконечности (идеальная теплопередача).

Тепловая схема КТЭУ со вспомогательными механизмами,

Работающими на вакуум (СХЕМА «К»)

В любой котлотурбинной установке в состав обслуживающих систем входит достаточно большое количество вспомогательных механизмов, в большинстве своем имеющих турбопривод. Наиболее простым способом включения вспомогательных турбомеханизмов в тепловую схему является подача на их турбоприводы пара полных параметров, вырабатываемого главным котлом, и сброс отработавшего во вспомогательных механизмах пара в главный конденсатор (т.е. включение турбоприводов ВМ параллельно главной турбине). С точки зрения теплотехники работа тепловой схемы не зависит от количества турбоприводов, поэтому для упрощения схемы объединим все турбоприводы вспомогательных механизмов в один привод насоса питательной воды.

Тепловая схема КТЭУ со вспомогательными механизмами, работающими на вакуум, показана на рис. 73. Пар из котла с расходом G_K и энтальпией i ₁ поступает на главную турбину - G_r, и на турбоприводы вспомогательных механизмов - G_BM. Из главной турбины и турбоприводов ВМ отработавший пар с энтальпией i₂ сбрасывается в главный конденсатор. Конденсат с энтальпией i'₂ забирается насосом и подается в главный котел.

В этой тепловой схеме, благодаря наличию турбоприводов ВМ, появляется вспомогательный цикл КТЭУ. Но поскольку начальные параметры пара для главной турбины и турбоприводов ВМ одинаковы, как одинаковы и параметры отработавшего в них пара, то главный и вспомогательный циклы полностью совпадают, и ничем не отличаются от термодинамического цикла простейшей КТЭУ, работающей по циклу Ренкина.

Затраченная работа в такой установке равна соответствует теплоте, ушедшей на испарение водыи перегрев пара в паровом котле

Полезная работа цикла равна и соответствует

работе, совершенной паром в главной паровой турбине.

Соответственно КПД схемы «К»:

Отношение- называется относительной паропроизводительностъю котлов.

Отношение - КПД идеалъного циклаРенкина.

Учитывая вышеизложенное, КПД простейшей тепловой схемы ПСУ со вспомогательными механизмами, примет вид:

Относительная паропроизводительность котлов fi может принимать значения от 1.15 - на полных ходах, до 2.0 - на малых ходах.

Тепловая схема КТЭУсо вспомогательными механизмами,

Работающими на противодавление (схема «я»)

Тепловая схема с работой вспомогательных механизмов на вакуум имеет свои недостатки. При включении ВМ в работу параллельно главной турбине в турбоприводах вспомогательных механизмов приходится срабатывать теплоперепады, равные теплоперепаду главной турбины. Это приводит к следующим явлениям:

• увеличению удельного объема пара при расширении в турбоприводах вспомогательных механизмов, и соответственно, к увеличению диаметров трубопроводов отработавшего пара и малогабаритных показателей как турбоприводов вспомогательных механизмов, так и всей КТЭУ в целом;

• снижению надежности установки из-за работы части паропроводов под давлением ниже атмосферного;

• определенным трудностям при проектировании экономичных турбин приводов вспомогательных механизмов малой мощности.

Снизить значение теплоперепадов, срабатываемых в турбинах ВМ, возможно, если заставить турбомеханизмы работать не на вакуум, а на давление выше атмосферного. С этой целью на трубопровод отработавшего пара вспомогательных механизмов устанавливают автоматический клапан, поддерживающий за турбинами приводов ВМ постоянное давление выше атмосферного - p_отр. При превышении давления в трубопроводе отработавшего пара выше заданного, клапан открывается и перепускает излишки отработавшего пара в главный конденсатор. При понижении давления клапан полностью закрывается, восстанавливая заданное значение давления. Трубопровод отработавшего пара от турбоприводов ВМ до автоматического клапана называют системой отработавшего пара вспомогательных механизмов, а сам клапан - клапаном излишков отработавшего пара. При перепуске излишков пара в главный конденсатор через клапан излишков, в нем происходит процесс дросселирования пара от давления в системе отработавшего пара p_ОТР, до давления в главном конденсаторе - p_к.В главном конденсаторе пар вспомогательных механизмов смешивается с паром главной турбины, охлаждается и конденсируется. Конденсат, образовавшийся из пара главной турбины и пара ВМ, забирается насосом и подается в главный котел. В итоге в турбоприводах ВМ срабатывается теплоперепад, соответствующий процессу 1-2,_м, а в главной турбине -соответствующий процессу 1-2.

Тепловая схема и термодинамический цикл КТЭУ с ВМ, работающими на противодавление (схема «П»).

КИ - клапан излишков; Р_ОТР - давление в системе отработавшего пара ВМ;

Главный цикл КТЭУ: 1-2-2'-3-4-5-1;

Вспомогательный цикл КТЭУ: 1 - 2_ВМ - g - k - 2' -3-4-5-1.

Главный цикл КТЭУ состоит из термодинамических процессов:

1-2 - расширение пара в главной турбине до давления в главном конденсаторе;

2-2' - конденсация пара главной турбины в главном конденсаторе;

2'-3 - сжатие конденсата в насосе;

3-4 - подогрев питательной воды до температуры кипения в котле;

4-5 - испарение воды в котле;

5-1 - перегрев пара в пароперегревателе котла;

К вспомогательному циклу КТЭУ относятся следующие процессы:

- дросселирование отработавшего пара в клапане излишков до
давления в главном конденсаторе (изоэнтальпный процесс);

- охлаждение отработавшего пара ВМ в главном конденсаторе
до температуры насыщения;

- конденсация отработавшего пара ВМ в главном
конденсаторе;

- сжатие конденсата в насосе;

- подогрев питательной воды до температуры кипения в
котле;

- испарение воды в котле;

- перегрев пара в пароперегревателе котла.

Применение в тепловых схемах турбоприводов ВМ, работающих на вакуум или на противодавление, приводит к дополнительным потерям теплоты в цикле КТЭУ, и дополнительным затратам топлива в котле на генерирование пара для работы вспомогательных механизмов. По этой причине КПД любого цикла КТЭУ со вспомогательными механизмами всегда меньше КПД цикла Ренкина.

Работа вспомогательных механизмов на противодавление приводит к дополнительным потерям тепла во вспомогательном цикле:

где:

-потеря тепла по пару - потеря тепла по воде

Вывод КПД цикла с ВМ, работающими на противодавление:

КПД цикла ПСУ: , но

Расход пара на вспом. механизмы: Расход пара на главные механизмы: Отсюда:

где:относительная мощность вспомогательных

механизмов.

Рассмотрим дробь:

Умножим числитель и знаменатель дроби на

в этой дроби:

где:

- коэффициент охлаждения, показывающий относительное

увеличение затрат тепла в котле на 1 кг пара, работающего во вспомогательных механизмах;

- КПД цикла Ренкина для вспомогательных механизмов. С учетом изложенного КПД ПСУ, выполненной по «Схеме П» выглядит:

Таким образом, появление в схеме клапана излишков КИ привело к появлению , связанного с потерей - и , связанного с

потерей

3. Регенеративные тепловые схемы ПСУ 2- го рода

Реальные тепловые схемы КТЭУ включают достаточно большое число вспомогательных механизмов, работающих на противодавление ((1 = 1,15,1,20). Отработавший пар турбомеханизмов имеет достаточно высокие параметры: давление 0,19 ÷ 0,2 МПа, и температуру около 120 ÷ 130 °С. При дросселировании этого пара через клапан излишков и сбросе его в главный конденсатор значительная часть теплоты цикла КТЭУ уходит на подогрев забортной воды н не используется полезно в самом цикле.

Полезно использовать это тепло и существенно повысить экономичность установки позволяет утилизация теплоты отработавшего во вспомогательных механизмах пара путем подогрева им питательной воды в водоподогревателях. С другой стороны, подача в котел предварительно подогретой воды снижает расход топлива, затрачиваемого на подогрев питательной воды в самом котле до температуры кипения, что также повышает экономичность установки. К примеру: при рабочем давлении пара в котле _Рк= 4,0 МПа температура кипения воды составляет t_S = 250

°С. При подаче воды в котел без подогрева с температурой t_m = 60 °С, эту воду необходимо довести до кипения - нагреть на 190 °С. При подаче предварительно подогретой питательной воды с температурой t_m = 110 °С, температурный диапазон нагрева воды до кипения уменьшается до 140 °С.

В судовых котлотурбинных энергетических установках используются следующие типы водоподогревателей:

• водоподогреватели поверхностного типа, в которых передача теплоты от греющего пара нагреваемой воде осуществляется через трубную поверхность нагрева;

• водоподогреватели смесительного типа (деаэраторы), в которых подогрев питательной воды осуществляется путем смешения мелко распыленного конденсата с греющим паром.

Тепловая схема КТЭУ с водоподогревателей поверхностного типа (схема «ВПП»)

Работа схемы «ВПП» происходит следующим образом (рис. 75). Пар, вырабатываемый главным котлом, направляется в главную турбину - G_r, и на турбоприводы вспомогательных механизмов - G_BM. Отработавший пар главной турбины поступает в главный конденсатор, отработавший пар вспомогательных механизмов - в систему отработавшего пара, в которой клапаном излишков автоматически поддерживается постоянное давление - p_отр, выше атмосферного. Из системы отработавшего пара греющий пар

поступает в водоподогреватель поверхностного типа, где отдает свое тепло конденсату, прокачиваемому через трубную поверхность нагрева ВПП. Отдав тепло, греющий пар конденсируется. Образовавшийся конденсат греющего пара скапливается в нижней части ВПП. Удаление конденсата из ВПП производится в главный конденсатор по трубопроводу дренажа конденсата греющего пара. В конденсаторе конденсат греющего пара смешивается с конденсатом отработавшего пара главной турбины. Насос забирает конденсат из главного конденсатора, направляет его сначала в водоподогреватель, и затем, в уже подогретом виде, в главный котел.

Тепловая схема и термодинамический цикл КТЭУ с водоподогревателем поверхностного типа (схема «ВПП»)

ВПП - водоподогреватель поверхностного типа;

Главный цикл КТЭУ: 1-2-2'-3-4-5-1;

Вспомогательный цикл КТЭУ: 1-2 _вм - к -2'_вм —2' — 3 — 4 — 5 — 1.

В такой тепловой схеме в идеальном случае весь пар из системы отработавшего пара поступает в водоподогреватель, клапан излишков при этом закрыт и травления пара в конденсатор не происходит. При этом вся теплота отработавшего в механизмах пара поступает на подогрев воды, и утечек теплоты из цикла КТЭУ не практически происходит (за исключением части теплоты, отдаваемой конденсатом греющего пара в главном конденсаторе). В случае повышения давления в системе отработавшего пара выше значения, поддерживаемого клапаном излишков (что возможно при использовании большого числа турбоприводов ВМ), часть пара сбрасывается в главный конденсатор через клапан излишков.

Главный цикл КТЭУ для схемы «ВПП» состоит из следующих процессов:

1-2 - расширение пара в главной турбине до давления в главном

конденсаторе- ^; 2-2' - конденсация пара главной турбины в главном

конденсаторе; 2'-3 - сжатие конденсата в насосе;

3-2;_м - подогрев конденсата главного цикла в водоподогревателе;

2-4 - подогрев питательной воды до температуры кипения в котле;

4-5 - испарение воды в испарительных поверхностях нагрева котла;

5-1 - перегрев пара в пароперегревателе.

Для вспомогательного цикла схемы «ВПП» характерны следующие термодинамические процессы:

- охлаждение отработавшего пара ВМ в водоподогревателе
до температуры насыщения;

- конденсация греющего пара в водоподогревателе;

Перечисленные термодинамические процессы вспомогательного цикла характерны для идеального случая, когда весь греющий пар поступает только в водоподогреватель, а клапан излишков при этом закрыт.

Если через клапан излишков происходит сброс части греющего пара в
главный конденсатор, то параллельно с процессами вспомогательного
цикла: 1 - 2_ВМ - к - 2'_вм -2'-3-4-5-1, происходит процесс

дросселирования части пара в КИ, характерный для схемы «П»:

.

Площадь диаграммы характеризует уменьшение потерь

теплоты в цикле КТЭУ за счет использования регенерации.

КПД схемы ВПП:

КПД для цикла ПСУ выражается формулой:

(в схемах с водоподогревателем Умножив числитель и знаменатель на выражение (i₁ - i₂), получим:

или, поменяв местами множители:

в получившемся выражении: где:

К - коэффициент использования тепла отработавшего пара. Этот коэффициент показывает относительное уменьшение затрат тепла в котле на производство 1 кг пара при пспользованпп предварительного подогрева воды в водоподогревателе.

Подставив значения в формулу КПД цикла ПСУ, получим:

Из анализа выражения КПД для схемы ВПП, можно сделать следующие выводы:

- КПД цикла ПСУ, построенной по «Схеме ВПП» в К раз больше КПД циклов ПСУ без водоподогревателя;

- наличие в формуле К_охл, связанного с потерями AQ_B, приводит к снижению КПД цикла ВПП.

Тепловая схема КТЭУ сводоподогревателем смесительного типа (схема «ВПС»)

В схеме «ВПС» в качестве водоподогревателя используется деаэратор (рис. 76). Пар, вырабатываемый главным котлом, направляется в главную турбину - G_r, и на турбоприводы вспомогательных механизмов

- G_BM. Отработавший пар главной турбины поступает в главный конденсатор, отработавший пар вспомогательных механизмов - в систему отработавшего пара, в которой клапаном излишков автоматически поддерживается постоянное давление - Р_0ТР, выше атмосферного. Из системы отработавшего пара греющий пар поступает в деаэратор, смешивается с разбрызгиваемым конденсатом и, отдавая ему свое тепло, конденсируется. Поэтому в такой тепловой схеме отсутствует линия сброса конденсата греющего пара на главный конденсатор и, соответственно, отсутствуют потери теплоты с конденсатом греющего пара - AQ_B (К_охл =1).

Конденсат пара главной турбины из главного конденсатора забирается конденсатным насосом и подается в деаэратор, где происходит его подогрев. Кроме того в деаэраторе производится удаление из питательной воды растворенных в ней газов, что создает более благоприятные условия для проведения водных режимов паровых котлов.

Тепловая схема и термодинамический цикл КТЭУ с водоиодогревателем смесительного типа (схема «ВПС»).

ВПС - водонодогреватель смесительного тина (деаэратор);

КН - конденсатный насос; БН - бустерный насос; ПН - питательный насос;

Главный цикл КТЭУ: 1-2-2'-3-4-5-1;

Вспомогательный цикл КТЭУ: 1-2 _вм - k -2'_вм -4-5-1.

Образовавшаяся горячая питательная вода забирается из деаэратора питательным насосом и подается в котел. Часто для облегчения условий работы питательного насоса, перед ним устанавливается бустерный насос, создающий подпор на всасывании питательного насоса.

4. Регенеративные тепловые схемы КТЭУ 1- го рода

В регенеративных тепловых схемах КТЭУ 1-го рода подогрев питательной воды осуществляется паром, отбираемым из промежуточных ступеней главной турбины. Имеющиеся в главной турбине отборы пара (от одного до пяти) в основном используются для подогрева питательной воды. Но иногда часть отборов пара используют для подогрева воздуха в воздухоподогревателях главных котлов, в качестве греющего пара в испарительных установках, и для других нужд КТЭУ. Таким образом, в отличие от регенеративных схем 2-го рода, в схемах 1-го рода регенерация теплоты отделена от приводов вспомогательных механизмов. В таких тепловых схемах число водоподогревателей (ступеней подогрева питательной воды) всегда равно числу отборов пара (при условии, что все отборы идут только на подогрев питательной воды). Еще одной особенностью регенеративных схем 1-го рода является отсутствие многочисленных механизмов с турбоприводом и системы отработавшего пара. Единственным мощным турбомеханизмом, использующимся в таких схемах, является турбогенератор, который сбрасывает отработавший пар в главный конденсатор. Остальные вспомогательные механизмы электрифицированы и получают энергию для своих элекроприводов от турбогенератора.

Регенеративная тепловая схема 1-го рода с одним отбором пара и ее термодинамический цикл установки показаны на рис. 78. Пар из котла подается на главную турбину - G_r, и на единственный вспомогательный механизм турбогенератор - G_BM. И турбина, и турбогенератор сбрасывают отработавший пар в главный конденсатор. Из корпуса турбины, после одной из промежуточных ступеней, производится отбор части пара. Давление отбираемого пара равно давлению за ступенью турбины, после которой он отбирается. Отобранный пар поступает в водоподогреватель поверхностного типа, отдает свое тепло нагреваемой питательной воде и конденсируется. Как и в схеме «ВИИ», конденсат греющего пара дренируется в главный конденсатор, где смешивается с конденсатом турбины и турбогенератора и охлаждается. Из главного конденсатора конденсат забирается насосом, подается в трубную систему подогревателя воды, и в уже нагретом состоянии - в паровой котел.

Рис. 78. Регенеративная тепловая схема и термодинамический цикл КТЭУ с одним отбором пара.

ГК - главный котел; ГТ - главная турбина; ТГ - турбогенератор;

Кр - главный конденсатор; ВПП - водонодогреватель поверхностного типа;

Н - насос;

p_от - давление отбираемого пара (греющего пара);

i_от - энтальпия отбираемого пара; i_от - энтальпия конденсата греющего пара.

Подставив полученные значення, получим формулу КПД для регенеративной схемы 1-го рода:

Проанализировав выражение для КПД регенеративной тепловой схемы 1-го рода, можно сделать выводы:

- КПД схемы является функцией

* = f f P r);

- Функция КПД 77 = f f P r) Д^ля регенеративного цикла имеет максимум при определенном значении;

- В регенеративных тепловых схемах 1-го рода отсутствуют излишки отработавшего пара.

КПД регенеративных тепловых схем 1-го рода всегда выше КПД тепловых схем 2-го рода. КПД схемы 1-го рода увеличивается с увеличением числа отборов пара. Обычно число отборов пара в судовых КТЭУ составляет от трех до пяти. Каждый последующий отбор увеличивает КПД установки в меньшей степени, но значительно усложняет тепловую схему, увеличивает малогабаритные показатели КТЭУ и усложняет управление установкой.

В регенеративных тепловых схемах 1-го рода с несколькими отборами пара используется многоступенчатый подогрев питательной воды. При применении многоступенчатой регенерации в тепловых схемах могут использоваться различные типы водоподогревателей. Как правило, в первой и последней ступенях подогрева питательной воды используются водоподогреватели поверхностного типа, а в промежуточных ступенях подогрева - деаэраторы. Дренаж конденсата греющего пара из ВПП первой ступени осуществляется в главный конденсатор, из ВПП последней ступени - в деаэратор предшествующей ступени подогрева.

Нумерация отборов греющего пара производится по ходу движения пара в корпусах турбин: первый отбор - из корпуса ТВД, второй - из ресивера, третий - из корпуса ТНД.

Термодинамический цикл тепловой схемы 1-го рода с тремя отборами пара показан на рис. 80. Каждому отбору пара соответствует свое давление p_оп, определяемое установившимся текущим давлением пара за ступенью турбины, после которой производится отбор. В каждой ступени подогрева температура питательной воды повышается до величины Т_0ТІ. При этом подогрев воды в самом котле до температуры насыщения производится в небольшом интервале температур: AT = T_S-T_0TI. Площадь диаграммы a-3-2'_0ТI -d характеризует уменьшение потерь теплоты в цикле КТЭУ с тремя отборами пара за счет использования регенерации. Причем площадь a-3-2'_отIII -b соответствует уменьшению потерь теплоты за счет первой

ступени подогрева, площадь b - 2'_0ТIII - 2'_0тII - c - за счет второй ступени, и площадь c - 2'_0тII - 2'_0ТIII - d - за счет третьей ступени подогрева.

 

5. Тепловые схемы с промежуточным перегревом пара (ППП)

В тепловых схемах КТЭУ с промежуточным перегревом пара пар, прошедший ряд ступеней турбины, направляется в промежуточный пароперегреватель котла, и после вторичного перегрева направляется обратно в турбину для окончательного расширения в оставшихся ступенях.

Существует два принципа промежуточного перегрева пара газовый, при котором вторично перегреваемый пар воспринимает теплоту продуктов сгорания топлива в котле. Такой перегрев может осуществляться:

- в промежуточном пароперегревателе котла, расположенном в газоходе;

- в отдельной топке котла;

- в выносных пароперегревателях, оснащенных топками со сжиганием топлива в кипящем слое;

- паровой, при котором греющей средой является свежий пар, вырабатываемый котлом.

Применение газового перегрева пара позволяет довести температуру вторично перегретого пара до первоначальной, а при паровом перегреве -приблизительно до температуры насыщения греющего пара. Выбор способа перегрева пара зависит от начальных параметров пара, тепловой схемы установки и определяется технико-экономическими расчетами. В настоящее время в судовых КТЭУ применяется исключительно газовый перегрев пара в промежуточных пароперегревателях (котлы КВГ-80).

Тепловая схема простейшей установки с ППП (без использования регенерации) показана на рис. 81. Пар, вырабатываемый котлом, поступает в корпус ТВД. Расширившийся в ступенях ТВД пар направляется в промежуточный пароперегреватель котла, где происходит повышение его температуры (давление вторично перегреваемого пара при этом остается постоянным). После перегрева пар направляется в корпус ТНД, где окончательно расширяется и сбрасывается в главный конденсатор.

Вместе с тем, использование промежуточного перегрева пара приводит:

- к значительному усложнению конструкции парового котла, имеющего в своем составе дополнительные пароперегревательные поверхности нагрева;

- усложнению системы главного пара и применению дополнительных протяженных паропроводов, направляющих пар от турбины к промежуточному пароперегревателю котла и обратно в турбину;

- повышенным потерям давления пара в дополнительных паропроводах;

- усложнению системы автоматического регулирования КТЭУ;

- повышению стоимости изготовления установки;

- невозможности использования в составе установки реверсивных турбин: реверс в КТЭУ с ППП возможно осуществлять только за счет установки ВРШ. Трудность обеспечения реверса связана с тем, что при использовании ТЗХ трубная система пароперегревателя оставалась бы без охлаждения (пар при работе ТЗХ через промежуточный пароперегреватель не проходит), что привело бы к перегоранию трубной системы промежуточного пароперегревателя, находящейся в зоне высоких температур дымовых газов.

6. Способы повышения экономичности КТЭУ

Экономичности КТЭУ можно добиться, если улучшить экономические показатели составляющих, входящих в формулу КПД КТЭУ:

где:

щ_с - КПД тепловой схемы, оценивающий совершенство взаимосвязей

между элементами установки, и систем, обслуживающих ее основные элементы. На КПД тепловой схемы влияют: значения энтальпии рабочих сред; начальные и конечные параметры пара; тип регенеративного процесса, число ступеней регенерации; тип применяемых водоподогревателей, число отборов пара (для схем 1-го рода), характер процессов теплообмена в теплообменниках и другие факторы; п_к- КПД главных котлов;

П_е - эффективный КПД главной турбины;

Р_осс - коэффициент общесудовых затрат, характеризующий расход

пара на общесудовые потребители;

В общем случае, для повышения экономичности КТЭУ возможно использование следующих технических решений:

. увеличение начальных параметров пара. Этот способ повышения КПД достаточно эффективен и часто используется в совокупности с промежуточным перегревом пара. В КТЭУ с ППП повышением начального давления пара можно увеличить КПД установки на 3 ÷ 8 %, повышением начальной температуры - на 2,5 ÷ 5 %;

. увеличение числа ступеней регенеративного подогрева питательной воды. КПД цикла КТЭУ повышается:

• при одноступенчатом подогреве питательной воды на 3,5 ÷ 4,0 %;

• при двухступенчатом -на 5,5 ÷ 6,0 %;

• трехступенчатом -на 7,0 ÷ 7,5 %;

• четырехступенчатом -на 8,0 ÷ 8,5 %.

Увеличение числа ступеней подогрева более пяти не дает ощутимого выигрыша в повышении КПД, но значительно усложняет тепловую схему установки, систему регулирования и управления КТЭУ, и увеличивает малогабаритные показатели и стоимость установки. Увеличение числа ступеней регенерации неразрывно связано с повышением начальных параметров пара. Чем более высокими будут начальные параметры пара, тем больше ступеней регенерации возможно применить, тем более высокой будет температура питательной воды на выходе из последней ступени подогрева;

. увеличение КПД главных котлов: возможно за счет снижения потерь теплоты в котлах:

• от химической и механической неполноты сгорания топлива, что в свою очередь достигается совершенствованием процессов сгорания топлива;

• с уходящими газами, за счет совершенствования и оптимизации процессов теплопередачи в трубных поверхностях нагрева котла и использования развитых хвостовых поверхностей нагрева;

• в окружающее пространство, за счет применения более совершенных способов изоляции котла и поддержания качественного состояния изоляции котлов в процессе эксплуатации;

• увеличение КПДГТЗА: достигается совершенствованием аэродинамики проточной части турбины, увеличением частоты вращения ротора, применением планетарных передач, заменой реверсивных турбин реверсивными ВРШ, возрастанием агрегатной мощности, совершенствованием аэродинамических характеристик регулирующих органов;

• увеличение КПД вспомогательных механизмов: позволяет снизить расход пара на вспомогательные механизмы, и тем самым улучшить характеристику тепловой схемы;

• исключение маломощных турбоприводов с низким КПД и замена турбоприводных вспомогательных механизмов на электроприводные. В этом случае в тепловой схеме используется единственный вспомогательный турбомеханизм - турбогенератор, имеющий достаточно высокий КПД, остальные вспомогательные механизмы электрифици-рованы. В некоторых случаях для ряда турбомеханизмов используется групповой привод, в котором один мощный и имеющий высокий КПД турбомеханизм приводит в действие сразу несколько вспомогательных механизмов. Например, в ПКБТ от одного турбопривода производится раздача мощности на три насоса: конденсатный, бустерный и питательный. Часто групповой привод используется в конструкции турбогенераторов, когда от вала турбогенератора мощность передается на навешенные питательный и масляный насосы. Прирост КПД за счет использования группового привода может достичь 2,4 %;

• применение самопроточной циркуляции взамен принудительной, когда для прокачки трубной системы главного конденсатора вместо напора циркуляционного насоса используется динамический напор набегающего потока воды. При этом турбопривод ТЦН отключается, уменьшая расход пара в тепловой схеме на маломощные вспомогательные механизмы Прирост КПД может составить 0,9 %;

• уменьшение потерь теплоты с забортной водой. В тепловых схемах КТЭУ прокачивание маслоохладителя, холодильников эжекторов и конденсатора испарительной установки часто производится забортной водой. При этом часть теплоты, полученной в паровом котле, передается забортной воде. Ес