Регенеративный цикл паросиловой установки

Регенерация тепла в ПСУ позволяет уменьшить необратимость процессов теплообмена в цикле на участке подогрева питательной воды.

При наличии двух источников тепла с температурами Т и Г₂ в цикле Ренкина, осуществляемом во влажном паре, на участке подогрева питательной воды 3—4 (рис. 9.13) будет иметь место необратимый переход тепла при конечной разности температур АТ= Т-Тот верхнего источника с температурой Г] к рабочему телу с температурой Т.

Рис. 9.13. Цикл Ренкина с регенерацией теплоты Если процесс расширения пара вести не по адиабате (линия 1—2), а по политропе (линия 1—2'), эквидистантной кривой (линия 3—4) с отводом тепла, то, осуществляя при этом регенерацию тепла, т. е. обратимый переход тепла с участка 1—2' на участок 3—4, получим обратимый обобщенный цикл Карно, КПД которого равен КПД наивыгоднейшего обратимого цикла Карно.

Подобный регенеративный цикл можно приближенно осуществить по схеме, представленной на рис. 9.14, которая включает три ступени турбины ИТ-I, ПТ-П, ПТ-Ш и две ступени регенератора Р-1 и Р-П.

Пар после первой ступени ПТ-1 турбины поступает на первую ступень регенератора Р-1, отдавая часть теплоты питательной воде, направляемой в водяной экономайзер ВЭ. После регенератора первой ступени пар поступает во вторую ступень турбины ПТ-П. Отработав на лопатках второй ступени турбины, пар направляется во вторую ступень регенератора Р-Н, где отдает питательной воде еще одну часть теплоты. Затем пар поступает в третью ступень турбины и после нее — в конденсатор К.

Рис. 9.14. Принципиальная схема ПСУ с регенерацией теплоты Соответствующий этой схеме регенеративный цикл изображен на рис. 9.15. Рассмотрим процессы цикла: линией 1— а изображается адиабатный процесс расширения пара на лопатках первой ступени турбины; линией а—b изображается изотермический процесс отвода теплоты от пара к питательной воде в регенераторе первой ступени; линией Ь—с изображается адиабатный процесс расширения пара на лопатках второй ступени турбины; линией с—d изображается изотермический процесс отвода теплоты от пара во второй ступени регенератора; линией d—2' изображается адиабатный процесс расширения пара на лопатках третьей ступени турбины; линией 2'—3 изображается процесс конденсации пара в конденсаторе; линией 3—4 изображается процесс подогрева питательной воды в регенераторах, водяном экономайзере и котле; линией 4—1 изображается процесс превращения воды в пар в котле ПК.

Рис. Я15. Регенеративный цикл Ренкина в 7 $-диаграмме С увеличением числа ступеней турбины и регенератора ломаная линия 1— а—Ь—с—d— 2' будет приближаться к прямой линии, эквидистантной линии 3—4, а в целом цикл будет приближаться к обобщенному термодинамическому циклу Карно. Однако на практике из-за конструктивных и эксплуатационных трудностей подобная схема регенерации не применяется. В частности, влажность пара (1 — Хч) в точке 2' при такой схеме оказалась бы недопустимо высокой.

Регенеративный цикл, широко применяемый в ПСУ, осуществляется путем последовательного отвода из турбины части пара для регенеративного подогрева питательной воды. При таком способе состояние оставшегося основного потока пара в турбине будет таким же, как и в цикле без регенерации.

Различают две основные схемы регенеративного подогрева.

• 1. Смешивающая схема (содержит в качестве регенераторов подогреватели смешивающего типа).
• 2. Каскадная схема (содержит поверхностные подогреватели).

Простейшая смешивающая схема регенеративного подогрева питательной воды с двумя отборами пара из турбины и соответствующий ей цикл в is-диаграмме показаны на рис. 9.16 и 9.17. Участок т—п—2 изображен условно, так как здесь расширяется не весь поступивший в турбину пар.

Работа цикла 1'_п равна работе 1 кг пара при полном его расширении за минусом недовыработанной работы и g'₂ килограммов пара, направленного в отборы:

Рис. 9.16. Простейшая смешивающая схема регенеративного подогрева питательной воды с двумя отборами пара из турбины.

Рис. 9.17. Цикл ПСУ с регенеративным подогревом питательной воды Количество подведенного в цикле тепла q = i — i, где i — энтальпия, соответствующая температуре конца регенеративного подогрева Г_рсг. Термический КПД регенеративного цикла.

Удельный расход пара (кг) на 1 МДж (одну техническую единицу работы)

Сравнение этого выражения с выражением для удельного расхода пара в цикле Ренкина без регенерации.

показывает, что удельный расход пара в регенеративном цикле выше, чем в цикле Ренкина.

В то же время удельный расход теплоты на выработку 1 кг пара (кДж/кг).

в регенеративном цикле оказывается меньшим, чем в цикле Ренкина без регенерации

где t — температура питательной воды после ее подогрева в регенераторах.

Термический КПД цикла Ренкина с регенерацией определяется по формуле.

где /ц — полезная работа цикла с регенерацией.

Ввиду того что часть пара, проходящего через турбину, направляется на подогрев питательной воды и не участвует в выработке полезной работы на лопатках турбины, полезная работа в цикле Ренкина с регенерацией будет меньше полезной работы обычного цикла Ренкина (при одинаковых начальных и конечных параметрах V

Однако расчеты показывают, что уменьшение расхода теплоты оказывается большим, чем уменьшение полезной работы и поэтому.

Увеличение КПД цикла Ренкина с регенерацией происходит за счет увеличения средней температуры подвода теплоты при одинаковой конечной температуре отвода теплоты.

Рассмотрим результаты применения регенеративного подогрева питательной воды.

• 1. Увеличивается КПД ПСУ на 10—12%, и тем в большей степени, чем выше давление пара.
• 2. Уменьшается количество пара, проходящего через последние ступени турбины, а следовательно, уменьшаются и их габариты.
• 3. Уменьшается поверхность нагрева водяных экономайзеров. При этом чтобы не снизить КПД котельной установки, теплоту уходящих газов стремятся максимально использовать для подогрева воздуха, поступающего в парогенератор, в воздушных подогревателях.

В заключение следует отметить, что введение регенерации может быть выгодным лишь до определенной температуры подогреваемой в регенераторах питательной воды. Превышение температуры приводит к необходимости отбирать для этих целей из турбины пар более высоких параметров. В этом случае может возникнуть ситуация, когда уменьшение полезной работы на лопатках турбины окажется большим, чем уменьшение количества теплоты, затрачиваемой на выработку 1 кг пара, а удельный расход теплоты на единицу работы из-за увеличения удельного расхода пара будет возрастать. В связи с этим выгода, получаемая от применения регенерации, будет уменьшаться и при определенных условиях может оказаться равной нулю. Поэтому для каждой тепловой электрической станции существует определенная температура питательной воды, подогреваемой в регенераторах, которая дает максимальную прибавку КПД.

Термический КПД цикла Ренкина составляет 30—40%. Эго означает, что 70—60% теплоты, затрачиваемой на получение пара, отдается холодному источнику теплоты (теплота q±) —

Низкий КПД паросиловой установки объясняется малой экономичностью основного процесса преобразования теплоты в работу в цикле Ренкина. Это связано в первую очередь с тем, что в парогенераторе теплообмен протекает при большой конечной разности температур между горячими газами и рабочим телом (нар). Именно здесь в результате необратимого теплообмена происходят наибольшие потери работоспособности (эксергии) теплоты.