Схема паросиловой установки, в которой реализуется регенеративный цикл, показана на рис. 11.20. В паросиловой установке осуществляется три отбора пара от ступеней турбины для подогрева питательной воды.
Пар, полученный в паровом котле (ПК) и перегретый в пароперегревателе (ПП), направляется в паровую турбину (ПТ), где расширяется, выполняя полезную работу (вращает якорь генератора (Г)). За одной из ступеней пар с высоким давлением и температурой отбирается и направляется в регенеративный теплообменник П-1, где он конденсируется, отдавая тепловую энергию фазового перехода (при конденсации пара возвращается затраченная на его испарение тепловая энергия) питательной воде. Вода из первого теплообменника П-1 с помощью водяного насоса ВН-1 откачивается в паровой котел ПК. При первом отборе д\ кг пара далее в турбинных ступенях движется (1 — gi) кг пара.
Второй отбор пара в количестве д2 направляется в регенеративный теплообменник П-2, где он также конденсируется, отдавая теплоту фазового перехода питательной воде. После второго отбора пара в турбине движется (1 — <7i — д2) кг пара. Аналогично осуществляется третий отбор пара в третий теплообменник П-3. Из турбины в конденсатор будет выходить (1 ~ 9I ~ 92 — 9з) кг пара. Питательная вода из конденсатора КН откачивается водяным насосом ВН в паровой котел ПК, проходя последовательно теплообменники П-1, П-2 и П-3, в которых нагревается отбираемым от турбины паром.
Таким образом, в турбине не весь пар совершает полезную работу.
Так как вода на входе паровой котел подогревается, то для парообразования затрачивается меньшее количество тепловой энергии q\. Часть
|
Вода |
|
Ла паросиловой установки с регенерацией тепловой энергии |
|
Рис. 11.20. Схема регенеративной паро- Рис. 11.21. Тепловая диаграмма цик- |
\1кгеодЦ1п-1 ^П-2 Ш-3
Силовой установки
Тепловой энергии как бы циркулирует в цикле. Уменьшение количества тепловой энергии q\ является положительным фактом. Но здесь есть и отрицательный факт — уменьшение полезной работы, совершаемой паром в турбинной ступени, так как через нее проходит не весь пар, что снижает эффективность цикла. Хотя эти влияния взаимно противоположны, однако регенеративные отборы всегда повышают термический КПД rjt цикла, что объясняется повышением средней температуры пара в процессе нагрева.
Цикл рассматриваемой паросиловой установки невозможно отобразить в координатах Vm — р и S — Г, так как они строятся для постоянного количества рабочего тела (пара), а регенеративном цикле оно переменно из-за отборов в ступенях турбины. Поэтому представленная на рис. 11.21 тепловая диаграмма регенеративного цикла паросиловой установки является условной.
Из начального состояния 1 перегретый пар с параметрами pi, Т\ Расширяется по адиабате в первых ступенях турбины до состояния а с параметрами р2а, Т2а. После первого отбора (отрезок aai) пар в количестве (1 — 5i) кг расширяется в следующих ступенях турбины до состояния Ь С параметрами р2б, Т2ь- После второго отбора пара (отрезок Bbi) пар в количестве (1 — Gi — G2) кг расширяется в следующих ступенях турбины до состояния с с параметрами р2с, Т2с. После третьего отбора (отрезок c-ci) пар в количестве (1 — Gi — G2 — рз) кг расширяется в оставшихся ступенях турбины до состояния 2 с параметрами р2, Т2.
Выходящий из турбины пар в количестве (1 — д\ — д2 — дз) кг направляется в конденсатор КН (рис. 11.20), где охлаждается забортной водой и конденсируется. Процесс конденсации водяного пара показан на тепловой диаграмме (рис. 11.21) линией 2-3. Из конденсатора вода откачивается водяным насосом ВН в паровой котел ПК. Количество пара по массе, направляемого из котла в паровую турбину, равно количеству воды по массе, возвращающейся в котел.
Таким образом, подвод тепловой энергии к рабочему телу в котле и пароперегревателе осуществляется в процессе 6-4-5-1. Кроме того, регенеративный подогрев питательной воды уменьшает степень необратимости в процессе передачи тепловой энергии от газов к воде в паровом котле на участке 6-4, так как уменьшается разность температур между газами и предварительно подогретой водой.
Увеличивая число отборов пара до бесконечности (предельно регенеративный цикл), процесс расширения пара в турбине можно сделать политропным в результате непрерывного отвода тепловой энергии в теплообменниках и передачи ее жидкости, поступающей в котел. Непрерывное отведение тепловой энергии от пара и передача ее воде предполагает бесконечно большое количество теплообменников-регенераторов. Практически это неосуществимо, однако приближение к такому процессу может быть реализовано. Практически с экономической точки зрения оправдывается применение от 5 до 8 ступеней отбора пара и направления его в теплообменники-регенераторы.
Применение регенеративного подогрева питательной воды увеличивает термический КПД цикла паросиловой установки на 8… 12%.