12.4. Регенеративный цикл паросиловой установки

Регенеративным называется цикл, в котором питательная вода (конденсат), поступающая в котел, предварительно подогревается паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины. Подогрев питательной воды отбираемым паром называется регенеративным подогревом. Он может быть одноступенчатым, если подогрев производится паром одного давления, или многоступенчатым, если подогрев производится последовательно паром нескольких давлений (из нескольких ступеней турбины). Регенеративные подогреватели выполняются либо смешивающими (отбираемый пар смешивается с конденсатом и обогревает его), либо поверхностными (обогрев производится через поверхность трубок, отделяющих пар от конденсата).

Рассмотрим схему паросиловой установки с двухступенчатым регенеративным подогревом конденсата. Подогреватели для простоты возьмем смешивающие (рис. 12.11). Пусть из пароперегревателя (ПП) поступает в турбину 1 кг пара с энтальпией h₁, 1 кг пара производит работу в I ступени турбины (Iст) до первого отбора. В первом отборе отводится в первый подогреватель ₁ килограммов пара с энтальпией h₂, так что во второй ступени турбины (IIст) в процессе расширения участвует (1-₁) килограммов пара. Во втором отборе отнимается ₂ килограммов пара с энтальпией h₂. Следовательно, в третьей ступени (III ст) турбины работу производит (1-₁-₂) килограммов пара. Таким образом, в конденсатор поступает(1-₁-₂) килограммов пара и такое же количество конденсата поступает из конденсатора (к) во второй подогреватель (ПВ-II). В него же поступает и в нем конденсируется ₂ килограммов пара из турбины. Следовательно, количество рабочего тела во втором подогревателе (ПВ-II) составляет:

(1-₁-₂) + ₂ = (1-₁) кг.

Это количество при помощи питательного насоса (ПН₁) подается с увеличением давления от р_2 до р_2 в первый подогреватель (ПВ-I) и вместе с поступившим в него ₁ пара из турбины составит 1 кг воды, которая подается в котел питательным насосом (ПН-II) с увеличением давления от р_2 до р₁.

Изобразим описанный цикл в T,s-диаграмме (рис. 12.12). Так как T,s-диаграмма строится для 1 кг, построим отдельные диаграммы для каждой ветви схемы.

Каждый килограмм пара, поступившего в конденсатор, совершает цикл 1-2-3-4-5-1. Каждый килограмм пара, поступающего во второй отбор, совершает цикл 1-2-5-3-4-5-1 и, наконец, каждый килограмм пара, поступающего в первый отбор, совершает цикл 1-2-5-3-4-5-1.

При этом каждый килограмм пара, поступающего в конденсатор, расширяется адиабатно от начального состояния (точка 1; р₁) до давления р₂ (линия 1-2). Пар с состоянием в точке 2 конденсируется по линии 2-3. Этот конденсат подогревается во втором подогревателе (ПВ-II). Отдача тепла отбираемым во второй подогреватель паром, происходит по линии 2-5-3 при неизменном давлении р₂. Количество отбираемого пара ₂ должно быть таким, чтобы выделившееся при его конденсации тепло могло нагреть (1- ₁ - ₂) килограммов воды, поступившей из конденсатора, до температуры кипения при давлении р_2, т.е. до точки 3. Процесс подогрева для 1 кг изображается линией 3-3. Отдача тепла паром, отбираемым в первый подогреватель (ПВ-I), происходит по линии 2-5-3. Количество отбираемого в первый подогреватель (ПВ-I) пара ₁ должно быть таким, чтобы выделившееся при его конденсации тепло могло нагреть (1-₁) килограммов воды до температуры насыщения при давлении р₂_. Процесс подогрева для 1 кг в этом случае изображается линией 3-3. Далее конденсат подается в котел, где и нагревается по линии 3-4 до температуры насыщения при давлении р₁, затем испаряется по линии 4-5 и перегревается по линии 5-1.

Найдем термический к.п.д. регенеративного цикла:

.

Найдем полезную работу за цикл l_ц.

Полезная работа, производимая ₁ кг пара в цикле 1-2-5-3-4-5-1, l₁=₁(h₁ - h₂). Полезная работа,производимая ₂ кг пара в цикле 1-2-5-3-4-5-1, l₂ = ₂(h₁ - h₂). И полезная работа, производимая (1-₁-₂) кг пара в цикле 1-2-3-4-5-1, l₃ = (1-₁-₂)(h₁ - h₂). Тогда l_ц = ₁(h₁ - h₂) + ₂(h₁ - h₂) + (1-₁-₂)(h₁ - h₂).

Подвод тепла извне производится в данном цикле по изобаре 3-4-5-1, поэтому количество подведенного тепла может быть подсчитано по формуле q₁ = (h₁ - h₃), где h₃ - энтальпия конденсата, поступающего в котел при р₁.

Тогда _t^p - термический к.п.д. регенеративного цикла

.

Если число регенеративных отборов сделать бесконечно большим, то температура конденсата может быть доведена в подогревателях до температуры насыщенного пара в котле. Такой цикл называют предельно регенеративным циклом. Как показывает анализ, увеличение числа ступеней регенеративного подогрева воды приводит к повышению _t цикла, т.к. при этом регенерация в цикле приближается к предельной. Однако каждая, последующая ступень регенеративного подогрева вносит все меньший и меньший вклад в рост к.п.д. Практически число отборов принимают в пределах 2 - 8. Применение регенерации увеличивает _t установки на 7 - 12 %. Кроме того, уменьшается количество пара, проходящего через последующие ступени турбины, а следовательно, уменьшаются их проходные сечения и общие габариты. В регенеративном цикле отпадает также надобность применения экономайзеров (устройств для подогрева воды) уходящими газами. При этих условиях теплота уходящих газов может быть использована для подогрева воздуха, поступающего в топку котла.