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:

И з 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.