9.3.4. Цикл пту с промежуточным перегревом пара

С хема и цикл такой установки представлены на рис. 9.16, 9.17.

Обозначения: ПК - паровой котел; П – пароперегреватель; ПП - промежуточный пароперегреватель; СВД, СНД - ступени высокого и низкого давлений турбины; К – конденсатор; ЭГ - электрогенератор; Н - насос. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.17)

Промежуточный перегрев пара (процесс а-1) применяют при давлениях пара p₁ > 130 бар с целью повышения степени сухости в конце процесса расширения (x₂ > x_b). Допустимая степень сухости составляет 0,88-0,92. В ПТУ, работающих при сверхкритических давлениях, применяется два промежуточных перегрева пара.

Для обратимого цикла с промежуточным перегревом (рис. 9.17) имеем:

Применение промежуточного перегрева дает увеличение средней термодинамической температуры подвода теплоты (Т) за счет высокотемпературного процесса подвода теплоты в промежуточном пароперегревателе и, в конечном итоге, увеличение термического КПД цикла в среднем на 2-3%.

9.3.5. Регенеративный цикл паротурбинной установки

Регенерация в паротурбинных установках – это подогрев конденсата перед подачей его в паровой котел за счет тепла отборов пара из турбины. Применяются подогреватели двух типов: смешивающего и поверхностного.

Н а рис. 9.18 и 9.19 представлены схема и цикл ПТУ с двумя подогревателями смешивающего типа

Обозначения: ПК - паровой котел; П - пароперегреватель; Т- турбина; ПВД, ПНД – подогреватели высокого и низкого давлений; К – конденсатор; ЭГ - электрогенератор; Н - насосы. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.19). Через ₁ = G₁/G, ₂ = G₂/G обозначены массовые доли пара, направляемые в отборы, G₁, G₂ - расходы пара, направляемые в отборы; G- полный расход пара, поступающего на турбину

Пар, поступающий в подогреватели, конденсируется (процессы ) и при смешении с водой подогревает ее (процессы ).

Для обратимого цикла (рис. 9.19), без учета работы насосов, подводимая и отводимая теплота, работа цикла и термический КПД рассчитываются по формулам:

.

Массовые доли пара ₁ и ₂ находятся из уравнений теплового баланса для подогревателей.

Для ПВД

,

для ПНД

.

Применение регенеративного подогрева воды дает:

1. Повышение _t, т.к. увеличивается средняя термодинамическая температура подвода теплоты к рабочему телу (процесс вместо 2-1- в цикле без регенерации).

2. Повышение за счет снижения потерь от необратимости передачи теплоты к воде в подогревателях по сравнению с передачей теплоты к воде в паровом котле.

В современных мощных паротурбинных установках число регенеративных подогревателей достигает 7-9. Применение регенерации дает увеличение электрического КПД на 12-15%.

9.3.6. Теплофикационные паротурбинные установки

Теплофикационными называются установки, в которых вырабатывается электрическая энергия и тепло в виде технологического пара или горячей воды для отопления, горячего водоснабжения.

Источником тепла может быть пар, отработавший в турбине, или производственный отбор пара, направляемый потребителю.

Различают три типа теплофикационных ПТУ:

• противодавленческие;

• с ухудшенным вакуумом;

• с регулируемым отбором пара.

В противодавленческих установках и установках с ухудшенным вакуумом источником тепла является пар, отработавший в турбине (рис.9.20, 9.21).

В противодавленческих установках давление пара на выходе из турбины (p₂) больше атмосферного (p₂ > 1 бар, t_s > 100 ⁰С); в установках с ухудшенным вакуумом p₂ <1 бар, t_s <100 ⁰С.

В теплофикационных установках, представленных на рис. 9.20, 9.21, давление пара на выходе из турбины p₂ = 0,5-1,5 бар, что соответствует температуре насыщения t_s = 81-111 ⁰С и позволяет получить горячую воду с температурой примерно на 10 ⁰С ниже.

Обозначения: ПК - паровой котел; П – пароперегреватель; Т - турбина, КП – конденсатор – подогреватель; ТП – тепловой потребитель; ЭГ – электрогенератор; Н – насос. Цифры на схеме (рис. 9.20) соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.21)

Р абота, получаемая в турбине, и теплота, отдаваемая потребителю, рассчитывается по формулам:

.

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

прямо пропорциональны расходу пара G, кг/с, т.е. жестко связаны между собой (если увеличить расход, то увеличиваются и N, и Q_ТП). На практике это неудобно, т.к. графики потребности в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.

От этого недостатка свободны теплофикационные установки с регулируемым производственным отбором пара.

С хема и цикл такой установки представлены на рис. 9.22, 9.23.

Обозначения: ПК - паровой котел; П - пароперегреватель; СВД, СНД - ступени высокого и низкого давлений турбины; ТП - тепловой потребитель; К - конденсатор; ЭГ - электрогенератор; Н - насос; G, G_ТП - соответственно, полный расход пара и расход пара, направляемого тепловому потребителю. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.23)

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

независимы благодаря возможности регулирования расхода пара, отпускаемого потребителю (G_ТП).

При необходимости можно предусмотреть два или более регулируемых отбора с разными параметрами пара. Установки с производственным регулируемым отбором пара широко распространены на ТЭЦ.

Эффективность работы теплофикационных установок оценивается эксергетическим КПД

.

Эксергия тепловой мощности

,

где

.

Здесь h_K, s_K – параметры возвращаемого потребителем конденсата.

Сравнение по тепловой экономичности конденсационнных (вырабатывающих только электроэнергию) и теплофикационных паротурбинных установок позволяет сделать следующие выводы:

1. Эксергетический КПД теплофикационных паротурбинных установок выше эксергетического КПД конденсационных установок за счет уменьшения потерь эксергии в конденсаторе.

2. При раздельном производстве теплоты и электроэнергии (конденсационная ПТУ + котельная) расход топлива больше, чем при совместной их выработке на теплофикационной ПТУ, в среднем на 15-20%.