2.4.2. Цикл паротурбинной установки с регенерацией

а	б
Рис. 2.10. Регенеративный подогрев питательной воды: а – схема установки; б, в – изображение (условное) процессов в координатах Тs и hs; 1 – котел; 2 – пароперегреватель; 3 – турбина с промежуточными отборами пара; 4 – электрогенератор; 5 – регенеративные подогреватели; 6 – насосы; 7 – конденсатор

Цикл ПТУ с регенерацией (рис. 2.10, а) осуществляется путем подогрева питательной воды перед котлом в регенераторе паром, отбираемым между ступенями турбины, т.е. полностью еще не расширившимся и не совершившим всей работы. На рис. 2.10, б условно изображен процесс регенеративного подогрева питательной воды.

Регенеративный подогрев позволяет, когда это желательно, исключить экономайзер (подогрева питательной воды уходящими газами), использовав теплоту уходящих газов для подогрева поступающего в топку воздуха.

Увеличение КПД при применении регенерации составляет 10–15 %. При этом экономия теплоты в цикле возрастает с повышение начального давления р₁ пара. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных паротурбинных электростанциях.

2.4.3. Цикл паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара

Цикл с промежуточным перегревом пара (рис. 2.11, а) позволяет:

– избежать повышенной влажности пара в конце расширения, которая снижает внутренний относительный КПД турбины и вызывает эрозию лопаток турбины;

– повысить КПД цикла _t за счет приближения его по мере увеличения числа ступеней перегрева к циклу Карно.

Количество подведенной теплоты

q₁ = q'₁ + q"₂ ,

где q'₁ = h₁ – h'₂ – теплота, подведенная в котле; h'₂ – энтальпия конденсата, подаваемого в котел; q"₁ = h_b – h_a – теплота, подведенная в промежуточном перегревателе.

Количество теплоты, отводимой в изобарном процессе конденсации пара,

q₂ = h₂ – h'₂ .

Термический КПД

Установлено, что один промежуточный перегрев приводит к повышению _t на 2–3,5 %. Однако технические трудности ограничивают число промежуточного перегрева не более чем двумя-тремя.

а	б
Рис. 2.11. Промежуточный перегрев пара: а – схема установки; б – изображение процесса в координатах Тs и hs; 1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель; 3 – паровые турбины; 4 – электрогенератор; 5 – промежуточный пароперегреватель; 6 – конденсатор; 7 – насос конденсатный

2.4.4. Теплофикационный цикл паросиловой установки

В паросиловом цикле, представленном на рис. 2.7, а, площадь 1-2-3-4-5-6-1 (рис. 2.7, б и в) пропорциональна работе цикла. Площадь под линией процесса 2-3 в Тs-диаграмме (рис. 2.7, в) пропорциональна теплоте, отведенной от пара при его конденсации в конденсаторе.

В обозначениях цикла паросиловой установки, представленного на рис. 2.12, а, пл. 1-2-3-4-5-1 ~ работе цикла, а пл. 2-3-8-10 ~ теплоте, отведенной в конденсаторе при t₀ = 20 ^ОС.

В теплофикационном цикле паротурбинной установки производство механической работы уменьшено на величину, пропорциональную пл. 6-2-3-7-6, с целью увеличения количества теплоты пропорциональной площади 6-10-9-7-6, отводимой при t₀ = 150200 ^ОС на удовлетворение нужд промышленности, отопления и т.п.

а	б
в	г
Рис. 2.12. Теплофикационный цикл (а) и три типа установок: с противодавлением (б), с ухудшенным вакуумом (в) и с регулируемыми отборами пара (г); 1 паровой котел; 2 – паровая турбина; 3 – питательный насос; 4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – потребитель теплоты; 7 – сетевой насос; 8 – турбина высокого давления; 9 – регулятор количества отбираемого пара; 10 – турбина низкого давления

В теплофикационных установках используются турбины трех типов:

– с противодавлением, р₂ = 0,12–1,2 МПа (рис. 2.12, б);

– с ухудшенным вакуумом, р₂ = 0,05–0,09 МПа (рис. 2.12, в);

– с регулируемыми отборами пара (рис. 2.12, г).

Турбины с противодавлением относительно просты, малогабаритны и дешевы, но применяются они мало, поскольку количество электроэнергии, вырабатываемое с их помощью, зависит не от электрических, а от тепловых потребителей, весьма нестабильных.

Турбины с ухудшенным вакуумом при отсутствии тепловых потребителей могут работать с расширением пара до глубокого вакуума, как конденсационные, но выработка электроэнергии у них тоже зависит расхода теплоты.

Турбины с регулируемыми отборами не имеют отмеченных недостатков, позволяя свободно изменять электрическую и тепловую нагрузку, т.е. работать по свободному графику. Они в основном применяются на ТЭЦ. На рис. 2.12, г приведена схема такой установки с одним регулируемым, в зависимости от потребителей в электроэнергии и теплоте, отбором пара р_ОТБ . Давление устанавливается с помощью клапана 9, расположенного на магистрали между ступенями турбины высокого 8 и низкого 10 давления.

Критерий эффективности теплофикационного цикла называют в отличие от КПД коэффициентом использования теплоты. Он определяется отношением общего количества получаемой работы w и теплоты q₂ к количеству затраченной теплоты q₁:

В идеальном случае _И.Т = 100 %, реально – 70–75 %.