2.6.4 Цикл паросиловой установки с промежуточным
перегревом пара
Одним из путей снижения конечной влажности пара является применение промежуточного перегрева пара. Схема паросиловой установки с промежуточным перегревом пара (или, как иногда говорят, со вторичным перегревом) представлена на рис. 2.42. На рис. 2.43 представлен цикл со вторичным перегревом в координатах S-Т. Пар из перегревателя 1 с температурой Т1 и давлением Р1 поступает в начальную часть турбины 2 (ступень высокого давления), где в процессе 1 - 7 адиабатно расширяется до некоторого давления Р1¢. После этого пар в промежуточном перегревателе 3 нагревается при постоянном давлении Р1¢ до температуры t8 (процесс 7 - 8). Далее пар поступает во вторую ступень турбины 4 (ступень низкого давления), где происходит адиабатное расширение 8 - 9 до конечного давления Р2 в конденсаторе 5. Этот цикл можно представить себе состоящим из двух отдельных циклов - обычного цикла Ренкина (основного) 5-4-6-1-2-3-5 и дополнительного 2-7-8-9-2. При этом формально можно считать, что работа, произведенная на участке 7-2 адиабаты расширения в основном цикле, затрачивается на адиабатное сжатие рабочего тела на участке 2-7 дополнительного цикла.
Рис. 2.42. Схема ПСУ с промежуточным перегревом пара
Рис. 2.43. Цикл ПСУ с промежуточным перегревом пара
в S-Т диаграмме
Выражение для термодинамического КПД цикла с промежуточным перегревом можно представить в следующем виде:
(2.20)
i1 - i7 - работа, совершенная при расширении пара в ступени высокого давления;
i8 - i9 - работа, совершенная при расширении пара в ступени низкого давления;
i5 - i3 - работа, затраченная на привод насоса;
i1 - i3 - количество тепла, подведенное в процессах 5-4, 4-6, 6-1 основного цикла;
i8 - i7 - количество тепла, подведенное при вторичном перегреве в процессе 7-8.
Без учета работы насоса:
Промежуточный перегрев пара, который в свое время вошел в энергетику главным образом как средство борьбы с высокой влажностью пара в последних ступенях турбины, является средством повышения термодинамического КПД цикла. В современных паросиловых установках обычно применяется не только однократный, но и двукратный промежуточный перегрев пара.
2.6.5 Регенеративный цикл
Цикл, в котором питательная вода, поступающая в котлоагрегат, нагревается паром, частично отбираемым при его расширении из турбины, называется регенеративным. Такой способ подогрева питательный воды дает возможность увеличить среднюю температуру подвода тепла в цикле и тем самым повысить его термодинамический КПД.
Если в паросиловой установке осуществляется цикл Ренкина без перегрева пара, то в случае осуществления полной регенерации термодинамический КПД такого цикла Ренкина будет равен термодинамическому КПД цикла Карно. На рис. 2.44 изображен в S-Т диаграмме цикл Ренкина с полной регенерацией во влажном паре.
Термодинамический КПД цикла Ренкина с перегревом пара даже в случае предельной регенерации будет меньше термодинамического КПД соответственного цикла Карно; это следует из S-Т диаграммы, приведенной на рис. 2.45. Однако, при этом термодинамический КПД цикла Ренкина заметно возрастает (по сравнению с циклом без регенерации).
Из S-Т диаграммы на рис. 2.45 следует, что термодинамический КПД цикла Ренкина с предельной регенерацией определяется выражением
(2.22)
Рис. 2.44. Регенеративный цикл Ренкина без перегрева пара
в S-Т диаграмме
Рис. 2.45. Регенеративный цикл Ренкина с перегревом пара
в S-Т диаграмме
В реальных паросиловых циклах регенерация осуществляется с помощью регенеративных поверхностных или смешивающих, теплообменников, в каждый из которых поступает пар из промежуточных ступеней турбины (так называемый регенеративный отбор). Пар конденсируется в регенеративных теплообменниках. нагревая питательную воду, поступающую в котел. Конденсат греющего пара также поступает в котел или смешивается с основным потоком питательной воды.