Регенеративный цикл паровой теплосиловой установки. Регенеративная теплосиловая установка с подогревом питательной воды всем паром.

Для повышения термического КПД тепловых паросиловых установок в их циклах используется регенеративный подогрев питательной воды.

!На подогрев питательной воды от температуры Т₂до Т₁   в  установке, работающей по циклу Ренкина в насыщенном паре, затрачивается теплота q_пит, равная площади внутри контура 3-5-8-9-3 на рис. 1.28

Рис. 1.28 Цикл Ренкина в насыщенном паре на диаграмме T-S при работе питательного насоса А_нас≈0.

 

Процесс расширения пара в турбине 1-2 является адиабатным, то есть без теплообмена с окружающей средой. Если процесс расширения пара в турбине проводить по политропе 1-2’, эквидистантной кривой подогрева питательной воды в экономайзере (процесс 4-5), с отводом теплоты q_турб (), то получим обобщенный (регенеративный) цикл Карно. Реализовать процесс 1-2’ можно только приближенно, заменяя его на рис.1.29 многоступенчатым процессом 1-a-b-c-d-2’.

 

Рис. 1.29 Пример реализации регенеративного цикла в насыщенном паре на диаграмме T-S при работе питательного насоса А_нас≈0.

 

Чем больше количество ступеней, тем ближе ломаная линия приближается к кривой 1-2’ на рис.1.28.

В регенеративном цикле питательная вода последовательно проходит через несколько подогревателей (регенераторов), где нагревается паром, отбираемом из турбины после его расширения.

Регенеративный цикл (1-a-b-c-d-2’-3, 4-5-1), представленный на рис. 1.29, можно было бы осуществить на установке, работающей на схеме, представленной на рис. 1.30.

Отличительной особенностью этой схемы является то, что пар, вырабатываемый в котлоагрегате, весь проходит через все ступени турбины и все подогреватели (регенераторы) питательной воды.

Рис. 1.30 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по регенеративному циклу в насыщенном паре с подогревом питательной воды всем паром:

КА – котлоагрегат;

ПК – паровой котел;

Э – водяной экономайзер;

ПТ1, ПТ2 ПТ3 – соответственно первая, вторая и третья ступень паровой турбины;

ЭГ – электрогенератор;

К – конденсатор;

ЦН – циркуляционный насос;

ПН – питательный насос;

Р1, Р2 – первая, вторая ступени регенератора (подогревателя питательной воды).

 

На рис.1.29 процесс 1-а – адиабатное расширение насыщенного пара с параметрами Р₁, Т₁ в первой ступени турбины ПТ1 с понижением давления до Р_а, температуры – до Т_а и степени сухости – до Х_а. После первой ступени турбины влажный насыщенный пар поступает в первую ступень регенератора Р1, где при Р_а = const и Т_а = const отдает часть теплоты (q_рег1) питательной воде (процесс a-b).

При этом степень сухости пара снижается от Х_а до Х_b. Питательна вода из регенератора Р1 поступает в водяной экономайзер Э, а влажный насыщенный пар с параметрами Р_а, Т_а и Х_b – во вторую ступень турбины ПТ2. Во второй ступени турбины влажный пар расширяется (процесс b-c) до давления Р_с (Р_с < Р_а), температуры Т_с (Т_с<Т_а) с понижением степени сухости от Х_b до Х_с, после чего поступает во вторую ступень регенератора Р2. В регенераторе Р2 при Р_с = const и Т_с = const влажный насыщенный пар отдает питательной воде еще одну часть теплоты (q_рег2), понижая за счет этого степень сухости от Х_с до Х_d. Из регенератора Р2 подогретая питательная вода поступает в регенератор Р1, где выполняет роль холодного теплоносителя, воспринимая теплоту q_рег1 от пара с температурой Т_а после первой ступени турбины ПТ1. После регенератора Р2 влажный насыщенный пар с параметрами Р_с, Т_с и Х_d поступает в третью ступень турбины ПТ3, где расширяется до давления Р₂, температуры Т₂ с понижением степени сухости от Х_d до Х_2’(процесс d-2’). Затем пар поступает в конденсатор К, где при Р₂ = const и Т₂ = const полностью конденсируется (процесс 2’-3). Эта холодная питательная вода сжимается до давления Р₁ питательным насосом ПН (процесс 3-4) и подается во вторую ступень регенератора Р2. В регенераторе Р2 питательная вода с параметрами Р₁ и Т₄≈Т₃=Т₂ выполняет роль холодного теплоносителя, воспринимая теплоту q_рег2 от пара с температурой Т_с после второй ступени турбины ПТ2. На рис.1.29 подогрев питательной воды после конденсатора К, осуществляемый последовательно в регенераторе Р2, регенераторе Р1 и экономайзере Э, изображен одной 4-5.

Чем больше число ступеней турбины и регенератора, тем ближе цикл к обобщенному термодинамическому циклу Карно.

На практике схема 1.30 не применяется из-за технических проблем, обусловленных недопустимо малой степенью сухости пара Х_b¸X_d и особенно Х_2’ на лопатках турбины.