Регенеративные тепловые схемы 2-го рода

Тема № 3

Регенеративный цикл ПТУ

 

Регенеративным называется такой цикл, который осуществляется в контуре ПТУ при условии использования для подогрева питательной воды пара, частично совершившего работу расширения в турбине.

Сущность регенеративного цикла заключается в том, что уменьшаются потери теплоты в конденсаторе (самые большие потери в ПТУ) в связи с тем, что теплота некоторой части пара, совершившего полезную работу в турбине, используется для подогрева питательной воды.

Естественно, что в этих условиях мощность турбины понизится, но не пропорционально количеству отобранного пара, поскольку он совершил полезную работу прежде, чем был отобран.

В судовых паровых установках для осуществления регенеративного цикла используется подогрев питательной воды паром, отбираемым из паровых турбин.

 

Рис. 19 Схема теоретического процесса расширения пара пароэнергетической установки, работающей по регенеративному циклу

 

Особенностью этой схемы является наличие подогревателя (2) питательной воды, в который направляется пар, отбираемый в процессе расширения из паровой турбины (1) при некотором давлении ().

В простейшем случае этот пар смешивается с питательной водой и может подогревать ее до температуры (), соответствующей давлению отбираемого пара.

Поступление в паровой котел воды с более высокой температурой снижает расход топлива на образование пара, несмотря на некоторое увеличение общего расхода пара на паровую турбину вследствие промежуточного отбора его для подогрева питательной воды.

Термический КПД регенеративного цикла выше, чем КПД цикла Ренкина, при тех же начальных и конечных параметрах пара, причем он возрастает с увеличением числа промежуточных отборов (современные судовые ПТУ работают при трех или четырех промежуточных отборах).

Экономичность регенеративного цикла объясняется возвратом в паровой котел теплоты парообразования той части производимого в котле пара, которая отбирается из турбины и направляется на подогрев питательной воды.

 

В то же время уменьшается потеря в конденсаторе, т.к. при наличии отборов пара в него поступает меньшее количество пара.

 

Регенеративная тепловая схема 2-го рода

Для реальной КТЭУ

 

В рассмотренных выше тепловых схемах все турбоприводы вспомогательных механизмов были объединены в один привод, и на все турбоприводы подавался пар одинаковых параметров.

 

Отработавший в турбинах ВМ пар также имел одинаковые параметры – все механизмы работали либо на вакуум, либо на противодавление.

В реальных КТЭУ количество вспомогательных механизмов достаточно велико.

 

Турбопривод могут иметь следующие вспомогательные механизмы КТЭУ:

– главный масляный насос системы смазки ГТЗА – ТМН;

– циркуляционный насос конденсационной установки – ТЦН;

– топливный насос главного котла – ТНН;

– котельный вентилятор – для котлов с вентиляторным дутьем, или добавительная паровая турбина ТНА – для ВНК;

– конденсатный, бустерный и питательный насосы КПС, которые часто объединяются в единый агрегат – ПКБТ (питательный конденсатно-бустерный турбоагрегат), имеющий единый мощный турбопривод;

– турбогенератор – ТГ, вырабатывающий электроэнергию для нужд судна.

 

Все перечисленные механизмы имеют различную мощность и могут использовать различные параметры свежего и отработавшего пара.

Чем мощнее вспомогательный механизм, тем более высокие параметры пара на него должны подаваться, и тем меньшими должны быть параметры отработавшего пара.

 

По начальным параметрам используемого пара возможно применение турбомеханизмов, работающих:

– на полных параметрах пара, вырабатываемых главным котлом;

– на пониженных параметрах пара, которые достигаются:

 

1. - снижением давления и температуры пара, вырабатываемого котлом, в специальных редукционно-охлаждающих устройствах;

2. - подачей на турбоприводы насыщенного пара;

3. - добавкой в насыщенный пар части перегретого пара (слабоперегретый пар).

По конечным параметрам отработавшего пара различают турбоприводы вспомогательных механизмов, работающие на вакуум и на противодавление (систему отработавшего пара).

 

Учитывая изложенное, все турбоприводы вспомогательных механизмов по начальным и конечным параметрам используемого пара (в зависимости от потребляемой мощности) можно разбить на 4 группы (см. таблицу):

 

· группа 1А: механизмы, работающие на полных параметрах пара, и сбрасывающие отработавший пар в систему отработавшего пара;

· группа 2А: механизмы, работающие на полных параметрах пара, и сбрасывающие отработавший пар в главный конденсатор;

· группа 1Б: механизмы, работающие на пониженных параметрах пара, и сбрасывающие отработавший пар в систему отработавшего пара;

· группа 2Б: механизмы, работающие на пониженных параметрах пара, и сбрасывающие отработавший пар в главный конденсатор.

 

	группа А	группа Б
полные параметры пара	пониженные параметры пара
группа 1	работа на систему отр. пара	ПКБТ ТНА	ТМН ТНН
группа 2	работа на вакуум (ГК)	ТГ	ТЦН

 

При работе КТЭУ 2-го рода на некоторых режимах, количества отработавшего пара, поступающего от вспомогательных механизмов в систему отработавшего пара, может не хватать для поддержания требуемого давления в системе.

Например, на ходах начиная со среднего и выше, выключаются из работы добавительные турбины ТНА.

Во избежание провалов давления в системе отработавшего пара появляется необходимость в добавке некоторого количества свежего пара в трубопровод отработавшего пара. Для этого в тепловую схему установки вводится клапан добавки – КД.

Клапан добавки и клапан излишков в совокупности представляют собой регулятор давления в системе отработавшего пара. Для более точного поддержания давления в самом деаэраторе используется отдельный регулятор давления.

Для устойчивой работы главного и вспомогательного эжекторов, их холодильники должны обеспечиваться определенным расходом охлаждающей воды.

 

В качестве охлаждающей воды для эжекторов используется конденсат, подаваемый в цикл конденсатным насосом.

На любых режимах работы установки через холодильники эжекторов прокачивается фиксированное значение расхода конденсата. Излишек конденсата через специальный регулятор – клапан рециркуляции – сливается обратно в главный конденсатор.

В реальной КТЭУ пар, помимо главных и вспомогательных механизмов, поступает в теплообменные аппараты (масло - и нефтеподогреватели), пароэжекторные холодильные машины, испарительные установки и другое оборудование ГЭУ и общесудовых систем.

Конденсат от «чистых» потребителей пара поступает в главный конденсатор, а от тех потребителей, в которых возможно его загрязнение маслом или топливом – в цистерну «грязных» конденсатов.

Конденсат из ЦГК, в зависимости от степени его чистоты, направляется или в главный конденсатор, или сливается в трюм.

С учетом изложенного, регенеративная тепловая схема КТЭУ 2-го рода примет вид, показанный на рис. 77.

 

 

Рис. 77. Регенеративная тепловая схема 2-го рода с учетом разбивки турбоприводов ВМ на группы по начальным и конечным параметрам пара.

ГК – главный котел; ГТЗА – главный турбозубчатый агрегат;

Кр – главный конденсатор; КН – конденсатный насос (гидравлическая часть); ГЭЖ – главный эжектор;

ВЭЖ – вспомогательный эжектор; Др – деаэратор;

БН – бустерный насос (гидравлическая часть);

ПН – питательный насос (гидравлическая часть);

ТМН – турбопривод масляного насоса;

ТНН – турбопривод топливного насоса; ТНА – добавительная паровая турбина ТНА; ПКБТ – питательный конденсатно-бустерный турбоагрегат (турбопривод КН, БН и ПН);

ТЦН – турбопривод циркуляционного насоса;

ТГ – турбогенератор; РД – регулятор давления в системе слабоперегретого пара; КД – клапан добавки слабоперегретого пара; КИ – клапан излишков отработавшего пара;

ДРД – дифференциальный регулятор давления в деаэраторе; КРец – клапан рециркуляции;

ДРП – двухимпульсный регулятор питания котла;

ЦГК – цистерна грязных конденсатов;

ТОА – теплообменные аппараты;

ОСС – общесудовые системы и механизмы;

G_ТОА – пар на теплообменные аппараты;

Gосс – пар на общесудовые потребители и системы;

G_эж – пар на эжекторы;

G _упл – пар в систему уплотнений турбины.

 

Цикл с сепарацией пара.

Цикл с сепарацией пара является характерным для турбины, использующей насыщенный пар.

 

Расчеты показывают, что для турбины, работающей при условиях, когда относительный внутренний КПД 67 ¸ 70%, допустимая степень влажности 8 ¸ 12%, давление в конденсаторе 0,005 МПа, начальное давление составит 1 ¸ 1,5МПа, а термический КПД ~25%.

Следствием низкой эффективности установки будет значительный объемный расход пара, в результате чего потребуется увеличение массогабаритных показателей турбин.

Последние ступени ТНД ПТУ на органическом топливе работают в области влажного пара, в которой из движущегося между лопатками пара выпадают частички влаги.

С увеличением влажности пара размеры частичек (капель) воды растут, и они ударяются о выпуклую часть лопаток. В результате создается тормозящий момент на диске ступени, что может вызвать эрозию лопаток. Кроме того, из-за выпадения части пара в виде капель уменьшается совершаемая им работа в ступени.

При проектировании и конструировании судовой турбины, работающей в области влажного пара, обязательным условием является обеспечение ее надежности.

 

Для удаления влаги применяют различные способы сепарации насыщенного пара:

1) введение ППП;

2) межступенчатую сепарацию, при которой обеспечиваются:

- а) отвод влаги из проточной части турбин путем конструктивного ее изменения;

- б) дренаж влаги с помощью устройства в корпусе и диафрагмах;

3) выносное сепарирующее устройство, устанавливаемое, как правило, в ресивере (рис. 6.1.3.1, а);

4) промежуточный перегрев пара теплотой свежего пара (рис. 6.1.3.1,б).

Способы 1 и 2 б применяются в ПТУ, работающих на органическом топливе, остальные — в ЯЭУ.

Рис. 6.1.3.1. Схема сепарации насыщенного пара

а) — выносное сепарирующее устройство; б) — ППП:

1 - движитель; 2 - редуктор; 3 - ТВД; 4 - сепаратор или перегреватель; 5 – ТНД

На рис. 6.1.3.2 приведен цикл с сепарацией пара в выносном сепарирующем устройстве.

Рис. 6.1.3.2. Идеальный цикл Ренкина для насыщенного пара с сепарацией в выносном сепарирующем устройстве

 

Здесь 1 - 2 - 3— изобарный подвод теплоты в котле (работой насоса пренебрегаем), 3- 4 — изоэнтропийное расширение пара в ТВД, 4 - 5сепарация пара, 5 - 6 — изоэнтропийное расширение в ТНД и 6 -1— конденсация пара.

Выносные судовые сепарирующие устройства обеспечивают конечную влажность не более 0,5%.

При этих условиях начальное давление пара может достигать 4МПа, а h_t составлять до 39%.

Перспективно использование и межступенчатой сепарации пара, что позволит удалять 30 ¸ 50% влаги из каждой ступени турбомашины.

Реальный цикл Ренкина.

 

Осуществление цикла Ренкина на практике сопровождается рядом дополнительных потерь, вызванных условиями эксплуатации. Реальный цикл Ренкина показан на рис. 6.1.4.2 Штриховыми линиями для сопоставления отмечены процессы идеального цикла Ренкина.

В ходе эксплуатации процесс перегрева пара сопровождается потерями в пароперегревателе, что соответствует некоторому снижению р _п.к, и при перегреве до того же значения Т_ПЕ состояние перегретого пара будет определяться точкой 4 '.

Перетекание пара из пароперегревателя к ГТЗА по паропроводу будет сопровождаться потерями в нем не только давления, но и температуры из-за теплоотдачи через стенки паропровода в окружающую среду. Состояние пара на входе в ГТЗА определяется положением точки 4".

При отсутствии потерь в турбоагрегате процесс расширения парапротекал, бы по изоэнтропе 4" - 5'.В реальных условиях из-за потерь в ГТЗА процесс 4" - 5"расширения характеризуется возрастанием энтропии пара и отклоняется вправо.

 

Поскольку перетекание пара по выпускному патрубку, соединяющему ГТЗА с конденсатором, сопровождается потерями (линия 5" - 5"'),то давление в конце действительного расширения р _В.П.будет больше давления в конденсаторе р_Х. Точка 5"'отражает состояние пара на входе в конденсатор.

 

В реальных условиях температура конденсата на выходе из конденсатора немного ниже на 0,3 ¸ 0,8°С температуры насыщения, соответствующей давлению р_Х. Это явление называется переохлаждением конденсата и объясняется двумя причинами.

 

Первая — преодоление сопротивления конденсатора D р_Х при движении пара в нем (линия 5"'- 0), вторая — дополнительное охлаждение образующегося конденсата в процессе его стекания в сборник (в нижней части конденсатора) перед приемным патрубком насоса и потерь в самом насосе (линия 0 - 1 ").

 

Из диаграммы следует, что энтальпия воды i'' ₁ в начале подвода теплоты в реальном цикле Ренкина оказывается ниже энтальпии и в соответствующей точке идеального цикла (точки 1 " и 1).

Реальный цикл Ренкина изображается линией 1 " - 2 - 3 - 4' - 4" - 5" - 5'" - 0 -1", апроцесс подвода теплоты в нем — линией 1 " - 2 - 3 - 4'.

Рис. 6.1.4.2 Реальный цикл Ренкина

 

 

Типы ступеней

По способу преобразования энергии турбины делятся на активные, реактивные и со ступенями скорости.

Турбины, в которых преобразование потенциальной энергии в кинетическую происходит только в неподвижных аппаратах (соплах), называются активными, а турбины, где преобразование энергии происходит также в неподвижных аппаратах и на рабочих лопатках,— реактивными.

 

В случаях, когда преобразование энергии происходит в основном в неподвижных аппаратах и частично в рабочих, турбина работает с некоторой степенью реактивности.

 

Комплект, состоящий из сопл (направляющих лопаток) и рабочих лопаток, называется ступенью турбины; совокупность ступеней образует ее проточную часть.

Рис. 1.1. Схема одноступенчатой активной турбины

 

На рис. 1,1 схематически представлена одноступенчатая активная турбина. В корпусе 1 расположено одно или несколько сопл 2, рабочие лопатки 3 жестко закреплены на диске 4, который посажен на вал 5, вращающийся в подшипниках 6. В месте выхода вала из турбины установлены уплотнения 7. В нижней части рисунка дано развернутое на горизонтальную плоскость сечение сопл и рабочих лопаток.

Как видно из рисунка, оси сопл расположены под некоторым углом к плоскости диска.

В верхней части рисунка представлен график изменения параметров рабочего тела (давления р и абсолютной скорости с) при прохождении им проточной части турбины.

 

Очевидно, что в соплах имеют место падение давления и рост скорости пара; на рабочих лопатках кинетическая энергия пара преобразуется в механическую, в результате чего уменьшается скорость. Давление пара перед рабочими лопатками и за ними одинаково.

 

При прохождении пара между рабочими лопатками на их вогнутой поверхности создается повышенное давление, на выпуклой — пониженное. Возникает вращающее усилие, которое совершает механическую работу.

Активная турбинная ступень

 

В активной турбине (рис. 43) свежий пар с начальными параметрами: давлением p ₀ температурой t₀ абсолютной скоростью , подводится к сопловому аппарату (сечение 0). В каналах соплового аппарата происходит расширение пара, в результате чего скорость потока пара на выходе из сопл (сечение 1) увеличивается до значения , а давление снижается до значения .

С этой скоростью пар поступает в каналы, образованные рабочими лопатками. В каналах рабочих лопаток происходит изменение направления движения потока пара без его расширения.

Абсолютная скорость пара на выходе из каналов рабочих лопаток (сечение 2) уменьшается до величины выходной скорости , а давление пара остается равным значению .

В результате обтекания рабочих лопаток и поворота потока пара возникает сила, направленная от вогнутой поверхности лопатки в сторону выпуклой, передающаяся через диск на вал и создающая крутящий момент на валу турбины. Диск турбины приходит во вращение, при этом рабочие лопатки на среднем диаметре движутся с окружной скоростью .

На диаграмме начальным параметрам пара на входе в сопловый аппарат соответствует точка . Теоретически (без учета потерь) процесс расширения пара в сопловом аппарате от давления до давления протекает изоэнтропно. Параметрам пара после соплового аппарата при изоэнтропном расширении соответствует точка , а сам процесс расширения выглядит как вертикальная линия .

Разность значений энтальпии в начальной и конечной точках при изоэнтропном расширении пара представляет собой располагаемый (изоэнтропийный) теплоперепад в сопловом аппарате – .

В реальных условиях при движении пара через проточную часть турбины неизбежны потери энергии. Процесс расширения пара в этом случае не является изоэнтропным, а точка, характеризующая действительные параметры пара за соплами – , смещается вправо по изобаре на величину потерь энергии в сопловом аппарате – .

В каналах рабочих лопаток активной турбины расширения пара не происходит, поэтому значения давлений пара на входе в каналы рабочих лопаток и на выходе из них одинаковы.

На диаграмме действительные параметры пара на выходе из рабочих лопаток обозначены точкой , а процесс, протекающий изобарно в каналах рабочих лопаток – линией . Точка отстоит от точки на величину потерь энергии – .

 

Рис. 43. Принцип действия и процесс расширения пара в активной турбинной ступени.

Пар, выходящий из каналов рабочих лопаток, обладает конечной скоростью и уносит с собой некоторую часть кинетической энергии. Эта энергия пара не используется в турбине и называется потерей с выходной скоростью – .

Действительные параметры пара на выходе из турбины характеризуются точкой . Весь располагаемый теплоперепад , срабатываемый в активной турбине, полностью срабатывается в сопловом аппарате: .

 

Разделение потоков пара.

В ступенях паровой турбины происходит расширение пара и увеличение его объема. Для обеспечения нормального расширения пара проходное сечение проточной части от ступени к ступени должно увеличиваться. Соответственно, от ступени к ступени, возрастают длины рабочих и направляющих лопаток.

Если сопла и рабочие лопатки первых ступеней паровых турбин имеют высоту 10 ÷ 20мм, то высота рабочих и направляющих лопаток последних ступеней может достигать 400 ÷ 500мм у судовых турбин, и до 1200мм у стационарных турбин. С увеличением длины рабочих лопаток возрастают нагрузки, действующие на них при вращении ротора.

Большие нагрузки и значительные механические напряжения, возникающие в лопатках последних ступеней турбин, предполагают применение материалов повышенной прочности для их изготовления.

Вместе с тем, длина лопаток последних ступеней определяет диаметр ротора и корпуса турбины и, соответственно, ее массогабаритные показатели.

Одним из способов уменьшения длины лопаток последних ступеней является разделение потоков пара. Турбины с разделением потоков пара называются двухпроточными.

При разделении потока пара на две части вдвое сокращается объем пара, проходящий через каждую проточную часть. При этом вдвое сокращается длина лопаток последних ступеней турбины.

Двухпроточные турбины (рис. 50) могут выполняться со сходящимися потоками пара, когда пар движется со стороны подшипников к центральной части ротора, и с расходящимися потоками пара, когда пар движется от центральной части ротора к подшипникам.

Двухпроточные турбины имеют еще одно существенное преимущество: так как потоки пара в проточных частях направлены в противоположные стороны, то осевые усилия, воздействующие на ротор в каждой проточной части, взаимно уравновешиваются, и в таких турбинах нет необходимости в применении дополнительных устройств разгрузки ротора от осевых сил.

Однако применение двухпроточной схемы увеличивает длину ротора турбины и длину турбоагрегата в целом.

 

Рис. 50. Схема двухпроточной реактивной паровой турбины с расходящимися потоками пара.

Обводы пара

Каждая паровая турбина проектируется под определенные начальные параметры и расход пара. В силу этого КПД турбоагрегата является максимальным при работе ее на параметрах и расходе пара, заданных при проектировании.

Если начальные параметры и расход пара отличаются от заданных, турбинные ступени и турбина в целом работают с более низким КПД.

Для транспортных судов, имеющих постоянную рейсовую скорость, турбина проектируется изначально под заданную основную скорость хода судна.

Для ПТУ судов, работающих значительную часть времени на переменных ходовых режимах или на режимах пониженных ходов (ледоколы, рыболовные суда, боевые корабли), расчет турбины производится для полного хода судна, но при этом на основных ходовых режимах (средних и малых ходах) турбоагрегат будет работать довольно значительное время с более низким по сравнению с расчетным КПД, что приводит к увеличению расхода топлива и снижению экономичности энергетической установки в целом.

С целью повышения экономичности ПТУ при работе на малых и средних ходах, в состав турбоагрегата включают ступени экономических ходов, специально рассчитанные для оптимальной работы на пониженных параметрах и расходах пара.

Ступени экономического хода могут располагаться как в корпусе ТВД совместно со ступенями полного хода, так и в отдельном корпусе, называемом в этом случае турбиной экономического хода.

 

Ступени экономического хода, размещаемые в корпусе ТВД, могут быть установлены:

- за общей регулировочной ступенью (турбина с внутренним обводом ступеней экономических ходов);

- впереди всех ступеней полного хода (турбина с внешним обводом ступеней экономических ходов).

Рис. 51. Схемы турбин с внутренним (а) и внешним (б) обводами пара.

– сопловый клапан; – байпасный клапан; – движение пара через проточную часть на полных ходах; – движение пара через проточную часть на экономических ходах;

– ступени полного (экономического) хода.

 

В турбине с внутренним обводом пара (рис. 51. а) на режимах малых ходов пар последовательно проходит через все ступени турбины, включая ступени экономического хода, и обеспечивая максимальный КПД турбины на малых ходах.

При развитии бóльшего числа оборотов пар постепенно, открытием байпасного клапана, обводится мимо ступеней экономического хода, и при полном открытии байпасного клапана проходит только через ступени полного хода, срабатывая на них весь теплоперепад с расчетным максимальным КПД.

Ступени малых ходов при этом полностью выключаются из работы; через них проходит лишь незначительная часть потока пара с целью охлаждения деталей неработающих ступеней экономического при холостом вращении.

Тема № 3

Регенеративный цикл ПТУ

 

Регенеративным называется такой цикл, который осуществляется в контуре ПТУ при условии использования для подогрева питательной воды пара, частично совершившего работу расширения в турбине.

Сущность регенеративного цикла заключается в том, что уменьшаются потери теплоты в конденсаторе (самые большие потери в ПТУ) в связи с тем, что теплота некоторой части пара, совершившего полезную работу в турбине, используется для подогрева питательной воды.

Естественно, что в этих условиях мощность турбины понизится, но не пропорционально количеству отобранного пара, поскольку он совершил полезную работу прежде, чем был отобран.

В судовых паровых установках для осуществления регенеративного цикла используется подогрев питательной воды паром, отбираемым из паровых турбин.

 

Рис. 19 Схема теоретического процесса расширения пара пароэнергетической установки, работающей по регенеративному циклу

 

Особенностью этой схемы является наличие подогревателя (2) питательной воды, в который направляется пар, отбираемый в процессе расширения из паровой турбины (1) при некотором давлении ().

В простейшем случае этот пар смешивается с питательной водой и может подогревать ее до температуры (), соответствующей давлению отбираемого пара.

Поступление в паровой котел воды с более высокой температурой снижает расход топлива на образование пара, несмотря на некоторое увеличение общего расхода пара на паровую турбину вследствие промежуточного отбора его для подогрева питательной воды.

Термический КПД регенеративного цикла выше, чем КПД цикла Ренкина, при тех же начальных и конечных параметрах пара, причем он возрастает с увеличением числа промежуточных отборов (современные судовые ПТУ работают при трех или четырех промежуточных отборах).

Экономичность регенеративного цикла объясняется возвратом в паровой котел теплоты парообразования той части производимого в котле пара, которая отбирается из турбины и направляется на подогрев питательной воды.

 

В то же время уменьшается потеря в конденсаторе, т.к. при наличии отборов пара в него поступает меньшее количество пара.

 

регенеративные тепловые схемы 2-го рода

 

Реальные тепловые схемы КТЭУ включают достаточно большое число вспомогательных механизмов, работающих на противодавление.

 

Отработавший пар турбомеханизмов, поступающий в систему отработавшего пара, имеет довольно высокие параметры: давление 0,19 ÷ 0,2 МПа, и температуру около 120 ÷ 130 ^оС.

 

При дросселировании этого пара через клапан излишков и сбросе его в главный конденсатор, значительная часть теплоты цикла КТЭУ уходит на подогрев забортной воды и 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 = 4,0 МПа температура кипения воды составляет 250 ^оС.

При подаче воды в котел без подогрева с температурой 60 ^оС, эту воду необходимо довести до кипения – нагреть на 190 ^оС.

При подаче предварительно подогретой питательной воды с температурой 110 ^оС, температурный диапазон нагрева воды до кипения уменьшается до 140 ^оС.

 

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 водоподогревателем смесительного типа (схема «ВПС»)

 

В схеме «ВПС» в качестве водоподогревателя используется деаэратор (рис. 76).

Пар, вырабатываемый главным котлом, направляется в главную турбину – , и на турбоприводы вспомогательных механизмов – .

Отработавший пар главной турбины поступает в главный конденсатор, отработавший пар вспомогательных механизмов – в систему отработавшего пара, в которой клапаном излишков автоматически поддерживается постоянное давление – , выше атмосферного.

Из системы отработавшего пара греющий пар поступает в деаэратор, смешивается с разбрызгиваемым конденсатом и, отдавая ему свое тепло, конденсируется.

Конденсат пара главной турбины из главного конденсатора забирается конденсатным насосом и подается в деаэратор, где происходит его разбрызгивание и перемешивание с греющим паром.

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.

В тепловой схеме «ВПС» отсутствует линия сброса конденсата греющего пара, благодаря чему не происходит потери теплоты из цикла при охлаждении конденсата греющего пара в главном конденсаторе.

 

По этой причине КПД схемы «ВПС» имеет более высокое значение, чем у схемы «ВПП», при прочих равных условиях.

 

Кроме того, в деаэраторе происходит удаление из питательной воды растворенных в ней газов, что приводит к снижению интенсивности коррозионных процессов в паровом котле.

 

 

Рис. 76. Тепловая схема и термодинамический цикл КТЭУ с водоподогревателем смесительного типа (схема «ВПС»).

 

ВПС – водоподогреватель смесительного типа (деаэратор);

КН – конденсатный насос; БН – бустерный насос;

ПН – питательный насос; КИ – клапан излишков.

 

Главный цикл КТЭУ:

;

Вспомогательный цикл КТЭУ:

.

 

Главный цикл тепловой схемы «ВПС» описывается следующими термодинамическими процессами:

– расширение пара в ГТ до давления в главном конденсаторе – ;

– конденсация пара главной турбины в главном конденсаторе;

– сжатие конденсата в насосе;

– подогрев конденсата главного цикла в деаэраторе;

– подогрев питательной воды до температуры кипения в ГК;

– испарение воды в котле;

– перегрев пара в пароперегревателе котла.

Вспомогательный цикл схемы «ВПС» включает следующие процессы:

– расширение пара в турбоприводах ВМ до давления в системе отработавшего пара – ;

– охлаждение греющего пара в деаэраторе до температуры насыщения;

– конденсация греющего пара в деаэраторе;

Как и для схемы «ВПП», перечисленные термодинамические процессы вспомогательного цикла характерны для идеального случая, когда весь греющий пар поступает только в деаэратор, а клапан излишков при этом закрыт.

 

Если через клапан излишков происходит сброс части греющего пара в главный конденсатор, то параллельно с процессами вспомогательного цикла: , происходит процесс дросселирования пара в клапане излишков, характерный для схемы «П»: .