Раздел 2.3. Энергосбережение в энергосиловых установках

2.3.1. Регенерация тепла

Регенерация тепла в теплосиловой установке является одним из

эффективных методов повышения КПД и уменьшения расхода топлива на единицу произведенной работы. Сущность регенерации состоит в том,

что начиная с некоторой температуры Т тепло продуктов сгорания можно передавать исходным веществам: топливу и окислителю, нагревая их до этой температуры. При неизменной массе рабочего тела температура горения возрастает. Продукты сгорания отдают тепло в более широком интервале температур, что ведет к росту установки. Однако практическое применение этого метода наталкивается на диссоциацию продуктов сгорания и на температурную стойкость материалов. В паросиловых установках теоретическая температура горения не реализуется. Топка котла экранирована и тепло интенсивно отводится от горящего топлива. Процесс горения не является адиабатическим. Регенеративный подогрев воздуха,

направляемого на горение, невелик и применяется не столько для повышения температуры в топке, сколько для улучшения условий воспламенения. Передача тепла питательной воде в результате отбора части пара, поступающего в турбину, реализуется в цикле Ренкина с регенерацией и, ведет к увеличению КПД.

В газотурбинных установках (ГТУ) камера сгорания адиабатна, а

температура продуктов сгорания, поступающих в турбину, ограничена

прочностными свойствами материалов. Однако, увеличение температуры

может быть скомпенсировано увеличением подачи воздуха, используемого в качестве окислителя. Рост массы рабочего тела на единицу сжигаемого топлива, как увидим ниже, ведет к росту КПД установки.

В паросиловой установке повышение КПД за счет регенерации происходит следующим образом. Часть пара  ,поступающего в турбину, отбирается при некотором промежуточном давлении р₀ ( p₁ > p₀ > p₂ ) и

направляется в подогреватель, куда одновременно подается конденсат.

Полезная работа в расчете на 1 кг пара в регенеративном цикле

,

или

. (2.3.1)

Полученную работу нужно сопоставить с количеством теплоты, затрачиваемой на получение 1 кг пара. Пренебрегая повышением температуры

при сжатии в питательном насосе, можно записать, что

,

где энтальпия питательной воды при регенерации

,

откуда,

. (2.3.2)

Из формулы (2.3.1) видно, что удельная полезная работа пара в регенеративном цикле меньше, чем в обычном цикле Ренкина. При сохранении

прежней мощности нужно увеличивать расход пара на единицу мощности.

Одновременно (см. формулу (2.3.2)) уменьшается расход теплоты, идущей

на нагревание, причем быстрее, т.к. . В результате термический КПД цикла Ренкина с регенерацией

.

возрастает:

.

На практике применяются регенеративные циклы с многократными отборами пара, т.к. КПД цикла растет с увеличением числа отборов.

При двух отборах, характеризующихся долями ₁ , ₂ и энтальпиями

h₀₁ и h₀₂ термический КПД цикла

.