2.5. Підвищення ккд теу підігрівом живильної води

У п. 2.2 (п.3) даної теми вказувалося на те, що термічний ККД циклу Ренкіна можна збільшити, наближуючи температуру живильної води Т₄ на вході у КА до температури кипіння Т₅, див, рис.2.1. Для цього відбирають частину пари m_r посеред процесу у турбіні і подають у регенеративний підігрівник змішування (РПЗ), або у регенеративний поверхневий підігрівник (РПП)див. рис. 2.5 та 2.6. У РПЗ пара змішується з конденсатом m_к, внаслідок чого загальна температура суміші m = m _r + m_k яка подається до КА, зростає.

Покажемо, що цикл з регенеративним відбором пари має більший термічний ККД ніж стандартний Ренкіна і проаналізуємо його залежність від параметрів процесу.

Параметри теплоносія у характерних точках циклу такі:

1-{P₁, T₁, h₁}; r -{P_r, T_r, h_r}; 2 - {P₂, T₂, h₂}; 3 - {P₂, T₂, h₃}; 4 - {P_r, T₄, h₄}; 5 -{P₁, T₅, h₅}; 6 -{P₁, T₅, h₆}. Тут мається на увазі, що процес 4 - 5 відповідає стисненню конденсату від Р_r до Р₁ – тиску у економайзері КА.

У регенеративному циклі (РЦ) частина пари m_r виконує цикл 1r4561, див. рис. 2.5, а друга частина m_k - 123561. Конденсат коштом відібраної пари отримує тепло, що визначається заштрихованою площею 344'3'. Завдяки цьому теплу у КА для нагріву маси m (за кошт палива) потрібно менше тепла (рівного площі 11'4'4561). Зауважимо, якщо б тепло m_r не поверталося б у цикл, то його частина у конденсаторі була б втраченою. Саме через те, що тепло пари m_r повністю використовується, зростає загальний ККД ПТУ.

Позначимо частку відібраної пари через ; а частку пари, що пройшла через конденсатор . Тоді питома робота, що виконується енергоносієм у циклі буде

l_ц = α_r∙(h₁ – h_r) + α_k∙(h₁ – h₂), (2.24)

т ут перший доданок відповідає роботі частини пари, що відібрана для РП, а другий - роботі частини пари, що пройшла через конденсатор. Подібним чином, загальна кількість тепла, що використана у циклі

q₁= α_r∙(h₁ – h_r) + α_k∙(h₁ – h₃),

відповідно, термічний ККД ПТУ з регенеративним циклом

, (2.25)

. (2.26)

- ККД циклу без регенерації.

- енергетичний коефіцієнт, рівний відношенню роботи, яка виконана відібраною парою, до роботи, виконаної парою, що пройшла через конденсатор.

З формули (2.25) випливає, що ККД циклу з регенерацією завжди більший від звичайного циклу Ренкіна оскільки чисельник (2.25) більший від знаменника. Крім цього бачимо, що тим більший, чим більша величина . З виразу (2.26) випливає, що величина енергетичного коефіцієнту залежить від величини відбору пари та параметрів пари у відборі. Більше того, можна показати, що при певних значеннях параметрів відбору досягає максимальної величини на 8 -12% більшої від .

Регенеративний підігрів живильної води сьогодні застосовують на всіх ПТУ електростанцій. Потоки пари, що відводяться з турбіни у регенеративні підігрівники (РП), виконують роботу без втрат у КТ. При цьому, для заданої електричної потужності ПТУ Ne, витрата пари через КТ зменшується, а ККД ПТУ зростає. У реальних ПТУ через РП проходить не весь потік пари, а лише його частина, див. рис. 2.6. При такій схемі витрата пари через турбіну від відбору до відбору зменшується. Внаслідок цього висота лопаток у ЧВТ турбіни зростає, а у ЧНТ зменшується, що також збільшує відносний внутрішній ККД турбіни.

Залежність між ККД циклу з кількома регенеративними відборами та внутрішній ККД відповідного циклу Ренкіна (з пароперегрівом) η_i може бути представлена так, див. рис. 2.7

. (2.27)

(2.27а)

У виразі (2.27) сумування по j відбувається по всіх регенеративних відборах; α_k, - частка пари, що поступає у конденсатор та така, що відбирається у j –му відборі; - ентальпія пари у j – му відборі, див. рис.2.7; А_r – відношення роботи всіх потоків пари, що відводяться з турбіни, до роботи потоку, що проходить через конденсатор.

З рівняння (2.27) бачимо, що , якщо А_r > 0. Чим більша ця величина, тим вища ефективність регенераційних відборів.

РП можуть бути різних конструкцій. Переважно використовують РПЗ та регенеративні підігрівники поверхневі. У РПЗ підігрів забезпечується барботажем пари у живильній воді і вона може нагріватися практично до температури насичення гріючої пари відбору. У РПП температура нагріву завжди на 3 – 5^оС нижча від температури насичення гріючої пари. Щоб її підвищити, використовують охолоджувачі перегрітої пари, у яких живильна вода додатково нагрівається перегрітою парою. Але, навіть, у такому випадку температура нагрітої води нижча від температури насичення гріючої пари (недогрів пари). Робота відібраної пари тим більша, чим менший недогрів, тому найефективнішими є РПЗ.

Якщо у ПТУ є відбори пари на промислові потреби чи теплофікацію, то залежність між ККД ТЕЦ з регенеративними відборами та без них така

, (2.28) А_ст – сума відношень робіт потоків пари, що відводяться споживачам тепла до роботи конденсаційного потоку.

О тже, для ТЕЦ регенераційні відбори теж підвищують ККД, але це підвищення менше ніж у випадку КЕС.

Якщо у ПТУ використовують промперегрів пари, то у цьому випадку теплова економічність ПТУ залежить від розміщення РП першого відбору щодо місця подачі пари на промперегрів (по ходу пари), див. рис. 2.8. Нагрів води у цьому РП (він залежить від розміщення наступних відборів) значно вищий від усіх інших і визначається параметрами перегріву пари та параметрами проміжного перегріву.

В становлено, що для схем з промперегрівом пари, як і без нього, існує температура живильної води, при якій внутрішній ККД ПТУ η_і досягає максимального значення. Причому ця температура практично не залежить від числа РП, а визначається місцем розміщення першого відбору пари, див. рис.2.9.

Зі збільшенням числа відборів пари їх ефективність зменшується, а капіталовкладення зростають. Тому економічно доцільними є 7 – 9 відборів пари у яких використовують як РПЗ, так і РПП, див. рис.2.9.