25) Термический кпд при использовании регенерации

Под регенерацией в тепловых циклах понимают использование теплоты рабочего тела, совершившего механическую работу, на другом участке цикла.

Регенерация приводит к возрастанию внутреннего и термического КПД.

Различают регенерацию на насыщенном(рис1) и перегретом паре(рис2)

(рис1)

Теоретически термический КПД цилка Ренкена можно сделать равным КПД цикла Карно с помощью регенерации теплоты, если осуществить расширение пара не по адиабате 1-2, как в обычной турбине, а по политропе 1-7(рис1), и всю выделяющуюся при этом теплоту (площадь1-1’-7-7’) передать в идеальном (без потерь энергии) теплообменнике воде( площадь 3’-3-5-5’)

На практике такую идеальную регенерацию осуществить не удастся, однако в несколько ином виде регенеративный подогрев воды применяется очень широко и позволяет существенно увеличить КПД реального цикла.

К сожалению, цикл насыщенного водяного пара обладает весьма низким кпд из-за невысоких температур насыщения.

(рис2)

Цикл на перегретом паре отличается только наличием дополнительного перегрева 6-1. Он осуществляется в пароперегревателе, являющимся элементом парового котла.

Термический КПД цикла определяется, как обычно, по уравнению^

Теплота q1 подводится при р=const в процессах 4-5(подогрев воды до температуры кипения),5-6(парообразование) и 6-1(перегрев пара). Теплота q1 равна разности энтальпий в конечной и начальной точках процесса: q1=i1-i4.

Отвод теплоты в конденсаторе осуществляется также по изобаре 2-3, следовательно: q2=i2-i3.

Термический КПД цикла:

Если не учитывать ничтожного повышения температуры при адиабатном сжатии воды в насосе, то i3=i4 и

Где I’2 энтальпия кипящей воды

Перегрев пара увеличивает среднюю температуру подвода теплоты. В цикле, не меняя температуру отвода теплоты. Поэтому термический КПД паросиловой установки возрастает с увеличением температуры пара перед двигателем.

26)Принципиальная схема тэц на докритических параметрах с отборами пара на регенерацию и регулируемым отбором пара на псв. Основные элементы схемы. I-s диаграмма.

Имеется, однако, возможность повысить эффективность паросиловой установки путем увеличения, а не уменьшении давления и температу­ры за турбиной до такой величины, что­бы отбросную теплоту (которая составляет более половины всего количества теплоты, затраченной в цикле) можно было использовать для отопления, горячего водоснабжения и различных техно­логических процессов (рис. 6.12). С этой целью охлаждающая вода, нагретая в конденсаторе К. не выбрасывается в водоем, как в чисто конденсационном цикле, а прогоняется через отопительные приборы теплового потребителя ТЧ и, охлаждаясь в них. отдает полученную в конденсаторе теплоту. В результате станция, работающая по такой схеме, одновременно вырабатывает и электрическую энергию, и теплоту. Такая стация называется теплоэлектроцентралью (ТЭЦ).

Охлаждающую воду можно использовать для отопления лишь при том условии. что ее температура не ниже 70-100 °С Температура пара в конденсато­ре (подогревателе) К должна быть хотя бы на 10—15 “С выше. В большинстве случаев она получается больше 100 °С, а давление насыщенного пара р2 при этой температуре выше атмосферного. Поэтому турбины, работающие по такой схеме, называются турбинами с противо­давлением.

Итак, давление за турбиной с про­тиводавлением подучается обычно не ме­нее 0,1—0,15 МПа вместо около 4 кПа за конденсационной турбиной, что, ко­нечно, приводит к уменьшению работы пара в турбине и соответствующему уве­личению количества отбросной теплоты Это видно на рис. 6.13, где полезно использованная теплота q_и в конденсаци­онном цикле изображается площадью 1-2'-8'-4'-5-6, а при противодавлении - площадью 1-2-8-4-5-6. Площадь 2- 2'-3'-4 дает уменьшение полезной работы из-за повышении давлении за турбиной с p’2 до p2

Термический КПД установки с про­тиводавлением получается ниже, чем конденсационной установки, т о в элек­троэнергию превращается меньшая часть теплоты топлива Зато общая степень использовании этой теплоты стано­вится значительно большей, чем в кон­денсационной установке. В идеальном цикле с противодавлением теплота, за траченная в котлоагрегате на получение пара (площадь 1-7-8-4-5-6), полностью используется потребителями Часть ее (площадь 1-2-4-5-6) превращается в механическую или электрическую энергию, а часть (площадь 2-7-8-4) отдается тепловому потребителю в виде теплоты пара или горячей воды

При установке турбины с противо­давлением каждый килограмм пара совершает полезную работу и отдает тепловому потребителю количество теплоты Мощность установки но выработке электроэнергии и ее тепловая мощность пропорциональны расходу пара D. т е. жестко связаны Это неудобно на практике, ибо графики потребности и электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.

Чтобы избавиться от такой жесткой связи, на станциях широко применяют турбины с регулируемым проме­жуточным отбором пара (рис. 6.14).

Такая турбина состоит из двух частей, части высокого давления (ЧВД), в которой пар расширяется от давления до давления , необходи­мого для теплового потребителя, и части низкого давления (ЧНД). где пар расширяется до давлении p2 в конденсаторе. Через ЧВД проходит весь пар. вырабатываемый котлоагрегатом Часть его (при давлении ) отбирается и поступает к тепловому потребителю ТП. Остальной пар в количестве Dк проходит через ЧНД в конденсатор К Регулируя соотношения между Dотб и Dк можно независимо менять как тепловую, так и электрическую нагрузки турбины с промежуточным отбором, чем и объясняется их широкое распространение на ТЭЦ. При необходимости предусматри­ваются два и более регулируемых отбора с разными параметрами пара.

Наряду с регулируемыми каждая турбина имеет еще несколько нерегулируемых отборов пара, используемых для регенеративного подогрева питательной воды, сушественно повышаюшего термический КПД цикла.

Своеобразная «теплофикация» может осуществляться даже на чисто конденсационных станциях, где охлаждающая вода из конденсаторов используется, например, для обогрева бассейнов или водоемов, где искусственно выращи­вается рыба. Отбросная теплота может использоваться для обогрева парников, теплиц и т. д. Конечно, потребное в рай­оне ТЭЦ количество теплоты для этих целей значительно меньше общего коли­чества отбросной теплоты, но тем нс ме нее такое ее использование является эле­ментом безотходной технологии — технологии будущего.

Несмотря на большие потери эксергии при передаче теплоты от продуктов сгорания к пару, КПД паросиловых установок в среднем выше, чем у ГТУ. и близок к КПД ДВС, прежде всего за счет хорошего использования располагаемой эксергии пара. (Как указано выше его температура на выходе из конденсационной турбины составляет 28—З0 °С.) С другой стороны, большой располагаемый теплоперепад в турбине и связанный с этим относительно низкий удельный расход пара на выработку I кВт позволяют создать паровые турбины на колоссальные мощности — до 1200 МВт в одном агрегате! Поэтому паросиловые установки безраздельно господствуют как на тепловых, так и на атомных элек­тростанциях. Паровые турбины приме­няют также для привода турбовоздухо­дувок (в частности, в доменном производстве). Недостаток паротурбинных установок — большие затраты металла, связанные прежде всего с большой мас­сой котлоагрегата. Поэтому они практи­чески не применяются на транспорт и их не делают маломощными.