Термодинамічні основи регенеративного підігріву живильної води на ТЕС
Технічні особливості системи регенерації
Ефективність використання відборів пара теплофікаційних турбін (опалювальних, регенеративних) для потреб теплового споживання значною мірою визначає економічність роботи теплоелектроцентралей. Не випадково в СРСР в якості основного способу економії органічного палива в масштабах країни застосовувалася теплофікація, - за висловом проф. Є.Я. Соколова, централізоване теплопостачання на базі комбінованого виробництва електричної і теплової енергії. Також за радянських часів завжди приділялася значна увага розвитку внутрішньої теплофікації - використання відборів пара турбін для підігріву живильної води та інших технологічних внутрішньостанційних потоків теплоносіїв.
У рефераті розглянуті термодинамічні основи регенерації та показані деякі технічні особливості таких систем. Показано, що багатоступінчастий регенеративний підігрів довше вигідний в порівнянні з одноступеневою.
Термодинамічну сутність регенеративного циклу можна усвідомити при расмотренного зміни стану пара в ідеальній паросилова установці. При цьому передбачається, що підігрівачі не мають опору переходу тепла через стінку.
Рис.1 Тs-діаграма циклу Ренкіна і регенеративного циклу.
Кількість тепла, перетвореного в механічну енергію, вимірюється площею замкнутої кривої циклу 3-5-6-1-2-3. Ідеальний регенеративний цикл можна уявити собі таким чином. Припустимо, що вся пара, що надійшов в турбіну, багаторазово відводитися з неї підігрівники живильної води і повертається в турбіну. При проходженні через турбіну пар розширюється адіабатично. При проходженні через підігрівачі пар частково конденсується, нагріваючи воду в підігрівачі до температури насичення пари, що гріє. Такий цикл зображений в координатах Тs на рис.2
Рис.2 Тs-діаграма граничного регенеративного циклу.
При нескінченно великому числі відводів пара процес поперемінного розширення пари в турбіні і часткової конденсації в подогревателях зобразитися лінією 1-10. Такий цикл називається граничним регенеративним циклом. Кількість тепла, що передається живильній воді, зображується площею 1-2-6-11-10-1, причому передбачається, що вода нагрівається до температури кипіння в казані.
Тепло, перетворене в роботу, зображується площею 3-5-1-10-3 і буде менше, ніж в циклі Ренкіна. Кількість тепла, підведене в циклі до робочого речовини, зображується площею 8-3-5-1-10-11-8. Ця площа значно менше, ніж цикл Ренкіна, за рахунок тепла живильної води. Коефіцієнт корисної дії граничного регенеративного циклу становить:
І дорівнює термодинамическому ККД циклу Карно.
У дійсному регенеративної циклі відводитися із проміжного щабля турбіни тільки деяка частина пара, яка повністю конденсується в подогревателях живильної води. Зміна стану цієї частини пара показано в координатах Тs на рис.1 і збігається з процесом циклу Ренкіна для чисто конденсаційної установки, за винятком процесу конденсації, який протікає при більш високому тиску і відповідно більш високій температурі. Процес конденсації відібраного пара зображується прямою 10-11. Площа замкнутої кривої 10-11-5-6-1-10 відповідає кількості тепла, перетвореного в механічну енергію. [Теплові електричні станції. Москва. 1956 р]
Тепло відбирається пара використовується спершу в турбіні, де він здійснює роботу, а потім передається воді, з якої повертається в парогенератор. Таким чином, тепло відпрацьованої пари регенеративних відборів турбіни не губиться в конденсаторі турбіни з охолоджувальною водою, а зберігається на електростанції; передаючись конденсату або живильної води, це як би відновлюється, регенерується.
Теплова економічність і енергетична ефективність регенеративного підігріву води визначається, отже, зменшенням втрат тепла в конденсаторі турбіни (в порівнянні з найпростішої конденсаційної електростанцією без регенеративного підігріву води) внаслідок відбору частини пара для зазначеного підігріву. Отже, ККД паротурбінної електростанції завдяки регенерації зростає.
Істотним при цьому є виробництво електричної енергії в результаті роботи пара регенеративних відборів в турбіні. [Теплові електричні станції. 1987 р]
Регенеративний підігрів основного конденсату і живильної води є одним з найважливіших методів підвищення економічності сучасних ТЕС. При цьому під основним конденсатом розуміється потік конденсату робочого пара від конденсатора до деаератора, а під живильною водою - потік від деаератора до котла (парогенератора).
Регенеративний підігрів здійснюється парою, відпрацьованим в турбіні. Гріючийпар, зробивши роботу в турбіні, потім конденсується в подогревателях. Виділена цим паром теплота фазового переходу повертається в котел. Залежно від початкових параметрів пари і кількості відборів пара на регенерацію відносне підвищення ККД турбоустановки за рахунок регенерації становить від 7 до 15%, що можна порівняти з ефектом, одержуваних від підвищення початкових параметрів пари перед турбіною.
Регенерацію можна розглядати як процес комбінованого виробництва енергії з внутрішнім споживанням теплоти пара, що відбирається з турбіни. Регенеративний підігрів води знижує втрату теплоти з відпрацьованим парою в конденсаторі турбіни. [Конспекти ТЕС]
Рис.3 Схема турбінної установки з 3х ступінчастим регенеративним підігрівом.
Де: 1 - котел; 2 - турбіна; 3 - конденсатор; 4,5 і 6 - змішують підігрівачі; 7 - конденсатний насос; 8 і 9 - перекачують насоси; 10 - живильний насос.
Системи регенерації грають велику роль в процесі виробництва енергії, за рахунок зниження втрат теплоти з відпрацьованим парою в конденсаторі турбіни. На сучасних ТЕС в основному застосовуються поверхневі (кожухотрубні) підігрівачі (ПНД, ПВД, СП). Конкретні рішення щодо кількості апаратів в системі регенеративного підігріву живильної води і місця їх в тепловій схемі ПТУ приймаються на основі техніко-економічних розрахунків. В ході проведеної роботи встановлено, що схема з великою кількістю підігрівачів ефективніше в зв'язку зі збільшенням ККД турбоустановки.
1. Теплові електричні станції. В.Н. Юрєнєв. Москва. 1956 р
2. Теплові електричні станції. В.Я. Рижкин. Москва. 1987 р
3. Конспекти ТЕС