20.4. Цикл паросилової установки із проміжним перегрівом

пари

Одним зі шляхів зниження кінцевої вологості пари є застосування проміжного перегріву пари. Схема паросилової установки із проміжним перегрівом пари (або, як іноді кажуть, із вторинним перегрівом) представлена на мал. 2.42. На мал. 2.43 представлений цикл із вторинним перегрівом у координатах s-Т. Пара з перегрівника 1 з температурою Т₁ і тиском р₁ надходить у початкову частину турбіни 2 (ступінь високого тиску), де в процесі 1 - 7 адіабатно розширюється до деякого тиску р₁. Після цього пара у проміжному перегрівнику 3 нагрівається при постійному тиску р₁ до температури t₈ (процес 7 - 8). Далі пара надходить у другий ступінь турбіни 4 (ступінь низького тиску), де відбувається адіабатне розширення 8 - 9 до кінцевого тиску р₂ у конденсаторі 5.

Рис. 2.42. Схема ПСУ із проміжним перегрівом пари

Рис. 2.43. Цикл ПСУ с проміжним перегрівом пари в s-Т діаграмі

Цей цикл можна уявити таким, що складається із двох окремих циклів − звичайного циклу Ренкіна (основного) 5-4-6-1-2-3-5 і додаткового 2-7-8-9-2. При цьому формально можна вважати, що робота, вироблена на ділянці 7-2 адіабатного розширення в основному циклі, затрачається на адіабатне стиснення робочого тіла на ділянці 2-7 додаткового циклу. Вираження для термодинамічного ККД циклу із проміжним перегрівом можна представити в наступному вигляді:

^(2.20)

i₁ - i₇ − робота, вироблена при розширенні пара в ступені високого тиску;

i₈ - i₉ − робота, вироблена при розширенні пара в ступені низького тиску;

i₅ - i₃ − робота, витрачена на привід насоса;

i₁ - i₃ − кількість тепла, підведена в процесах 5-4, 4-6, 6-1 основні цикли;

i₈ - i₇ − кількість тепла, підведена при вторинному перегріві в процесі 7-8.

Без урахування роботи насоса:

Проміжний перегрів пари, що у свій час увійшов в енергетику головним чином як спосіб боротьби з високою вологістю пари в останніх ступенях турбіни, є засобом підвищення термодинамічного ККД циклу. У сучасних паросилових установках звичайно застосовується не тільки однократний, але й двократний проміжний перегрів пари.

20.5 Регенеративний цикл

Регенеративним називається цикл, у якому живильна вода, що надходить у котлоагрегат, нагрівається парою, що частково відбирається з турбіни при її розширенні. Такий спосіб підігріву живильний води дає можливість збільшити середню температуру підведення тепла в циклі й тим самим підвищити його термодинамічний ККД.

Якщо в паросиловій установці здійснюється цикл Ренкіна без перегріву пари, то у випадку здійснення повної регенерації термодинамічний ККД такого циклу Ренкіна буде дорівнювати термодинамічному ККД циклу Карно. На мал. 2.44 зображений в s-Т діаграмі цикл Ренкіна з повною регенерацією у вологій парі.

Термодинамічний ККД циклу Ренкіна з перегрівом пари навіть у випадку граничної регенерації буде менше термодинамічного ККД відповідного циклу Карно; це слідує з s-Т діаграми, наведеної на мал. 2.45. Однак, при цьому термодинамічний ККД циклу Ренкіна помітно зростає (у порівнянні із циклом без регенерації).

З s-Т діаграми на мал. 2.45 слідує, що термодинамічний ККД циклу Ренкіна із граничною регенерацією визначається вираженням

(2.22)

Рис. 2.44. Регенеративний цикл Ренкіна без перегріву пари в s-Т діаграмі

Рис. 2.45. Регенеративний цикл Ренкіна з перегрівом пари в s-Т діаграмі

У реальних паросилових циклах регенерація здійснюється за допомогою регенеративних поверхневих або змішувальних теплообмінників, у кожний з яких надходить пара із проміжних ступенів турбіни (так званий регенеративний відбір). Пара конденсується в регенеративних теплообмінниках, нагріваючи живильну воду, що надходить у котел. Конденсат гріючої пари, також надходить у котел або змішується з основним потоком живильної води.