Введение

Эффективность использования отборов пара теплофикационных турбин (отопительных, регенеративных) для нужд теплового потребления в значительной мере определяет экономичность работы теплоэлектроцентралей. Неслучайно в СССР в качестве основного способа экономии органического топлива в масштабах страны применялась теплофикация, - по выражению проф. Е.Я. Соколова, централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Также в советское время всегда уделялось значительное внимание развитию внутренней теплофикации - использованию отборов пара турбин для подогрева питательной воды и других технологических внутристанционных потоков теплоносителей.

В реферате рассмотрены термодинамические основы регенерации и показаны некоторые технические особенности таких систем. Показано, что многоступенчатый регенеративный подогрев долее выгоден по сравнению с одноступенчатым.

Термодинамические основы регенеративного подогрева питательной воды на ТЭС

Термодинамическую сущность регенеративного цикла можно уяснить при расмотрении изменения состояния пара в идеальной паросиловой установке. При этом предполагается, что подогреватили не имеют сопротивления перехода тепла через стенку.

Рис.1 Тs-диаграмма цикла Ренкина и

          регенеративного цикла.

Количество тепла, превращенного в механическую энергию, измеряется площадью замкнутой кривой цикла 3-5-6-1-2-3. Идеальный регенеративный цикл можно представить себе следующим образом. Допустим, что весь пар, поступивший в турбину, многократно отводиться из нее подогреватели питательной воды и возвращается в турбину. При прохождении через турбину пар расширяется адиабатически. При прохождении через подогреватели пар частично конденсируется, нагревая воду в подогревателе до температуры насыщения греющего пара. Такой цикл изображен в координатах Тs на рис.2

          Рис.2 Тs-диаграмма предельного

                    регенеративного цикла.

При бесконечно большом числе отводов пара процесс попеременного расширения пара в турбине и частичной конденсации в подогревателях изобразиться линией 1-10. Такой цикл называется предельным регенеративным циклом. Количество тепла, передаваемое питательной воде, изображается площадью 1-2-6-11-10-1, причем предполагается , что вода нагревается до температуры кипения в котле.

Тепло, превращенное в работу, изображается площадью 3-5-1-10-3 и будет меньше, чем в цикле Ренкина. Количество тепла, подведенное в цикле к рабочему веществу,  изображается площадью 8-3-5-1-10-11-8. Эта площадь значительно меньше, чем цикл Ренкина, за счет тепла питательной воды. Коэффициент полезного действия предельного регенеративного цикла составляет:

И равняется термодинамическому КПД цикла Карно.

В действительном регенеративном цикле отводиться из промежуточной ступени турбины только некоторая часть пара, которая полностью конденсируется в подогревателях питательной воды. Изменение состояния этой части пара показано в координатах Тs на рис.1 и совпадает с процессом цикла Ренкина для чисто конденсационной установки, за исключением процесса конденсации, который протекает при более высоком давлении и соответственно более высокой температуре. Процесс конденсации отбираемого пара изображается прямой 10-11. Площадь замкнутой кривой 10-11-5-6-1-10 соответствует количеству тепла, превращенного в механическую энергию.[Тепловые электрические станции. Москва. 1956г.]

Тепло отбираемого пара используется сперва в турбине, где он совершает работу, а затем передается воде, с которой возвращается в парогенератор. Таким образом, тепло отработавшего пара регенеративных отборов турбины не теряется в конденсаторе турбины с охлаждающей водой, а сохраняется на электростанции; передаваясь конденсату или питательной воде, это как бы восстанавливается, регенерируется.

Тепловая экономичность и энергетическая эффективность регенеративного подогрева воды определяется, следовательно, уменьшением потери тепла в конденсаторе турбины (по сравнению с простейшей конденсационной электростанцией без регенеративного подогрева воды) вследствие отбора части пара для указанного подогрева. Следовательно, КПД паротурбинной электростанции благодаря регенерации возрастает.

Существенным при этом является производство электрической энергии в результате работы пара регенеративных отборов в турбине. [ Тепловые электрические станции. 1987г.]

Технические особенности системы регенерации

Регенеративный подогрев основного конденсата и питательной воды является одним из важнейших методов повышения экономичности современных ТЭС. При этом под основным конденсатом понимается поток конденсата рабочего пара от конденсатора до деаэратора, а под питательной водой — поток от деаэратора до котла (парогенератора).

Регенеративный подогрев осуществляется паром, отработавшим в турбине. Греющий пар, совершив работу в турбине, затем конденсируется в подогревателях. Выделенная этим паром теплота фазового перехода возвращается в котел. В зависимости от начальных параметров пара и количества отборов пара на регенерацию относительное повышение КПД турбоустановки за счет регенерации составляет от 7 до 15 %, что сопоставимо с эффектом, получаемым от повышения начальных параметров пара перед турбиной.

Регенерацию можно рассматривать как процесс комбинированной выработки энергии с внутренним потреблением теплоты пара, отбираемого из турбины. Регенеративный подогрев воды снижает потерю теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины. [Конспекты ТЭС]

На рисунке 3 изображена схема турбиной установки с 3мя регенеративными подогревателями. Пар, с начальными параметрами Р₀=35 атм. и Т₀=435° С поступает в турбину (2), где совершает работу, вращая лопатки турбины. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе (3). В первой ступени турбины происходит отбор пара с давлением 6,3 атм. для подачи его в подогреватель питательной воды (6). В подогревателе (6) пар смешивается с питательной водой, за счет чего и происходит повышение температуры и давления питательной воды подаваемой на вход в котел(1) питательным насосом (10). Аналогичный процесс происходит и в подогревателях (5) и (4).

Рис.3 Схема турбинной установки с 3х ступенчатым регенеративным          подогревом.

Где: 1 – котел; 2 – турбина; 3 – конденсатор; 4,5 и 6 -  смешивающие подогреватели; 7 – конденсатный насос; 8 и 9 – перекачивающие насосы; 10 – питательный насос.

Заключение

Системы регенерации играют большую роль в процессе производства энергии, за счет снижения потерь теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины. На современных ТЭС в основном применяются поверхностные (кожухотрубные) подогреватели (ПНД, ПВД, СП). Конкретные решения по количеству аппаратов в системе регенеративного подогрева питательной воды и месту их в тепловой схеме ПТУ принимаются на основе технико-экономических расчетов. В ходе проведенной работы установлено, что схема с большим количеством подогревателей эффективнее в связи с увеличением КПД турбоустановки.

Список литературы

1.     Тепловые электрические станции. В.Н. Юренев. Москва. 1956 г

2.     Тепловые электрические станции. В.Я. Рыжкин. Москва. 1987 г

3.     Конспекты ТЭС

4.     Электронные ресурсы: http://el.ustu.ru/138240/