Регенеративный подогрев питательной воды

Потери теплоты с охлаждающей водой в конденсаторе турбины прямо пропорциональны количеству отработавшего пара, поступающего в конденсатор. Расход пара в конденсатор можно значительно уменьшить (на 30-40%) путем отбора его для подогрева питательной воды из нескольких ступеней турбины после того, как он произвел работу в предшествующих ступенях.

Температура конденсата отработавшего пара равна температуре насыщения, которая в зависимости от давления в конденсаторе составляет:

Температура испарения воды в котле также равна температуре насыщения и в зависимости от давления составляет:

При большой разнице между температурой испарения воды в котле и температурой конденсата, откачиваемого из конденсатора, можно подогревать питательную воду паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины, использовав его теплоту парообразования. Такой подогрев питательной воды называется регенеративным.

Регенеративный цикл по сравнению с обычным циклом имеет более высокую среднюю температуру подвода теплоты при той же средней температуре отвода и поэтому обладает более высоким термическим КПД.

Повышение экономичности в цикле с регенерацией пропорционально мощности, вырабатываемой на базе теплоты, переданной питательной воде в системе регенерации. Это количество теплоты зависит от разности температур питательной воды и конденсата и практически не зависит от числа регенеративных отборов пара. Однако электрическая мощность турбины, вырабатываемая при одном и том же потреблении теплоты на подогрев питательной воды и при одном и том же расходе свежего пара, весьма существенно зависит от числа отборов и распределения нагрева питательной воды в регенеративных подогревателях. При одной и той же температуре питательной воды максимальной мощности соответствует бесконечно большое число отборов, а минимальной – один отбор.

В случае одноступенчатого регенеративного подогрева питательной воды наименьший экономический эффект от регенерации будет при очень высоком или очень низком давлении отбираемого пара, близком к давлению свежего или отработавшего пара, а наибольший – при некотором промежуточном давлении.

Убедиться в этом можно путем следующих рассуждений. Рассмотрим схему турбинной установки с одной ступенью регенеративного подогрева питательной воды (рис.19).

Питательная вода прокачивается насосом через трубную систему подогревателя, обогреваемого снаружи паром, отбираемым из турбины. При этом температура питательной воды на выходе из подогревателя получается несколько ниже температуры насыщения греющего пара. Разность этих температур, называемая недогревом воды, составляет от 1,5 до 6 ⁰С.

Рисунок 19 - Принципиальная схема турбинной установки с одной

ступенью регенеративного подогрева питательной воды

Наряду с поверхностными подогревателями при низком давлении отбираемого пара применяются также смешивающие подогреватели, в которых греющий пар смешивается с питательной водой и недогрев отсутствует.

Рассмотрим приведенную выше схему РППВ.

Здесь питательная вода при прокачке через подогреватель нагревается и энтальпия ее повышается от до . Энтальпия же отбираемого из турбины пара, греющего питательную воду, при этом понижается от до . Конденсат греющего пара с энтальпией возвращается в конденсатор. Допустим, что недогрев питательной воды в подогревателе составляет .

Обозначив количество отбираемого пара, выраженное в долях расхода свежего пара, поступающего в турбину, через α, составим уравнение теплового баланса подогревателя: ,

откуда находится доля отбираемого пара: .

Мощность, развиваемая этим паром, будет соответственно равна:

.

в рассматриваемом случае одноступенчатого подогрева питательной воды будет достигнута при некотором промежуточном значении энтальпии отбираемого пара, близком к среднему значению энтальпии свежего и отработавшего пара, когда нагрев питательной воды в подогревателе составит примерно половину нагрева ее от температуры конденсата до температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

При увеличении числа отборов выработка мощности на тепловом потреблении возрастает и при бесконечном числе отборов достигает максимального значения.

На практике, исходя из технико-экономических расчетов, применяется ограниченное число отборов, обычно не более девяти. При этом точки отбора выбираются с таким расчетом, чтобы в каждом из подогревателей энтальпия питательной воды повышалась приблизительно на одну и ту же величину, т.е. чтобы теплопадения между соседними отборами пара были приблизительно одинаковыми.

Путем регенеративного подогрева температура питательной воды, вообще говоря, могла бы быть повышена до температуры, близкой к температуре насыщения, отвечающей давлению свежего пара. Однако при этом сильно возросли бы потери теплоты с уходящими газами котла. Поэтому международные нормы типоразмеров паровых турбин рекомендуют выбирать температуру питательной воды на входе в котел равной (0,65÷0,75) от температуры насыщения, отвечающей давлению в котле. При сверхкритических параметрах пара и начальном давлении его Р₀=23,5 МПа температура питательной воды принимается равной 265-275 ⁰С.

Регенерация положительно влияет на относительный внутренний КПД первых ступеней благодаря повышенному расходу пара через ЦВД и соответствующему увеличению высоты лопаток.

Объемный пропуск пара через последние ступени турбины при регенерации уменьшается, что снижает потери с выходной скоростью в последних ступенях турбины.