Вопрос 3. Регенеративный цикл паросиловой установки. Схема установки. Изобразить цикл в h, s- и T, s-диаграммах. Написать выражение для термодинамического КПД цикла.

Регенерация тепла в ПСУ позволяет уменьшить необратимость процессов теплообмена в цикле на участке подогрева питательной воды.

При наличии двух источников тепла с температурами Т₁ и Т₂ в цикле Ренкина, осуществляемом во влажном паре, на участке подогрева питательной воды 3-4 (рис. 1) будет иметь место необратимый переход тепла при конечной разности температур  от верхнего источника с температурой Т₁ к рабочему телу с температурой Т.

Рис. 1.

Если процесс расширения пара вести не по адиабате 1-2, а по политропе 1-2¢, эквивидистантной кривой 3-4 с отводом тепла, то, осуществляя при этом регенерацию тепла, то есть обратимый переход тепла с участка 1-2¢ на участок 3-4, получим обратимый обобщенный цикл Карно, кпд которого равен кпд наивыгоднейшего обратимого цикла Карно.

Подобный регенеративный цикл можно было бы приближенно осуществить по схеме, представленной на рис. 2, которая включает три ступени турбины ПТ-I, ПТ-II, ПТ-III и две ступени регенератора Р-I и Р-II.

Рис. 2.

Пар после первой ступени ПТ-I турбины поступает на первую ступень регенератора Р-I, отдавая часть теплоты питательной воде, направляемой в водяной экономайзер. После регенератора первой ступени пар поступает во вторую ступень турбины ПТ-II. Отработав на лопатках второй ступени турбины, пар направляется во вторую ступень регенератора Р-II, где отдает питательной воде еще одну часть теплоты. Затем пар поступает в третью ступень турбины и после нее — в конденсатор К.

Соответствующий этой схеме регенеративный цикл изображен на рис. 3. Рассмотрим процессы цикла.  ¾ адиабатное расширение пара на лопатках первой ступени турбины;  ¾ изотермический отвод теплоты от пара к питательной воде в регенераторе первой ступени;  ¾ адиабатное расширение пара на лопатках второй ступени турбины;  ¾ изотермический отвод теплоты от пара во второй ступени регенератора;  ¾ адиабатное расширение пара на лопатках третьей ступени турбины;  ¾ конденсация пара в конденсаторе; 3-4 — подогрев питательной воды в регенераторах, водяном экономайзере и котле; - превращение воды в пар в котле ПК.

Рис. 3.

С увеличением числа ступеней турбины и регенератора ломаная линия будет приближаться к прямой линии, эквидистантной линии 3-4, а в целом цикл будет приближаться к обобщенному термодинамическому циклу Карно. Однако на практике из-за конструктивных и эксплуатационных трудностей подобная схема регенерации не применяется. В частности, влажность пара () в точке  при такой схеме оказалась бы недопустимо высокой.

Регенеративный цикл, широко применяемый в ПСУ, осуществляется путем последовательного отвода из турбины части пара для регенеративного подогрева питательной воды. При таком способе состояние оставшегося основного потока пара в турбине остается таким же, как и в цикле без регенерации.

Различают две основные схемы регенеративного подогрева:

1.     Смешивающая (содержит в качестве регенераторов подогреватели смешивающего типа).

2.     Каскадная (содержит поверхностные подогреватели).

Простейшая смешивающая схема регенеративного подогрева питательной воды с двумя отборами пара из турбины и соответствующий ей цикл в is- диаграмме выглядят следующим образом (рис. 4, 5). Участок m-n-2 изображен условно, т.к. здесь расширяется не весь поступивший в турбину пар.

Работа цикла l равна работе 1 кг пара при полном его расширении за минусом недовыработанной работы g₁ и g₂ кг пара, ушедшего в отборы:

.

Количество подведенного в цикле тепла , где - энтальпия, соответствующая температуре конца регенеративного подогрева t_рег.

Термический кпд регенеративного цикла

.

Рис. 4.

Рис. 5.