Повышение экономичности цикла

Кроме ранее упомянутых способов повышения терми­ческой экономичности турбинной установки путем повы­шения начальных давления и температуры пара, а также углубления вакуума в конце его расширения, существуют еще два способа повышения термической экономичности.

Рассмотрим их.

Представим себе нормальную схему ТЭЦ. В топках котлов сгорает топливо (уголь, торф, газ и т. д.). Выделяю­щееся при этом тепло заставляет кипеть воду. Вода испа­ряется, превращается в пар. Пар проходит перегревать, где дополнительно нагревается до заданной температуры, и идет в турбину. Здесь он расширяется, отдает часть сво­ей энергии ротору и, отработав, при совсем малом давлении поступает в конденсатор. В конденсаторе он отдает свое тепло охлаждающей воде и сам превращается в воду. Эта вода подается насосами обратно в котел, где она вновь на­гревается и испаряется. Весь цикл повторяется снова.

Образовавшиеся при сгорании топлива газы сначала очень горячи, свыше 1000°С, но постепенно отдают часть своего тепла заключенной в котле воде. Температура их падает и при выходе из котла составляет всего 300—400°С. С такой температурой газы уходят из котла и выбрасы­ваются в воздух. Заключенное в них тепло теряется. Ис­пользовать даже часть его трудно: поверхности котла го­рячи и между их температурой и температурой уходящих газов получается очень малая разница.

Для уменьшения этой потери уже давно было приду­мано нагревать уходящими из котла газами ту воду, кото­рая подается в котел, питает его. Вода для питания котлов имеет небольшую температуру, сильно отличающуюся от температуры газов, и нагрев ее осуществить просто. Ясно, что если в котел давать подогретую воду, то для получе­ния из нее пара надо будет затратить меньше топлива. В этом и заключается экономия.

Позднее научились по-другому использовать тепло ухо­дящих из котла газов. Ими нагревался воздух, необходи­мый для горения топлива. Расход топлива в этом случае тоже уменьшался, так как воздух поступал в топку горя­чим. Питательная же вода не подогревается, остается холодной. Это и открывает возможности для повышения экономичности теплового цикла, которые мы и рассмотрим.

Представим себе, что из какой-нибудь промежуточной ступени турбины, где пар расширился еще не полностью, мы часть пара отведем в подогреватель и будем им нагревать питательную воду перед поступлением ее в котел. В таком случае получится, что и потеря с уходя­щими газами мала (они подогрели воздух), и питательная вода подогрета. Следовательно, и топлива потребуется меньше. Но зато часть пара в турбине «недоработала», ее из турбины взяли. Таким образом электроэнергии будет получено меньше. Неясно, выгоден ли такой подогрев воды отобранным из турбины паром.

Оказывается, что выработка энергии уменьшается в значительно меньшей степени, чем снижается расход топ­лива, а значит, экономичность установки в целом воз­растает. Основой этого является общее уменьшение потерь. Доля тепла, заключенная в попадающем в конденсатор от­работанном паре, от общего количества тепла, подведен­ного с паром к турбине, станет меньше.

Такой процесс подогрева питательной воды называется регенеративным. Регенеративным подогревом благодаря большой выгоде, даваемой им, снабжаются все совре­менные турбинные установки электростанций. Таким пу­тем достигается уменьшение расхода топлива на 7—11%. Конечно, для достижения этого приходится не ограничи­ваться описанной простейшей схемой с одним подогрева­телем, а отбирать пар из нескольких ступеней турбины, каж­дый раз в свой подогреватель (фиг. 48). Вода проходит все эти подогреватели последовательно, постепенно нагре­ваясь почти до температуры кипения воды в котле. Такой процесс носит название многоступенчатого регенератив­ного подогрева.

Но ничего не дается даром. Создавая экономию топлива, применение регенеративного подогрева вместе с тем сильно усложняет турбинную установку и повышает ее стоимость, Появляются дорогие, больших размеров подогреватели, разные дополнительные устройства, многочисленные трубы и приборы.

Заметим, что для целей регенеративного подогрева пи­тательной воды может быть использована сравнительно небольшая часть проходящего через турбину пара — лишь столько, сколько надо: для подогрева воды в количестве, равном расходу пара турбиной. Эта часть составляет 20— 30%. Она тем больше, чем выше давление пара перед тур­биной.

Таков первый способ повышения экономичности.

Второй способ — это применение так называемого про­межуточного перегрева.

В этом случае после того, как пар расширится в тур­бине до давления, обычно равного 1/41/5 от начального, он весь отводится, из турбины и возвращается в котельную. Там он проходит через второй перегреватель пара, где вновь перегревается примерно до той же температуры, что и в пер­вый раз. После этого он возвращается в турбину и расши­ряется в ней уже до давления в конденсаторе. Ре­генеративный подогрев питательной воды при этом сохра­няется.

Повышение экономичности турбоустановки можно в этом случае объяснить следующим образом. Потеря тепла в конденсаторе будет почти такой же, как и при отсут­ствии промежуточного перегрева (увеличится очень не­много). Количество же подведенного с паром тепла будет значительно больше. К теплу, полученному паром в котле и первом перегревателе, добавляется тепло, полученное паром во вторичном перегревателе.

Конечно, расход топлива при этом увеличится за счет расходования тепла на вторичный перегрев пара. Но вы­работка энергии при этом тоже возрастет, причем в большей степени. В итоге доля потерь станет меньше, а термиче­ская экономичность установки возрастет.

Промежуточный перегрев на то же количество вырабо­танной электроэнергии дает экономию топлива значительно меньшую, чем регенерация, но все же весьма существенную, 3,5—4%. Применяется он главным образом в турби­нах большой мощности (больше 50 тыс. кВт) и при высоком давлении пара (больше 100 атмосфер). Он также сильно усложняет и удорожает турбоустановку, котельную, а кроме того, вносит дополнительные трудности в эксплу­атацию. Этим и объясняется указанное выше ограничение применения. Однако следует ожидать большего распро­странения промежуточного перегрева, так как возмож­ности уменьшения расхода топлива другими средствами постепенно сокращаются.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

4 × 2 =