Цикл с промежуточным перегревом пара

Для современных турбин допустимое значение степени сухости пара на выходе из турбины должно быть не ниже х=0,86-0,88. Известно, что при применении пара высокого давления влажность его в турбине в конце процесса расширения становится значительной даже при очень высокой начальной температуре. Возможность дальнейшего повышения температуры (чтобы сдвинуть точку, соответствующую состоянию пара на выходе из турбины, вправо, в область более высоких степеней сухости) ограничивается свойствами конструкционных материалов. Поэтому применяют промежуточный перегрев пара, где турбина выполняется в виде двухцилиндрового агрегата, состоящего по существу из двух отдельных турбин – высокого и низкого давления, при этом они могут быть разме

щены на одном валу, соединённом с электрогенератором. После того как поток пара, совершающий работу в турбине, расширится до некоторого давления р*>р₂, он выводится из турбины и направляется в дополнительный пароперегреватель, размещаемый, например, в газоходе котла.

Рис. 19.12. TS-диаграмма

Там температура пара повышается до температуры Т*, после чего пар снова поступает в турбину, где расширяется до давления р₂.

При правильном выборе давления отбора пара для его промежуточного перегрева и температуры промежуточного перегрева не только предотвращается чрезмерное увлажнение пара в конце процесса расширения, но и достигается некоторое увеличение _t. Применяется не только однократный, но и двукратный промежуточный перегрев пара.

Регенеративный цикл

Широко применяют для повышения экономичности работы паротурбинных установок, где питательная вода до её поступления в котельный агрегат подвергается предварительному нагреву паром, отбираемым из промежуточных ступеней паровой турбины.

На практике число отборов пара на регенерацию обычно составляет 2-4 и не превосходит 7, а для установок высокого и сверхвысокого давления – 10.

Каждая последующая ступень регенеративного подогрева вносит всё меньший и меньший вклад в рост к.п.д.

Рис. 19.13. Зависимости прироста _t за счёт регенеративного подогрева

от числа ступеней подогрева n

(случай равномерного распределения подогрева по ступеням)

К.п.д. цикла Ренкина с перегревом пара даже в случае предельной регенерации будет меньше _t цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур. Однако при этом _t цикла Ренкина заметно возрастает (по сравнению с циклом без регенерации).

Бинарные циклы

Т.к. в настоящее время нет ТРТ, удовлетворяющих всем требованиям во всём температурном интервале цикла, то можно осуществить цикл, используя комбинацию двух ТРТ,, применяя каждое из них в той области температур, где это ТРТ обладает наибольшими преимуществами. Циклы с комбинацией рабочих тел называются бинарными. Получил распространение бинарный ртутно-водяной цикл и применение ртутной надстройки над пароводяным циклом позволяет существенно повысить _t.

Рис. 19.14. TS-диаграмма

Помимо ртути в качестве ТРТ для верхней части бинарного цикла предлагались дифенилоксид (C₆H₅)₂O, дифенильная смесь (75% дифенилоксида и 25% дифенила С₁₂Н₁₀), бромиды сурьмы ShBr₃, кремния SiBr₄, алюминия Al₂Br₃ и другие вещества.

Наиболее перспективной разработкой по непосредственному преобразованию теплоты в электроэнергию является установка с магнитогидродинамическим генератором (МГД-генератором). Принцип действия основан на явлении возникновения э.д.с. при пересечении им магнитного поля, создаваемого электромагнитами, питаемыми постоянным током.

В идеальном цикле верхняя ступень цикла представляет собой идеальный цикл газовой части установки, а нижняя ступень цикла есть цикл Ренкина, полезная работа совершается за счёт утилизации тепла газов, покидающих МГД-генератор. _t достигает 55-60%.

В качестве ТРТ применяют гелий, аргон, которые после присадки цезия переходят в плазменное состояние при температуре 1800-2300^оС.