1-2-3-4-1 (малюнок 2).
Малюнок 2 - Цикл Ренкіна на насиченому парі в діаграмі Т - s
У цьому циклі:
1-2 - адіабатичне розширення пари в турбіні;
2-3 - ізотермічний (він же ізобарний) процес конденсації пари в головному конденсаторі;
3-4 - ізобарний нагрів робочого тіла на економайзерном ділянці парогенератора;
4-1 - ізотермічний (він же ізобарний) процес випаровування робочого тіла на випарному ділянці парогенератора.
Якщо Адіабатний процес розширення пари в турбіні 1-2 замінити політропний процес розширення пари з одночасним його охолодженням, а отриману теплову енергію використовувати для нагріву робочого тіла на ділянці 3-4 , то можна уявити собі такий цикл 1-2 '- 3-4-1 , який буде відповідати узагальненому циклом Карно, і його ККД буде дорівнює гранично можливого ККД - ККД циклу Карно:
ht рег=1 - (Т 2/Т 1)
Правда, при цьому трохи зменшиться і корисна площа циклу, що вимагатиме збільшення витрат робочого тіла для отримання заданої потужності установки, але ефективність використання подведенного від зовнішнього джерела тепла істотно зросте.
Зауважимо, що теоретично гранично повна регенерація тепла в циклі Ренкіна може бути реалізована тільки в циклі на насиченому парі. У циклі на перегрітому парі, де температура живильної води не може досягти температури свіжої перегрітої пари, ККД регенеративного циклу буде помітно нижче ККД циклу Карно (але все ж вище, ніж для циклу Ренкіна без регенерації тепла).
Розглянемо різні способи, які можуть бути застосовані в ЯЕУ для здійснення регенерації тепла. Гіпотетично схему такої ЯЕУ можна представити в наступному вигляді (малюнок 3).
Малюнок 3 - Функціональна схема робочого контуру з регенерацією тепла в циклі:
- ПГ, 2 - ГТ, 3 - регенеративний підігрівач, 4 - ЦК, 5 - ПН
На практиці таку схему реалізувати важко, так як забезпечити надійний контакт розширюється в проточній частині турбіни пара через поверхню теплопередачі з підігріває живильною водою конструктивно дуже складно.
Реально можна організувати підігрів живильної води дискретно, виводячи пар на відповідні водоподогреватели після кожної ступені турбіни. Тоді схема робочого контуру матиме вигляд, показаний на малюнку 4.
Малюнок 4 - Функціональна схема робочого контуру з дискретним регенеративним підігрівом живильної води: 1 - ПГ, 2 - ГТ, 3 - регенеративний підігрівач, 4 - ЦК, 5 - ПН
У діаграмі Т - s цикл такий паротурбінної установки можна представити наступним чином (малюнок 5).
Малюнок 5 - Цикл Ренкіна з дискретним регенеративним підігрівом води в діаграмі Т - s
Очевидно, що чим більше таких водопідігрівачів по потоку робочого тіла, тим ближче ступінчаста крива 1-2 наближається до плавної кривої 1-2 і тим ближче економічність такого циклу до гранично можливого значенням. ККД такої установки навіть при кількості ступенів 10 ... 12 досить близький до ККД циклу Карно. Гранична кількість водопідігрівачів становить
вп=z ступ.турб.- 1. (1)
Реально така схема може бути виконана. Але вона має низку істотних недоліків, які не дозволяють їй отримати практичне застосування в паросилова енергетиці. Основні з цих недоліків наступні:
а) охолодження вологої пари в регенеративних водопідігрівачів веде до збільшення його вологості, внаслідок чого на останніх щаблях турбіни вологість може досягати неприпустимо великих значень;
б) прагнення збільшити кількість водопідігрівачів до раціональної величини (7 ... 8) потребують передбачити відповідно до виразом (1) мінімум 8 ... 9 ступенів турбіни. Так як на регенерацію тепла виводиться повний потік пари, то кожна ділянка проточної частини турбіни між двома відводами пара конструктивно раціональніше оформляти у вигляді окремого корпусу - циліндра турбіни. Це різко ускладнює і збільшує вартість турбоагрегату в цілому;
в) пропуск повного потоку пари через систему регенерації (особливо на останніх щаблях турбіни) потребують паропроводів великого прохідного перерізу, істотно збільшить складність і вартість системи. Крім того, через великі гідравлічних опорів системи зростуть реальні втрати енергії в установці, що може знецінити позитивний термодинамічний ефект...
