4.3. Установки с регенеративным подогревом питательной воды
Одной из причин сравнительно невысокого термического КПД ПТУ является низкое значение средней температуры процесса подвода теплоты Т1, которое зависитот значений температуры в начале и в конце процесса. Температура в конце подвода теплоты ограничена жаропрочностью конструкционных материалов пароперегревателя парового котла. Поэтому остаётся альтернативный путь повышения термического КПД — повышение температуры начала подвода теплоты к рабочему телу от внешнего источника. Это достигается при регенеративном подогреве питательной воды, подаваемой в паровой котёл, за счёт теплоты пара, отбираемого из турбины после его частичного расширения в ней. Такая мера приводит к увеличению термического КПД при незначительном уменьшении удельной работы цикла. Докажем это на примере решения ряда задач.
4.3.1. Пту с регенеративным подогревом питательной воды в подогревателе смесительного типа
Задача. В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p1 = 6,0 МПа и t1 = 600°С , используется регенеративный подогрев питательной воды в смесительном подогревателе. Давление при отборе пара ротб = 1.0 МПа. Давление пара в конденсаторе р2 = 0,004 МПа.
Изобразить цикл на энтропийных и p,v диаграммах. Определить термический КПД установки, удельные расходы пара, теплоты и топлива, а также мощность установки с учётом работы насоса, если часовой расход пара составляет 950 кг/час.
Сделать вывод об изменении КПД установки и её мощности по сравнению с соответствующим циклом Ренкина. Задачу решить с помощью таблиц свойств воды и водяного пара.
Рис.4.3. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смесительном подогревателе.
На схеме: 1 – паровой котел, 2 – пароперегреватель, 3 – паровая турбина, 4 – электрогенератор, 5 – конденсатор, 6 – конденсатный насос, 7 - регенеративный смесительный подогреватель, 8 – питательный насос.
Решение
На рис. 4.3. цикл 1-7-2-3-9-8-10-5-6-1 — цикл с регенеративным подогревом питательной воды в смесительном подогревателе. Точка 4 относится к базовому циклу Ренкина, с которым сравнивается рассчитываемый цикл.
Для расчета КПД, как всегда, необходимо знать работу пара и подводимую теплоту. В данном случае для этого следует определить значения энтальпии в точках 1, 7, 2, 10 и долю пара α, отбираемого для регенеративного подогрева воды. Значения h1 и h2 принимаем из расчёта цикла Ренкина (стр.60), так как исходные данные задачи не изменились. Дополнительно определим значения энтальпии в точках 7, 10, а также в точках 8, 9 (для расчета α).
Точка 7. Энтальпия в этой точке отбора пара определяется из условия: p7 = ротб = 10 бар, s7 = s1 = 7,1673 кДж/(кг·К). Тогда, найдя изобару 10 бар ([3] стр.98) и взяв в «оперативную память» значение s7 = 7,1673, устанавливаем, что оно находится между значениями sм=7,1609 и sб=7,1971. Следовательно, коэффициент интерполяции равен
.
Энтальпия в точке 7 рассчитывается из соотношения:
.
В точке 8 значение энтальпии равно h8 = h'(p = 10 бар) = 752Ю6 кДж/кг.
Точка 9. Энтальпия h9 определяется из условия s9 = s3 = s'(p = 0,04 бар) = 0,4224 кДж/(кг·К) и р9 = ротб=10 бар. Запомнив значение s9=0,4224, устанавливаем на той же изобаре 10 бар, что s9 находится между sм = 0,2961 и sб =0,4362. Тогда коэффициент интерполяции
,
а энтальпия в точке 9 равна
Точка 10. Энтальпия h10 определяется из условия р10 = р1 = 60 бар, s10 = s8= =s' (р = 10 бар)=2,1382 кДж/(кг·К). Найдя изобару 60 бар ([1] стр.126) и учитывая значение s10 =2,1382, устанавливаем, что оно находится между sм = =2,1323 и sб =2,2284. Коэффициент интерполяции
,
а энтальпия в точке 10 равна:
После определения значений энтальпии в характерных точках цикла рассчитываем долю отбираемого пара и энергетические показатели.
Доля отбираемого пара α рассчитывается из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника
Тогда
,
Сумма работ насосов:
,
где работы первого и второго насосов соответственно равны
Термический КПД цикла
Удельный расход пара:
Удельный расход теплоты:
Удельный расход топлива:
Мощность:
Относительное повышение КПД цикла с регенеративным подогревом питательной воды по сравнению с соответствующим циклом Ренкина, рассмотренным ранее (§ 4.1)
Относительное увеличение удельного расхода пара
Относительное уменьшение удельного расхода теплоты
Относительное уменьшение удельного расхода топлива
Относительное уменьшение удельной работы 1 кг пара
