Установки с регенеративным подогревом питательной воды

Одной из причин сравнительно невысокого термического КПД ПТУ является низкое значение средней температуры процесса подвода теплоты Т₁, которое зависит от 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.

ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в подогревателе смесительного типа

Задача. В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p₁= 6,0 МПаи t₁= 600°С, используется регенеративный подогрев питательной воды в смесительном подогревателе. Давление при отборе пара р_отб = 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 точках8, 9 (для расчета α).

Точка 7.Энтальпия в этой точке отбора параопределяется из условия: p₇= р_отб = 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 s_м=7,1609 и s_б=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 = р_отб=10 бар. Запомнив значение s₉=0,4224, устанавливаем на той же изобаре 10 бар, что s₉ находится между s_м = 0,2961и s_б  =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 = 10бар)=2,1382 кДж/(кг·К). Найдя изобару 60 бар ([1] стр.126) и учитывая значение s₁₀ =2,1382, устанавливаем, что оно находится между s_м = =2,1323 и s_б  =2,2284. Коэффициент интерполяции