4.3.2. Пту с регенеративным подогревом питательной воды

в подогревателе поверхностного типа

Задача

В ПТУ, работающей при начальних параметрах пара p₁ = 6,0 МПа и t₁ = 600 °С , используется регенеративный подогрев питательной воды в подогревателе поверхностного типа. Давление отбора 1,0 МПа. Давление пара в конденсаторе р₂ = 0,04 бар.

Изобразить принципиальную схему установки и ее термодинамический 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 базовым циклом Ренкина. Задачу решить с помощью таблиц свойств воды и водяного пара.[3]

Решение

Определяем параметры жидкости в сборнике конденсата (точка 9) из условия, что р₉=1 бар и t₉ = (70-80) °С (принимаем t₉ = 70 °С): v₉ = = 0,0010228 м³/кг; h₉ = 293,0 кДж/кг; s₉ = 0,9548 кДж/(кг·К).

Рис.4.4. Принципиальная схема и цикл ПТУ с регенеративным подогревом

Питательной воды в подогревателе поверхностного типа

обозначения на схеме: 1 – паровой котел;, 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина;, 4 – потребитель энергии (электрогенератор); 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 – сборник конденсата; 8 – питательный насос; 9 – конденсатоотводчик; 10 – регенеративный поверхностный подогреватель;

обозначения на диаграммах: 1-2 – обратимый адиабатный процесс расширения пара в турбине, в том числе 1-7– расширение пара до состояния отбора (точка 7), 2-3 – изобарно изотермический процесс отвода теплоты в окружающую среду (конденсация), 3-4 – виртуальный процесс «сжатия жидкости» при отсутствии регенеративного подогрева питательной воды (процесс 11-12), 7-8 – изобарно изотермический процесс подвода теплоты к жидкости в регенеративном теплообменнике поверхностного типа, 3-10 – адиабатно- изохорный «процесс сжатия» конденсата конденсатным насосом 6, 10-9 – изобарный процесс подогрева конденсата в сборнике конденсата, 9-11 – «сжатие воды»питательным насосом 8 , 12-5-6-1 – изобарный процесс подвода теплоты к рабочему телу в паровом котле: в том числе 12-5 – нагрев жидкости до состояния насыщения, 5-6 – изобарно-изотермический процесс подвода теплоты (парообразования), 6-1 – изобарный процесс перегрева пара

Энтальпия в точке 11 определяется из условия р₁₁ = р₁ = 60 бар, s₁₁ = s₉ = =0,9548 кДж/(кг·К). Тогда по данным об энтропии на изобаре 60 бар коэффициент интерполяции равен

,

Следовательно

.

Энтальпия воды в точке 12, соответствующей состоянию воды после поверхностного регенеративного подогревателя, определяется из условия t₁₂ = t₈ = = t_s(р_отб) = 179,88°C (недогревом воды в регенеративном подогревателе пренебрегаем), и р₁₂ = р₁ = 60 бар.

Тогда

,

а энтальпия

Доля пара α, отбираемого для регенеративного подогрева питательной воды, рассчитывается из уравнения теплового баланса

, откуда .

Сумма работ насосов

где работы первого (конденсатного) и второго (питательного) насосов равны

Термический КПД данного цикла

где значения энтальпии h₁, h₂, h₇, h₃ и h₈ приняты из предыдущих задач, так как исходные данные не изменились.

Итак, использование поверхностного регенеративного подогревателя повышает термический КПД примерно на 1 % по сравнению с аналогичным циклом со смесительным подогревателем. Это обусловлено тем, что подогрев питательной воды в этом случае начинается не от температуры конденсации при р = 0,04 бар (~30 °С), а от температуры жидкости в сборнике конденсата (80 °С). При этом на 7,1 % уменьшается доля пара, отбираемого для подогрева питательной воды посравнению со смесительным подогревателем.