1.3. Паротурбинные установки с регенеративным подогревом питательной воды

Одной из причин низького значения термического КПД ПТУ является низкое значение средней температуры подвода теплоты Т₂, так как общее выражение для расчета ή_t имеет вид:

,

где Т₂ – средняя температура отвода теплоты

Т₁ – средняя температура подвода теплоты

Значение средней температуры отвода теплоты Т₂ ограничивается температурой окружающей среды. Среднее значение температуры подвода теплоты зависит от значения температуры в начале и в конце подвода. Максимальное значение температуры в конце процесса подвода теплоты обуславливается жаропрочностью конструкционных материалов парового котла и турбины. Поэтому остаётся единственный путь повышения термического КПД с этой точки зрения: это повышение температуры начала внешнего подвода теплоты к рабочему телу. Как раз это и достигается при регенеративном подогреве питательной воды, подаваемой в паровой котёл, за счёт теплоты пара, отбираемого из турбины после его частичного расширения в ней. Это приводит к увеличению термического КПД, при некотором (незначительном) уменьшении удельной работы цикла. Это подтверждается нижеприводимыми расчетами.

1.3.1. Паротурбинная установка с регенеративным подогревом питательной воды в смесительном подогревателе

Задача

В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p₁ = 6,0 МПа и t₁ = 600 ⁰С , используется регенеративный подогрев питательной воды в смесительном подогревателе. Давление отбора 1.0 МПа. Давление пара в конденсаторе р₂ = 0,04 бар.

Определить термический КПД установки, удельные расходы теплоты, пара и топлива, а также мощность установки с учётом работы насоса, если часовой расход пара составляет 950 .

Сделать вывод об изменении эффективности работы установки ( ) и её мощности по сравнению с циклом Ренкина. Изобразить цикл на энтропийных и p,v диаграммах. Задачу решить с помощью таблиц воды и водяного пара.

1 – паровой котел; 2 – первичный пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 - регенеративный смесительный подогреватель; 8 – питательный насос

Рис.3. Принципиальная схема и термодинамический цикл паротурбинной установки с регенеративным подогревом питательной воды в смесительном подогревателе в p,v; T,s и h,s координатах

Решение

Соотношение для расчета КПД этого цикла имеет вид:

где значения h₁ и h₂ принимаем из предыдущей задачи, так как исходные данные задачи не изменились.

Точка 7

Энтальпия в точке 7 определяется из условия:

p₇ = р_от = 10 бар, s₇ = s₁ = 7,1673

Тогда, найдя изобару 10 бар ([1] стр.98) и взяв в «оперативную память» значение s₇ = 7,1673 , устанавливаем, что искомая точка находится в области перегретого пара между s_м=7,1609 и s_б=7,1971 .

Следовательно, коэффициент интерполяции по энтропии:

Энтальпия в точке 7 рассчитывается из соотношения:

Доля отбираемого пара ά для регенеративного подогрева питательной воды рассчитывается из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника

Тогда

где h₈ – энтальпия в точке 8, определяется из условия

h₉ - энтальпия в точке 9, определяется из условия

и р₉ = р_от=10 бар

Тогда на той же изобаре 10 бар, взяв в «оперативную память» значение s₉=0,4224 , устанавливаем, что точка 9 находится между s_м=0,2961 и s_б=0,4362 .

Тогда коэффициент интерполяции по энтропии:

Энтальпия в точке 9 рассчитывается из соотношения:

Точка 10

Энтальпия в точке 10 определяется из условия:

р₁₀ = р₁ = 60 бар, s₁₀ = s₈ = s’(10 бар)=2,1382

Тогда найдя изобару 60 бар ([1] стр.126) и взяв в «оперативную память» значение s₁₀ = 2,1382 , устанавливаем, что точка 10 находится между s_м=2,1323 и s_б=2,2284 .

Тогда коэффициент интерполяции по энтропии:

Энтальпия в точке 10 рассчитывается из соотношения:

Сумма работ насосов:

Тогда термический КПД рассматриваемого цикла

Теоретический удельный расход пара:

Теоретический удельный расход теплоты:

Теоретический удельный расход топлива на установку:

Теоретическая мощность:

Так как базовый цикл Ренкина не изменился то

• относительное повышение КПД цикла с регенеративным подогревом питательной воды по сравнению с базовым циклом Ренкина

Относительное увеличение расхода пара на установку по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное уменьшение расхода теплоты на установку по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное уменьшение расхода топлива на установку по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Относительное уменьшение удельной работы установки по сравнению с базовой: