1.3.2. Паротурбинная установка с регенеративным подогревом питательной воды в поверхностном подогревателе со сборником конденсатов

Задача

В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p₁ = 6,0 МПа и t₁ = 600 ⁰С , используется регенеративный подогрев питательной воды в поверхностном подогревателе со сборником конденсатов. 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 - сборник конденсатов; 8 – питательный насос; 9 – конденсатоотводчик; 10 - регенеративный поверхностный подогреватель

Подправить рисунок! Точка 9 должна находиться в бюветной жидкости

Рис.4. Принципиальная схема и термодинамический цикл паротурбинной установки с регенеративным подогревом питательной воды в поверхностном подогревателе в p,v; T,s и h,s координатах

Решение

Соотношение для расчета КПД этого цикла имеет вид:

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

Значение рассчитываем из теплового баланса:

Энтальпия в точке 11 определяется из условия:

Параметры жидкости в сборнике конденсата (точка 9) определяем из условия, что р₉=1 атм=1 бар и t₉=(70…80⁰С). Тогда

h₉=293,0

s₉ =0,9548

v₉=0,0010228

Тогда энтальпию в точке 11 определяем интерполяцией по изобаре 60 бар из вышеуказанного условия:

Энтальпия в точке 12 определяется из условия:

Тогда

Наконец,

Сумма работ насосов

Итак, использование поверхностного регенеративного подогревателя со сборником конденсатов вызывает повышение термического КПД примерно на 1% по сравнению с аналогичным регенеративным циклом, но со смесительным подогревателем. Это обусловлено тем, что подогрев питательной воды в этом случае начинается не от температуры забортной воды (~30 ⁰С), а от температуры жидкости в сборнике конденсата (70…80 ⁰С). Известно, чем выше температура начала внешнего подвода теплоты, тем выше средняя температура подвода теплоты, а чем выше средняя температура подвода теплоты, тем выше термический КПД.

1.4.3. Паротурбинная установка с промежуточным перегревом пара и регенеративным подогревом питательной воды в поверхностном и смесительном регенеративных подогревателях

Задача

В паротурбинной установке, работающей при параметрах пара р₁=8,0 МПа, t₁=500 ⁰С и р₂=0,005 МПа, применен промежуточный перегрев пара при давлении р_П=2 МПа до температуры 480 ⁰С. Для подогрева питательной воды используется два регенеративных подогревателя поверхностного и смесительного типов, в которые отбирается пар при давлениях р₁^0тб=3 МПа и р₂^0тб=1 МПа. Определить раздельное и совместное влияние промежуточного перегрева пара и регенеративного подогрева питательной воды на значения термического КПД цикла. Изобразить принципиальную схему и цикл указанной ПТУ на энтропийных и p,v диаграммах.

Принятые обозначения: І – первый регенеративный подогреватель питательной воды поверхностного типа; ІІ – второй регенеративный подогреватель питательной воды смесительного типа; ТВД – турбина высокого давления; ТНД – турбина низкого давления; КН – конденсатор; СК – сборник конденсатов (теплый ящик); ППП – первичный перегреватель пара; ВПП – вторичный (промежуточный) перегреватель пара; К – котел; Н₁ – конденсатный насос; Н₂ – питательный насос промежуточного давления; Н₃ – питательный насос высокого давления; КО – конденсатоотводчик.

Подправить рисунок!!!

Рис. 5. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара и двумя регенеративными подогревателями питательной воды в p,v; T,s и h,s координатах

Решение

Начинаем с базового цикла Ренкина

Определяем термический КПД базового цикла Ренкина:

Точка 1

По заданному давлению р₁=80 бар и температуре t₁=500⁰C определяем:

h₁=3398,5 s₁=6,7254

Точка 2

Энтальпию в точке 2 определяем из условия

s₁= s₂= 6,7254 р₂=0,005 МПа

так как изобара 0,05 бар

s^’<s₂<s^’’, тогда

Тогда энтальпия в точке рассчитывается из соотношения:

где r и h’ – теплота парообразования и энтальпия насыщенной жидкости при давлении р₂=0,05 бар.

Точка 3

Точка 3 находится в состоянии насыщенно жидкости при р₃= р₂=0,05 бар, тогда

h₃=h^’=137,77

v₃=v^’=0,0010052

Работа насоса

Тогда энтальпия жидкости в точке 4:

Вводим промежуточный перегрев пара

Термический КПД цикла с промежуточным перегревом пара рассчитываем из соотношения:

Точка 7

Энтальпию в точке 7 рассчитываем из условия р₇=р_П=20 бар и s₇=s₁=6,7254

Тогда коэффициент интерполяции по s:

Значение энтальпии в точке 7:

Точка 8

Определяем значения энтальпии и энтропии по заданным значениям температуры t₈ = t_П = 480 ⁰С и давления р₈ = р_П = 20 бар:

h₈ = 3423,5

s₈= 7,3747

Точка 9

Рассчитываем значение энтальпии h₉ по табл. III [1] из условия

р₉=р₂= 0,05 бар s₉ = s₈= 7,3747

Так как s^’<s₉<s^’’ на изобаре 0,05 бар, то рассчитываем степень сухости:

Тогда значение энтальпии в точке 9:

где r и h’ – теплота парообразования и энтальпия насыщенной жидкости при давлении р₂=0,05 бар.

Относительное повышение КПД ПТУ от введения промежуточного перегрева пара:

Дополнительно вводим регенеративный подогрев питательной воды в подогревателе поверхностного типа

Термический КПД цикла с промежуточным перегревом пара и одним подогревателем поверхностного типа (І):

По сравнению с предыдущим вариантом задачи в этом выражении для термического КПД появились новые переменные: это и .

Энтальпия в точке 4’ определяется из условия p₄’=p₄=p₁=80 бар и s₄’=s₁₅. Энтропия в точке 15 (в сборнике конденсатов) определяется из условия, что р₁₅=р_атм=1 бар и t₁₅=(70…80)⁰С (принимаем t₁₅=80⁰С). Тогда s₁₅ =1,0752 , h₁₅=335,0 и v₁₅=0,0010361 .

Итак, энтальпия в точке 4’ рассчитывается из условия s₄’=s₁₇=2,1367 p₄’=80 бар. Тогда

Энтальпия в точке 11 определяется из условия

р₁₁=р_отб.г= 10 бар s₁₁ = s₈= 7,3747

Тогда

Доля отбираемого пара для регенеративного подогрева определяется из уравнения теплового баланса:

Тогда

Где энтальпия в точке 17 определяется из условия

р₁₇=р_отб1= 20 бар t₁₇= t₁₃=179,88⁰С

Тогда

Энтальпия в точке 16 определяется из соотношения:

Энтальпия в точке 13 определяется из условия:

Работа насосов:

Тогда

Итак

Относительное повышение термического КПД ПТУ с промежуточным перегревом пара и одним регенеративным подогревателем поверхностного типа по сравнению с КПД ПТУ с промежуточным перегревом пара (предыдущий вариант задачи).

Повышение термического КПД этого цикла по сравнению с базовым циклом Ренкина:

Наконец, добавляем подогреватель смесительного типа.

Это приводит к полному циклу ПТУ, изображенному на рис. , то есть исследуем цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара и двумя регенеративными подогревателями, причем первый поверхностного типа, а второй — смесительного.

Термический КПД такого цикла рассчитывается из соотношения:

Неизвестными, по сравнению с предыдущими вариантами задачи, являются , а также .

Значение энтальпии в точке 10 рассчитывается из условия:

р₁₀=р_отб.1= 30 бар s₁₀ = s₁= 6,7254

Тогда

Значение рассчитывается из уравнения теплового баланса ІІ-го подогревателя:

Отсюда ,

где

Доля отбираемого пара на первый подогреватель рассчитывается из следующего уравнения теплового баланса:

Тогда

Наконец, сумма работ насосов:

Тогда термический КПД рассматриваемого цикла:

Энтальпия в точке 18 определяется из условия:

Тогда

Относительное повышение термического КПД ПТУ с промежуточным перегревом пара и двумя регенеративными подогревателями по сравнению с КПД ПТУ с промежуточным перегревом пара и одним регенеративным подогревателем поверхностного типа (предыдущий вариант).

Повышение термического КПД этого цикла по сравнению с базовым циклом Ренкина:

26