6 Формирование аналогов опорного знания мысленными образами

Способность корабля (судна) быстро выполнять повороты, изменять передний ход на задний и наоборот, увеличивать и уменьшать скорость и преодолевать инерцию; для подводных лодок, кроме того, способность быстро погружаться на заданную глубину и всплывать на поверхность.

Подобные маневренные процессы происходят при изменении нагрузки энергоблока турбины. Способность к быстрым и частым, пускам и остановкам энергоблоков в значительной мере зависит от условий топливоснабжения ТЭС.

Привлечение теплофикационных турбоустановок к покрытию переменной электрической нагрузки возможно при работе их по электрическому графику. При реконструировании конденсационных энергоблоков в теплофикационные маневренность их не снижается, так как возможно снижение мощности путем перевода тепловой нагрузки на пускосбросное устройство (ПСБУ), возможно при обеспечении достаточной загрузки парового котла.

Лекция 8 « Регенеративный подогрев питательной воды»

1 Формирование исходных знаний

Регенерация означает возвращение части использованной теплоты для дальнейшего ее использования в тепловой установке. Регенеративным подогревом питательной воды называют подогрев конденсата, поступающего из конденсатора турбины в котел.  Регенеративный подогрев осуществляется путем подогрева питательной воды теплом, отбираемым от расширяющегося в турбине пара. 

2 Изучение нового материала

Регенеративный подогрев основного конденсата и питательной воды осуществляют отработавшим в турбине паром, теплота которого возвращается в котел (регенерируется). Регенеративный подогрев применяют на всех ТЭС. Турбины выполняют с 7¸9 регенеративными отборами пара.

Вода, подаваемая питательными насосами в паровой котел для возмещения убыли воды, ушедшей в виде пара. В крупных котлоагрегатах питательная вода представляет собой смесь возвращаемого конденсата и подпиточной воды, восполняющей потери конденсата как внутри тепловой станции, так и у производственных потребителей (внешние потери). Качество питательной воды котлов с естественной циркуляцией должно удовлетворять следующим нормам: общая жесткость (для котлов давлением до 4 МПа) не должна превышать 5 мкг-экв/л (на жидком котельном топливе) и 10 мкг-экв/л (на других видах топлива); содержание кремниевой кислоты для котлов давлением 7-10 МПа отопительной ТЭЦ не выше 80 мкг/кг; содержание кислорода после деаэраторов для котлов, давлением до 10 МПа не более 20 мкг/кг; показатель рН (при 25С), равный 9,1±0,1, достигается вводом аммиака. На тепловых станциях, работающих на органическом топливе, в дополнение к термической деаэрации для котлов давлением до 7 МПа проводят обработку питательной воды сульфитом натрия или гидразином [17].

Увеличение КПД цикла Ренкина с регенерацией происходит за счет увеличения средней температуры подвода теплоты пара при одинаковой конечной температуре отвода теплоты. Регенеративный подогрев питательной воды приводит:

-к увеличению КПД паросиловой установки на 10÷12 % за счет снижения потерь теплоты в конденсаторе (уменьшается расход пара через конденсатор и потеря теплоты в нем) и тем в большей степени, чем выше давление пара;

-к уменьшению расхода пара через последние ступени турбины и уменьшению их габаритов, а для первых ступеней наоборот, что облегчает конструкцию турбины;

-к уменьшению поверхности нагрева водяных экономайзеров. При этом, чтобы не снизить КПД котла температуру уходящих газов снижают в воздухоподогревателях, увеличивая их поверхность.

Отличиями регенеративного отбора пара от теплофикационного является: зависимость (и ограниченность) регенеративного подогрева от расхода питательной воды; на регенеративный подогрев топливо не расходуется, а на внешнее тепловое потребление – расходуется.

Принципиальная схема регенеративного подогрева представлена на рисунок 8.1.

ПГ – парогенератор; ПТ – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор; К – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПН – питательный насос; РО – регенеративный отбор; РП – регенеративный подогреватель; ДН-дренажный насос для отвода конденсата греющего пара; ДХОВ – добавочная; D_т – расход пара в турбину; D_р – расход пара через регенеративный отбор; D_к – расход пара в конденсатор.

Рисунок 8.1-Принципиальная схема регенеративного подогрева

питательной воды.

Энергетическая эффективность регенеративного подогрева заключается в том, что пар, отработавший в турбине, остаточную теплоту полностью возвращает в котел с питательной водой, а не выбрасывает в окружающую среду через конденсатор [17].

Для оценки энергетической эффективности регенеративного подогрева питательной воды определяются:

1. Термический К.П.Д. при работе конденсатного потока пара:

, (8.1)

где - энтальпия пара на входе в турбину;

- энтальпия пара на выходе из турбины или на входе в конденсатор;

- энтальпия конденсата отработавшего пара.

2. Термический К.П.Д. при работе регенеративного отбора пара:

, (8.2)

где - энтальпия пара регенеративного отбора.

3. Термический к.п.д. цикла с регенеративным подогревом при работе обоих потоков:

, (8.3)

Из уравнения (8.3) следует, что к.п.д. цикла с регенеративным подогревом питательной воды всегда выше чисто конденсационного цикла, причем величина к.п.д. цикла с регенеративным подогревом тем выше, чем ниже к.п.д. конденсационного цикла.

Увеличение к.п.д. от регенеративного подогрева составит:

, (8.4)

Регенеративный отбор пара снижает мощность турбины, т.к. пар не в полной мере срабатывает свою тепловую энергию ΔQ_т в турбине.

Для компенсации снижения мощности необходимо подавать дополнительный пар с теплотой ΔQ_т, которая определяется выражением:

, (8.5)

где Q_р – теплота пара в регенеративных отборах;

ζ – коэффициент ценности теплоты пара.

Коэффициент ценности теплоты пара связан с коэффициентом недовыработки мощности, который показывает, какую долю теплоты не успел сработать пар регенеративного отбора по сравнению с конденсатным потоком пара:

, (8.6)

Коэффициенты ζ и y_N связаны уравнением:

, (8.7)

где k_c – коэффициент схемы, который зависит от начального давления пара:

, (8.8)

здесь , – энтальпии кипящей воды, соответственно при давлениях P_k и P₁.

Коэффициент схемы, который зависит от начального давления пара находят по таблице 8.1.

Таблица 8.1- Коэффициент схемы зависящий от начального давления пара:

Р1, МПа		kc
3,4		0,2…0,25
8,8		0,30
12,75 и 23,5	без п/п		0,30…0,35
	с п/п		0,40…0,45

Примечание: п/п – промежуточный перегрев коэффициенты ценности пара нечетных отборов турбины К-60-130/565, К – конденсационная турбина, 60 – номинальная мощность, МВт; 130 – начальное давление пара, атм;

Количество топлива, которое необходимо затратить для подачи дополнительного пара в турбину с целью компенсации недовыработки мощности составит:

, т/ч (8.9)

Экономия топлива от регенеративного подогрева питательной воды:

, т/ч (8.10)

Экономия топлива с учетом компенсации недовыработки мощности:

, т/ч (8.11)

Из уравнения (8.11) следует, что регенеративный подогрев питательной воды обеспечивает экономию топлива даже с учетом компенсации мощности турбины путем выработки дополнительного пара в котле. При этом экономия топлива тем выше, чем ниже коэффициент ценности пара. Вместе с этим, низкие параметры пара не обеспечивают необходимую температуру подогрева питательной воды. В связи с этим применяют многоступенчатый подогрев, который заключается в том, что вначале воду нагревают паром низких давлений, а затем давление пара увеличивают.

Экономия топлива при многоступенчатом подогреве питательной воды составила:

, т/ч (8.12)

где Q_pi, ζ_i – относятся к соответствующей ступени подогрева.

Турбины ТЭС включают от 7 до 11 регенеративных отборов, что обеспечивает в зависимости от начальных давлений пара от 7 до 18 % экономии топлива.

Общее количество пара, отводимого через регенеративные отборы, составляет до 20…30%, а через один отбор отводится до 3…8% пара, поступающего в турбину.

В качестве регенеративных подогревателей применяют поверхностные, смешивающие и комбинированные теплообменники.

Наиболее распространенными являются поверхностные теплообменники, т.к. обеспечивают стабильную работу при изменении нагрузки (расхода пара) на турбину [17].