2. Обоснование необходимости использования регенеративного подогрева в схемах аэс. Оптимальные параметры регенеративного подогрева при произвольном числе подогревателей в тепловой схеме.

Подогрев питательной воды за счет теплоты частично отработавшего в турбине пара называется регенеративным подогревом питательной воды. Технически такой процесс осуществляется следующим образом. В процессе расширения пара часть его отбирается из турбины и направляется в специальные теплообменные аппараты (регенеративные подогреватели) для нагрева конденсата (питательной воды). С термодинамической точки зрения выигрыш от регенеративного подогрева состоит в следующем. При чисто конденсационном цикле весь пар, подводимый к турбине, доходит до конденсатора, в котором происходит его полная конденсация, и теплота конденсации уносится в окружающую среду с охлаждающей водой. В цикле с регенерацией теплота отбираемого пара возвращается (регенерируется) обратно в цикл. Это позволяет заметно повысить тепловую экономичность цикла.

Степень регенерации - это отношение фактического подогрева питательной воды к максимально возможному.

- работа, совершаемая в турбине долей пара, дошедшей до конденсатора.

- работа, совершаемая в турбине долями пара, ушедшими в отборы на регенеративный подогрев.

- отвод тепла в конденсаторе.

- тепло, подводимое в источнике для выработки доли пара

- тепло, подводимое в источнике для получения долей пара

Исходя из общего определения, запишем выражение для к.п.д. цикла:

Подставив выражения для q₁ и q₂, получим в общем виде выражение для к.п.д. цикла с регенерацией:

- термический к.п.д. цикла без регенерации

- энергетический коэффициент цикла, то есть отношение работы, совершаемой паром отборов, к работе конденсационного потока пара.

Сравним к.п.д. цикла с регенерацией и к.п.д. цикла без регенерации

Для цикла с регенерацией энергетический коэффициент А_Р 0, поэтому , причем чем выше А_Р, тем больше Δη.

В свою очередь, энергетический коэффициент А_Р зависит от ряда факторов: количества подогревателей, теплоперепадов температуры питательной воды и их соотношений. Поэтому надо искать оптимум величины А_Р в зависимости от всех этих параметров. Это одна из задач расчета схемы регенеративного подогрева.

При увеличении числа подогревателей к.п.д. цикла с регенерацией растет, а оптимальная степень регенерации увеличивается. Максимальная энергетическая эффективность регенеративного подогрева достигается при бесконечном числе регенеративных подогревателей и степени регенерации, равной единице. Однако анализ показывает, что относительный прирост к.п.д. с каждым последующим дополнительным подогревателем быстро уменьшается. Оптимизация распределения подогрева питательной воды по ступеням обязательна при разработке и расчете регенеративных схем подогрева.

3. Оптимальное число регенеративных подогревателей в схемах яэу. Оптимальные параметры регенеративного подогрева при произвольном числе подогревателей в тепловой схеме.

Для достижения максимальной тепловой эффективности желательно иметь как можно больше ступеней регенеративного подогрева питательной воды, причем выгоднее иметь смешивающие подогреватели, так как в этом случае из-за отсутствия дополнительного температурного напора, необходимого для теплообмена между греющим паром и нагреваемой водой, тепло пара отборов используется полнее. Но увеличение числа подогревателей ведет, кроме роста к.п.д., еще и к росту капитальных и эксплуатационных затрат.

При дальнейшем анализе зависимость для к.п.д. представляем в виде:

здесь - количество тепла, передаваемого в конденсаторе охлаждающей воде,

- удельное количество теплоты, подводимое к рабочему телу в парогенераторе (или в реакторе) (испарение 1 кг воды),

, Z – число регенеративных подогревателей

Рассмотрим вариант тепловой схемы с одним регенеративным подогревателем смешивающего типа.

Здесь h₁, h’_к, h_п.в. - энтальпия пара отбора, энтальпия конденсата после конденсатора и энтальпия питательной воды, соответственно.

Используя уравнения материального и теплового балансов, получаем:

Введём следующие обозначения:

- подогрев в регенеративном подогревателе,

- тепло, передаваемое паром питательной воде.

Тогда

Для рассматриваемого случая можно записать:

или

Анализ полученного соотношения:

h₀, h_к, h’_к - это начальные и конечные параметры рабочего тела и от регенерации не зависят; q₁ зависит от теплоты конденсации r, степени сухости. Если при небольшом изменении давления пренебречь зависимостью r от давления, то В итоге получаем, что для случая схемы с одним регенеративным подогревателем

Найдем условие максимума энергетического коэффициента А_р

или

или

Другими словами, оптимальный подогрев питательной воды при одной ступени регенерации равен теплоперепаду пара отбора в турбине. Если предположить, что теплота парообразования слабо зависит от давления, то можно допустить что

Тогда получаем

В результате имеем

Для случая произвольного числа Z регенеративных подогревателей, включенных в схему, оптимальные параметры следующие:

Так как к.п.д. цикла вблизи оптимальной степени регенерации слабо зависит от степени регенерации, то целесообразно осуществлять цикл с σ^рабоч < σ^опт, так как при относительно малой потере в к.п.д. мы получаем экономический выигрыш. Реально .

Стремиться к большому числу РП не следует, так как при незначительном приросте к.п.д. мы сильно увеличиваем капитальные и эксплуатационные затраты. На практике принято Z = 5 - 8 (~5 ПНД и ~3 ПВД). . Для РБМК, как правило, нет ПВД, так как t_П.В. занижена по другим соображениям:

уменьшается вынос продуктов коррозии в реактор; улучшается работа ГЦН, т.к. при более низкой температуре питательной воды увеличивается запас до кавитации насоса; увеличивается предельная мощность ТК по условию запаса до кризиса кипения.