В подогревателе смесительного типа

Задача. В паротурбинной установке, работающей при начальних параметрах пара p ₁= 6,0 МПаи t ₁= 600 °С, используется регенеративный подогрев питательной воды в смесительном подогревателе. Давление отбираемого пара р _отб = 1,0 МПа. Давление пара в конденсаторе р ₂= 0,004 МПа.

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

Решение

На рис. 4.3 изображена принципиальная схема и термодинамический цикл 1-7-2-3-9-8-10-5-6-1 − ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смесительном подогревателе. Точка 4 относится к базовому циклу Ренкина 1-2-3-4-5-6-1, с которым необходимо сопоставить заданный модифицированный цикл.

Для расчета КПД, как всегда, необходимо знать работу, совершаемую паром в цикле и внешне подводимую теплоту. В данном случае для этого следует дополнительно определить значения энтальпии в точках 7,8,9,10 и долю пара α, отбираемого для регенеративного подогрева воды. Значения h ₁ и h ₂ принимаем из расчёта базового цикла Ренкина (стр. 84…86), так как исходные данные задачи не изменились. Дополнительно определяем значения энтальпии в точках 7, 10, а также в точках 8, 9 (для расчета α).

 

Рис.4.3. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смесительном подогревателе

обозначения на схеме: 1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 – электрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 – регенеративный смесительный подогреватель; 8 – питательный насос;

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, 9-8 – нагрев воы в регенеративном подогревателе, 7-8 – изобарно изотермический процесс подвода теплоты к жидкости в регенеративном теплообменнике смесительного типа, 3-9 и 8-10 – адиабатно изохорные процессы сжатия жидкости конденсатным и питательным насосом, 10-5-6-1 – изобарный процесс подвода теплоты к рабочему телу, в том числе 10-5 – изобарный процесс нагрева обычной жидкости до состояния насыщения, 5-6 – изобарно изотермический процесс подвода теплоты (парообразования), 6-1 – изобарный процесс перегрева жидкости

Точка 7

Энтальпия в этой точке отбора параопределяется из условия: p ₇= р_отб = = 10 бар, s ₇ = s ₁ = 7,1673 кДж/(кг·К). Тогда, найдя изобару 10 бар ([3] стр.98) и взяв в «оперативную память» s ₇ = 7,1673, устанавливаем, что оно находится между значениями s_м = 7,1609 и s_б = 7,1971. Тогда, коэффициент интерполяции по ”s”

.

 

Значение энтальпии в точке 7 рассчитывается из соотношения

 

.

 

Значение энтальпии в точке 8 равно h ₈ = h' (p = 10 бар) = 762,6 кДж/кг.

 

Точка 9

Энтальпия h ₉ определяется из условия s ₉ = s ₃ = s '(p = 0,04 бар) = = 0,4224 кДж/(кг·К) и р₉ = р_отб =10 бар. Взяв в «оперативную память» значение s₉ = 0,4224, устанавливаем, что на изобаре 10 бар, s ₉ находится между s_м = 0,2961и s_б = 0,4362. Тогда коэффициент интерполяции по “s”

 

,

 

тогда энтальпия в точке 9 равна

 

.

 

Точка 10. Энтальпия h ₁₀ определяется из условия р ₁₀= р ₁ = 60 бар, s ₁₀ = = s ₈= s ' (р = 10бар )= 2,1382 кДж/(кг·К). Найдя изобару 60 бар ([3] стр.126) и учитывая значение s₁₀ = 2,1382, устанавливаем, что оно (значение s₁₀) находится между s_м = 2,1323 и s_б = 2,2284. Коэффициент интерполяции по “s”

.

 

Тогда энтальпия в точке 10 равна

 

.

 

После определения значений энтальпии в новых характерных точках модифицированного цикла, рассчитываем долю отбираемого пара и его энергетические показатели.

Доля отбираемого пара α рассчитывается из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника

 

.

Тогда

,

Сумма работ насосов

 

,

 

где работы первого и второго насосов соответственно равны

Термический КПД модифицированного цикла

 

.

Удельный расход пара

 

.

Удельный расход теплоты

.

 

Удельный расход топлива

 

.

 

Мощность установки

.

 

Относительное повышение КПД цикла с регенеративным подогревом питательной воды по сравнению с соответствующим базовым циклом Ренкина, рассмотренным ранее (§ 4.1, стр.84-86)

.

Относительное увеличение удельного расхода пара

 

.

Относительное уменьшение удельного расхода теплоты

 

.

Относительное уменьшение удельного расхода топлива

 

.

Относительное уменьшение удельной работы 1 кг пара

 

.