ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды

В подогревателе поверхностного типа

Задача

В ПТУ, работающей при начальних параметрах пара p ₁= 6,0 МПаи t ₁= 600 °С, используется регенеративный подогрев питательной воды в подогревателе поверхностного типа. Давление отбора 1,0 МПа. Давление пара в конденсаторе р ₂= 0,04 бар.

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

Решение

Определяем параметры жидкости в сборнике конденсата (точка 9) из условия, что р ₉ = 1бар и t ₉ = (70-80) °С (принимаем t ₉ = 70 °С): v₉ = = 0,0010228 м³/кг; h ₉ = 293,0 кДж/кг; s ₉ = 0,9548 кДж/(кг·К).

Рис.4.4. Принципиальная схема и цикл ПТУ с регенеративным подогревом

Питательной воды в подогревателе поверхностного типа

обозначения на схеме: 1 – паровой котел;, 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина;, 4 – потребитель энергии (электрогенератор); 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 – сборник конденсата; 8 – питательный насос; 9 – конденсатоотводчик; 10 – регенеративный поверхностный подогреватель;

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 (процесс 11-12), 7-8 – изобарно изотермический процесс подвода теплоты к жидкости в регенеративном теплообменнике поверхностного типа, 3-10 –адиабатно- изохорный «процесс сжатия» конденсата конденсатным насосом 6, 10-9 – изобарный процесс подогрева конденсата в сборнике конденсата, 9-11 – «сжатие воды»питательным насосом 8, 12-5-6-1 – изобарный процесс подвода теплоты к рабочему телу в паровом котле: в том числе 12-5 – нагрев жидкости до состояния насыщения, 5-6 – изобарно-изотермический процесс подвода теплоты (парообразования), 6-1 – изобарный процесс перегрева пара

Энтальпия в точке 11 определяется из условия р ₁₁ = р ₁ = 60 бар, s ₁₁ = s ₉ = =0,9548 кДж/(кг·К). Тогда по данным об энтропии на изобаре 60 бар коэффициент интерполяции равен

,

Следовательно

 

.

Энтальпия воды в точке 12, соответствующей состоянию воды после поверхностного регенеративного подогревателя, определяется из условия t ₁₂ = t ₈ = = t _s(р _отб) = 179,88°C (недогревом воды в регенеративном подогревателе пренебрегаем), и р ₁₂ = р ₁ = 60 бар.

Тогда

,

 

а энтальпия

 

 

Доля пара α, отбираемого для регенеративного подогрева питательной воды, рассчитывается из уравнения теплового баланса

 

, откуда .

Сумма работ насосов

 

 

где работы первого (конденсатного) и второго (питательного) насосов равны

 

 

 

Термический КПД данного цикла

 

 

где значения энтальпии h ₁, h ₂, h ₇, h ₃и h ₈ приняты из предыдущих задач, так как исходные данные не изменились.

Итак, использование поверхностного регенеративного подогревателя повышает термический КПД примерно на 1 % по сравнению с аналогичным циклом со смесительным подогревателем. Это обусловлено тем, что подогрев питательной воды в этом случае начинается не от температуры конденсации при р = 0,04 бар (~30 °С), а от температуры жидкости в сборнике конденсата (80 °С). При этом на 7,1 % уменьшается доля пара, отбираемого для подогрева питательной воды посравнению со смесительным подогревателем.

 

ПТУ с промежуточным перегревом пара и регенеративным

Подогревом питательной воды в поверхностном и смесительном

Подогревателях

Задача. В ПТУ, работающей при начальных параметрах пара р ₁= 8,0 МПа, t ₁= 500 °Си р _к= 0,005 МПа и давлении в конденсаторе, применен промежуточный перегрев пара при давлении р _п = 2 МПа до температуры 480 °С. Для подогрева питательной воды используются два регенеративных подогревателя поверхностного и смесительного типов, в которые отбирается греющий пар при давлениях р ₂^отб =1МПа и р ₁^отб = = 3 МПа, соответственно.

Определить раздельное и совместное влияние промежуточного перегрева пара и регенеративного подогрева питательной воды на значения термического КПД цикла. Изобразить принципиальную схему и термодинамический цикл указанной ПТУ на энтропийных и p,v диаграммах.

Примечание. Нумерация (перечисление) подогревателей ведётся по ходу движения питательной воды, а отборов – по движению пара.

Решение

Определяем энтальпию рабочего тела в характерных точках базового цикла Ренкина 1-2-3-4-5-6-1.

Точка 1

При заданных давлении р ₁ = 80 бар и температуре t ₁ = 500 °C значения энтальпии и энтропии равны h ₁ = 3398,5 кДж/кг; s ₁ = 6,7254 кДж/(кг·К).

 

Точка 2. Энтальпию в этой точке определяем из условия

s ₂ = s ₁ = 6,7254 кДж/(кг·К) и р ₂ = 0,05 бар.

 

Так как на изобаре 0,05 бар ([3], табл. II стр.62) выполняется условие s ' <s ₂ <s '', то точка 2 находится в ссостоянии влажного пара и степень сухости рнассчитывается из соотношения

.

Тогда энтальпия в точке 2

 

,

 

где h ' и r – энтальпия насыщенной жидкости и теплота парообразования при давлении р ₂ = 0,05 бар.

Точка 3

соответствует состоянию насыщенной жидкости при р₃=р₂= 0,05 бар, поэтому h₃ = h ' = 137,77 кДж/кг; v₃ = v ' = 0,0010052 м³/кг.

Работа насоса

 

 

Энтальпия жидкости в точке 4

 

Термический КПД базового цикла Ренкина с учетом работы насоса

 

Теперь вводим, в соответствии с условием задачи, промежуточный перегрев пара. Определим для этого цикла (1-7-8-9-3-4-5-6-1, рис. 4.5.) параметры пара в дополнительных характерных точках этого цикла 7, 8 и 9.

 

Точка 7

Энтальпию в точке 7 рассчитываем из условия р₇ = р_П = 20 бари s₇ = s₁ = = 6,7254 кДж/(кг·К).Тогда коэффициент интерполяции по s

,

 

а значение энтальпии h ₇

 

.

 

Точка 8. Определяем энтальпию и энтропию в точке 8 по заданным в условии задачи значениям температуры t ₈= t _п = 480 °Си давления р₈ = р _п= 20 бар ([3], стр.109)

h ₈= 3423,5 кДж/кг и s ₈ = 7,3747 кДж/(кг·К).

 

Точка 9

Рассчитываем значение энтальпии h ₉ из условия р ₉ = р ₂ = 0,05 бар и s ₉= s ₈ = 7,3747 кДж/(кг·К).

 

Рис. 4.5. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ