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 насосом6, 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 точке11 определяется из условия р₁₁ = р₁ = 60 бар, s₁₁ = s₉ = =0,9548 кДж/(кг·К). Тогда по данным об энтропии на изобаре 60 бар коэффициент интерполяции равен

,

Следовательно

.

Энтальпия воды в точке12, соответствующей состоянию воды после поверхностного регенеративного подогревателя, определяется из условия t₁₂ = t₈ = = t_s(р_отб) = 179,88°C (недогревом воды в регенеративном подогревателе пренебрегаем), и р₁₂ = р₁ = 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 h₁, h₂, h₇, h₃и h₈ 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 р₁= 8,0 МПа, t₁= 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 р₂^отб =1МПа и р₁^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.

Точка1

При заданных давлении р₁ = 80 бар и температуре t₁ = 500 °C значения энтальпии и энтропии равны h₁ = 3398,5 кДж/кг; s₁ = 6,7254 кДж/(кг·К).

Точка 2. Энтальпию в этой точке определяем из условия

s₂ = s₁ = 6,7254 кДж/(кг·К) и р₂ = 0,05 бар.

Так как на изобаре 0,05 бар ([3], табл. II стр.62) выполняется условие s'<s₂<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 р₂ = 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 условияр₇ = р_П = 20 бари s₇ = s₁ = = 6,7254 кДж/(кг·К).Тогда коэффициент интерполяции по s

,

а значение энтальпии h₇

.

Точка8. Определяем энтальпию и энтропию в точке 8 по заданным в условии задачи значениям температуры t₈= t_п = 480 °Си давления р₈ = р_п= 20 бар ([3], стр.109)

h₈= 3423,5 кДж/кг и s₈= 7,3747 кДж/(кг·К).

Точка9

Рассчитываем значение энтальпии h₉ из условияр₉ = р₂ = 0,05 бар и s₉= s₈= 7,3747 кДж/(кг·К).

Рис. 4.5. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ