На насыщенном паре с одноступенчатой регенерацией тепла

621.311.25(075.5)

А-99

Министерство топлива и энергетики украины

севастопольский национальный университет

ядерной энергии и промышленности

АЭС и установки

Сборник методических указаний к лабораторной работе

И практическому занятию

Для студентов энергетических специальностей

Издание второе, переработанное

и дополненное

Севастополь

621.311.25(075.5)

А-99

Авторский коллектив:

Петрыкин В.Н., Пилипчук Б.Л., Сукрушев А.В.,

Сычев Е.Н., Чуклин А.А.

А-99 АЭС и установки. Сборник методических указаний к лабораторной работе и практическому занятию: Учеб.-метод. пособие. – Севастополь: СНУЯЭиП, 2011.- 36 с., ил.

Целью выполнения лабораторной работы и практического занятия является закрепление знаний по курсу «АЭС и установки».

Рецензенты:Доцент кафедры Э и ФЗ ЯЭУ

И.Г. Ходарев

Преподаватель кафедры Э и ФЗ ЯЭУ

Е.Д.Борщева

Издается в авторской редакции

Технический редактор

Т.В. Семиохина

Подписано к печати 28.11.10. Изд. №. 4/11. Зак. № 28/11. Тираж 75 экз.

Объем 2,25 п. л. Усл. печ. л. 2,09. Уч.-изд. л. 2,205.

Формат бумаги 60х84 1/16

Издательский центр СНУЯЭиП

Издание СНУЯЭиП, 2011

Лабораторная работа

«Исследование термодинамической эффективности одноступенчатой регенерации тепла в цикле ПТУ на насыщенном паре»

Цель работы

Целью выполнения данной лабораторной работы студентами является закрепление знаний по теме «Регенеративные циклы».

Работа выполняется после прослушивания лекций, посвященных изучению регенеративных циклов, и самостоятельной проработки студентами материала темы по рекомендованному учебнику.

В лабораторной работе исследуется количественный вклад регенеративного подогрева питательной воды в КПД цикла ЯЭУ на насыщенном паре. Для наглядности изучения вопроса в лабораторной работе рассматривается вариант простейшей идеальной ПТУ с одной ступенью регенеративного подогрева питательной воды в подогревателе смешивающего типа. При этом принята ПТУ без промежуточной сепарации и перегрева пара.

Для рассмотрения факторов, влияющих на вклад регенеративного подогрева питательной воды в повышение КПД ПТУ, производится вычисление КПД при изменении места отбора пара вдоль проточной части турбины. Это позволяет выявить оптимальное место отбора пара и определить максимально возможное повышение КПД установки.

Литература к лабораторной работе:

1. Кирияченко В.А и др. Основы теории и проектирования ядерных энергетических установок АЭС. - Севастополь 2005. С. 73…84

2. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и пара. - М. Энергоатомиздат 1984.

Теоретические положения по исследованию КПД АЭУ

на насыщенном паре с одноступенчатой регенерацией тепла

Физический смысл регенерации тепла в цикле Ренкина сводится к тому, что экономайзерный нагрев питательной воды (рабочего тела) в цикле переводят из нагрева от внешнего источника тепла в нагрев от рабочего тела на его участке расширения в тепловом двигателе (полностью или частично). Это явление называют регенерацией тепла в цикле. При переводе полного нагрева рабочего тела на экономайзером участке в регенеративный нагрев цикл Ренкина превращается в более экономичный обобщенный цикл Карно, а его КПД увеличивается до КПД цикла Карно. При этом уменьшается количество отводимого в главном конденсаторе тепла, уменьшается также и количество подводимого тепла от теплоносителя. Практически в регенеративном цикле Ренкина осуществляется только частичная регенерация, поэтому КПД такого цикла больше чем КПД цикла Ренкина, но меньше, чем КПД цикла Карно.

Заметим, что при регенеративном нагреве питательной воды отбираемый пар конденсируется. Так как скрытая теплота парообразования значительно больше теплоемкости воды с_р при умеренном ее нагреве, то расход пара меньше расхода нагреваемой питательной воды.

Схема простейшей идеальной ПТУ с одноступенчатой регенерацией тепла в цикле показана на рисунке 1.1.

При использовании подогревателя смешивающего типа температура максимального подогрева питательной воды может быть равна температуре греющего пара: t_пв = t_от. Для достижения такого равенства температур значение расхода греющего пара (G_от) в соответствии с уравнением теплового баланса смешивающего водоподогревателя должно быть равно: G_от = G_пг×(i_пв - i₃)/(i_от - i₃).

Если расход греющей среды подобран правильно, то идеальный рабочий цикл для принятой схемы установки в Т-s диаграмме может быть представлен в виде, показанном на рисунке 1.2.

Термический КПД такого регенеративного цикла, выраженный через энергетический коэффициент А_р, имеет вид:

,

где h^р_t - КПД цикла Ренкина без регенерации тепла ;

А_р - энергетический коэффициент .

Здесь: Di_пв - приращение энтальпии питательной воды в процессе ее нагрева в водоподогревателе Di_пв = i_пв - i₃ ;

Di_п - снижение энтальпии греющего пара в водоподогревателе Di_п = i_от - i_пв .

K - коэффициент регенерации: .

Рис. 1.1 Расчетная схема

Рис. 1.2 Регенеративный цикл

С изменением места отбора пара вдоль проточной части турбины изменяются i_от и i_пв. В результате изменяется величина энергетического коэффициента А_р и КПД регенеративного цикла. Таким образом, очевидно, что КПД регенеративного цикла h_t^рег изменяется при изменении места отбора пара вдоль проточной части турбины.

В двух предельных случаях - отбор на регенерацию свежего пара (отбор пара до проточной части турбины) и отбор полностью отработавшего пара (отбор пара после проточной части турбины) А_р = 0, К = 1. Увеличения КПД цикла не происходит. Во всех других случаях промежуточного положения отбора вдоль проточной части турбины А_р > 0, K > 1 и
h _t^рег >h^р_t, т.е. регенерация дает увеличение КПД цикла.

Задача определения оптимального положения точки отбора пара сводится к построению зависимости h_t^рег(t_пв) и определению t_пв^опт, при котором значение КПД регенеративного цикла достигает максимума. Для полученного значения t_пв^опт, нужно определить параметры пара в отборе (давление, температуру, сухость) и КПД регенеративного цикла.