Паровая теплосиловая установка, работающая по регенеративному циклу с частичным отбором пара из промежуточных ступеней турбины.
В отличие от схемы 1.30, в рассматриваемой схеме 1.31 от промежуточных ступеней турбины отбирается не весь пар, а только часть его, идущая на регенеративный подогрев питательной воды. Остальная часть пара сохраняет такое же состояние, как в цикле без регенерации.
В зависимости от типа подогревателей, различают смешивающую и каскадную схемы регенеративного подогрева. В смешивающей схеме используются подогреватели смешивающего типа, а в каскадной – поверхностные подогреватели. Так, схема 1.30 относится к каскадной схеме регенеративного подогрева.
Рис. 1.31 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по регенеративному циклу с частичным отбором пара от промежуточных ступеней турбины:
ПК – паровой котел;
ПП – пароперегреватель;
Э – экономайзер;
ПТ1, ПТ2, ПТ3 – первая, вторая, третья группы ступеней турбины;
Р1, Р2 – первая и вторая ступень регенератора (подогревателя);
ЭГ – электрогенератор;
К – конденсатор;
ЦН – циркуляционный насос;
ПН – питательный насос;
ДН1, ДН2 – дренажные насосы.
На рис.1.31 представлена смешивающая схема регенеративного подогрева. Для упрощения рассмотрим регенеративный цикл, совершаемый 1 кг пара. В первой группе ступеней турбины ПТ1 расширяется весь пар, после чего от него отбирается α1 кг пара с параметрами первого отбора Р01, Т01, i01. Пар первого отбора направляется в регенератор Р1, остальные 1- α кг пара с параметрами Р01, Т01, i01 подаются на вторую группу ступеней ПТ2, где пара расширяется до давления Р02, температуры Т02 и энтальпии i02. Далее от него производится второй отбор пара в количестве α2 кг. Пар второго отбора с параметрами Р02, Т02, i02 направляется в регенератор Р2. Остальные (1- α1-α2) кг пара с теми же параметрами и подаются на третью группу ступеней турбины ПТ3, где расширяются до состояния с параметрами Р2, Т2, i2, после чего поступают в конденсатор К. В конденсаторе пар полностью конденсируется при Р2 = const. Образовавшаяся при этом кипящая вода с параметрами Р2, Т2 = Тн2 сжимается питательным насосом ПН до давления Р1 и подается в регенератор (подогреватель) Р2, где подогревается паром второго отбора. В результате теплообмена с питательной водой пар второго отбора конденсируется в регенераторе Р2 при Р02 = const.
|
|
Этот конденсат с параметрами Р02 и Т02 подмешивается к питательной воде за регенератором Р2 с помощью дренажного насоса ДН2. Наличие дренажного насоса ДН2 объясняется тем, что давление питательной воды равно Р1, а давление конденсата Р02<P1. Далее питательная вода под давлением Р1 подается в регенератор Р1, где подогревается паром первого отбора из турбины. При этом пар первого отбора конденсируется в регенераторе Р1 при Р01 = const и с помощью дренажного насоса ДН1 конденсат подмешивается к питательной воде.
|
|
Питательная вода, подогретая в регенераторах Р1 и Р2, а также за счет подмеса конденсата за ними, поступает при давлении Р1 и iпв=if в котлоагрегате КА.
В котлоагрегате питательная вода сначала нагревается до Тн1, равной температуре насыщения при давлении Р1, в экономайзере Э, затем превращается в сухой насыщенный пар в паровом котле ПК и перегревается до температуры Т1 > Тн1 при Р1 = const в пароперегревателе ПП.
Прямое изображение этого цикла в фазовых диаграммах P-V, T-S и i-S невозможно, так как масса рабочего тела в процессах регенеративного цикла по схеме 1.31 переменна вследствие отборов пара в турбине.
На рис. 1.32 и 1.33 дано условное изображение регенеративного цикла Ренкина с частичным отбором пара для подогревателя и питательной воды.
|
Рис. 1.32 Условное изображение регенеративного цикла с частичным отбором пара на диаграмме Т-S.
Отбираемые из турбины α1 кг пара совершают цикл 1-01-01’-5-6-1. α2 кг пара совершают цикл 1-02-02’-01’-5-6-1. α3 = 1- α1- α2 кг пара совершают полный цикл 1-2-3-4-5-6-1. Удельная работа в регенеративном цикле Ренкина с частичным отбором пара из турбины по формуле (1.10)
|
|
Ац =АТ1 + АТ2 + АТ3– Анас
В соответствии с формулами (1.9) и (1.7), которые записаны для 1 кг рабочего тела, в случае частичного отбора пара
АТ1 = ( i1- i01)*1кг – работа пара в первых ступенях турбины ПТ1
АТ2 = ( i01- i02)(1- α1) – работа пара во вторых ступенях турбины ПТ2
АТ3 = ( i02- i2)(1- α1- α2) – работа пара в третьих ступенях турбины ПТ3
Анас = Ап.н. + АДН1 + АДН2 – суммарная работа насосов ПН, ДН1 и ДН2
Тогда (1.40)
Или после простейших преобразований
|
(1.41)
Таким образом, удельная работа пара равна работе 1 кг пара при полном его расширении за вычетом работы, не выполненной ступенями турбины, перед которыми был произведен отбор пара.
В общем виде формулу (1.41) можно записать так:
|
(1.42)
где n0 – число регенеративных подогревателей, равное общему числу частичных отборов пара (число отборов пара может достигать 9);
j – номер отбора пара из турбины;
αj – доля пара, отбираемого для j-го подогревателя;
Анас – работа насосов, количество которых зависит от типа регенеративных подогревателей и схемы их включения.
|
|
Подведенная в цикле теплота:
q1= i1 - iп.в
где iп.в. – энтальпия питательной воды, определяемая по заданной температуре Тп.в.
Тогда термический КПД регенеративного цикла Ренкина с двумя отборами пара
|
(1.43)
Или в общем виде
|
(1.44)
Количество пара, отбираемого от турбины и подаваемого в подогреватель, определяется из баланса энтальпии. Энтальпия питательной воды, включая энтальпию подмешиваемого к ней конденсата из подогревателя, равна сумме энтальпии воды и пара отбора, поступающих в подогреватель.
|
Энтальпия воды на входе в подогреватель Р1 (ie) определяется по заданной температуре Те.
Из уравнения теплового баланса (1.45)
|
(1.46)
Аналогично можно записать уравнение баланса для воды в точке «е»
|
(1.47)
Откуда
|
(1.48)
|
(1.49)
Значения α1 и α2 определяются из совместного решения уравнений (1.46) и (1.48).
При заданных значениях давления отборов Р01 и Р02, а также Р1, Т1 и Р2 значения i01, i02, i3 определяются по i-S диаграмме и таблицам насыщенного пара.
Особенностью смешивающей схемы регенеративного подогрева, рассмотренной выше (рис. 1.31), является то, что питательный насос ПН, повышающий давление кипящей воды из конденсатора К от Р2 до Р1, установлен сразу за конденсатором. Это повлекло за собой установку еще двух насосов: дренажного насоса ДН2 – для повышения давления конденсата в подогревателе Р2 с Р02 до Р1, и дренажного насоса ДН1 – для повышения давления конденсата в подогревателе Р1 от Р01 до Р1.
Рассмотрим еще одну смешивающую схему регенеративного подогрева, в которой значения энтальпий if и ie задаются гораздо проще, чем при схеме 1.31. На схеме 1.34 питательный насос ПН установлен после подогревателей Р1 и Р2. Верхняя часть схемы совпадает с рис.1.31 и поэтому не изображена.
Рис. 1.34 Вариант установки питательного насоса в смешивающей схеме подогрева питательной воды в паросиловой установке, работающей по циклу Ренкина с частичным отбором пара от турбины:
ПН – питательный насос;
Р1, Р2 – регенеративные подогреватели;
Н2, Н3 – насосы;
КА – котлоагрегат;
ПТ2, ПТ3 – вторая и третья группа ступеней турбины;
К – конденсатор.
В отличие от схемы 1.31, давление в подогревателе Р1 равно Р01, а в подогревателе Р2 – Р02. Обозначим:
i01 – удельная энтальпия пара в первом отборе;
i02 – удельная энтальпия пара во втором отборе;
–энтальпия конденсата при давлении первого отбора Р01;
–энтальпия конденсата при давлении второго отбора Р02;
i3( ) –энтальпия конденсата при конечном давлении пара Р2 на выходе из конденсатора.
(В некоторых изданиях и справочниках величина i3 обозначена как , по аналогии с и ).
Обычно полагают:
iп.в. = if ≈ ,
iα ≈ ,
ie ≈ ic ≈ .
Тогда при двух отборах пара по формуле (1.43)
|
(1.50)
Уравнения баланса энтальпии для подогревателей Р1 и Р2 записываются аналогично (1.45) и (1.47)
|
|
и
(1.52)
Тогда (1.52)
и (1.53)
Значения и определяются из совместного решения, уравнений (1.52) и (1.53). Значения , , , , определяются по диаграмме и таблицам насыщенного пара при заданных давлениях отбора и , а также , и .
Рассмотрим каскадную схему регенеративного подогрева с частичным отбором пара от турбины (рис 1.35)
Рис 1.35 Схема паровой теплосиловой установки, работающей по регенеративному циклу Ренкина с частичным отбором пара от турбины для подогрева питательной воды в поверхностных подогревателях (каскадная схема):
КА – котлоагрегат;
ПТ – паровая турбина;
ЭГ – электрогенератор;
К-конденсатор;
Р1, Р2 – подогреватели (регенераторы);
ПН – питательный насос.
В расчетах регенеративных циклов обычно считается, что в подогревателях вода нагревается до температуры конденсатора греющего пара.
Тогда баланс первого подогревателя
(1.54)
баланс второго подогревателя
(1.55)
Полезная работа в цикле Ренкина с регенерацией меньше, чем в обычном цикле Ренкина при тех же начальных и конечных параметрах пара.
Подведенная теплота в цикле с регенерацией меньше, чем в обычном цикле Ренкина, но превышает уменьшение в регенеративном цикле.
В итоге термический КПД регенеративного цикла получается больше КПД обычного цикла Ренкина
В цикле Ренкина с регенерацией среднеинтегральная температура теплоподвода выше за счет более высокой температуры питательной воды, подогреваемой в экономайзере.
Конечная температура теплоотвода при этом не изменяется, поэтому термический КПД в цикле с регенерацией увеличивается.
Преимущества цикла Ренкина с регенеративным подогревом питательной воды:
1. Увеличение КПД на 10-14% (чем выше начальное давление пара , тем больше прирост КПД).
2. Уменьшается габариты последних ступеней турбины из-за уменьшения количества пара, проходящего через них.
3. Уменьшаются поверхности нагрева экономайзеров, а теплоту дымовых газов используют для подогрева воздуха, подаваемого в горелки или в топку котла.
Для каждой установки, работающей по регенеративному циклу существует оптимальное значение температуры питательной воды, подаваемой в экономайзер.
Превышение этой температуры может привести к тому, что уменьшение из-за отбора от турбины пара с более высокими параметрами ( , ) может оказаться большим, чем уменьшение подводимой теплоты , в результате чего термический КПД начнет уменьшаться. Каждая последующая ступень регенеративного подогрева вносит все меньший и меньший вклад в рост .
Низкий термический КПД паросиловых установок, работающих по циклу Ренкина (30-40%), объясняется большими потерями теплоты ( ) на получение пара. Недостатки паросиловых установок с регенеративным циклом:
1. Увеличение расхода пара при заданной мощности установки.
2. Применение подогревателей увеличивает габариты паросиловой установки, ее металлоемкость и стоимость.
Распределение мест отбора пара по ступеням турбины производится по результатам специального анализа, так как от этого зависит термический КПД паросиловой установки.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 146; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!