Регенеративный цикл ПТУ
Схема
регенеративной ПТУ с тремя отборами пара на смешивающие подогреватели показана
на рис. 16.7. В таких регенеративных подогревателях вода и греющий пар при постоянном
давлении смешиваются, и в расчетном режиме из подогревателя выходит вода в состоянии
насыщения.
При дальнейшем изложении материала будем пренебрегать технической
работой всех насосов ввиду ее малой величины по сравнению с работой турбины. Условно
будем считать, что все изобары в области жидкости совпадают с линией х=0. С учетом
этого упрощения цикл данной ПТУ изображен в h,s- диаграмме на рис. 16.8.
Расход рабочего тела в такой схеме величина переменная. Поэтому при расчете
регенеративной ПТУ на 1 кг рабочего тела вводят относительные доли расхода, взятые
по отношению к полному расходу пара на турбину D: a1=D1/D, a2=D2/D,
a3=D3/D. Здесь D1, D2 и D3 –
расходы пара из отборов
турбины на регенеративные подогреватели. Перед турбиной (точка 1) относительный
расход пара равен 1.
Основные параметры воды и водяного пара данной схемы
ПТУ имеют следующие обозначения:
ро, to, ho – давление, температура и
энтальпия пара перед турбиной;
р1, h1, a1,
р2, h2, a2, и р3, h3, a3
– давления, энтальпии и доли отборов пара из первого, второго и третьего отборов
турбины на регенеративные подогреватели П1, П2, П3 соответственно;
рк,
hк – давление и энтальпия пара на выходе из турбины;
сtк’ – энтальпия насыщенной
воды на выходе из конденсатора при давлении рк; станок с плазменной резкой чпу
ct1’,
ct2’, ct3’ – энтальпии насыщенной воды на выходе из подогревателей П1, П2, П3
при давлениях р1, р2, р3 соответственно;
ctпв = ct1’ – энтальпия питательной
воды на входе в паровой котел.
Энтальпии пара в необратимом адиабатном
процессе турбины рассчитываются с использованием ее внутреннего относительного
КПД как
;
;
;
.
Расчет долей отбора пара на смешивающий подогреватель
основан на уравнении смешения пара и воды в потоке.
Начинается расчет с первого подогревателя П1 по ходу движения
пара (рис. 16.9.):
. (16.22)
Аналогичные уравнения составляются для
подогревателей П2 и П3 в соответствии со схемами их потоков (рис.16.10 и 16.11).
Решая эти уравнения, определяют доли отборов пара a2
и a3 :
; (16.23)

. (16.24)
Удельная теплота, подведенная и отведенная в цикле ПТУ от рабочего тела, рассчитываются
как
, (16.25)
. (16.26)
Удельная техническая работа паровой
турбины


. (16.27)
Внутренний абсолютный КПД регенеративного
цикла ПТУ
. (16.28)
Выбор оптимальных давлений отборов пара
турбины
на регенеративные подогреватели ПТУ
Выбор оптимальных давлений
отборов пара на регенеративные подогреватели ПТУ выполняется на основе принципа
равномерного подогрева воды в каждом подогревателе на величину ∆tопт (пример
для трех отборов рис.16.12):
, (16.29)
где toн – температура насыщения воды
при давлении ро;
tк – температура насыщения воды при давлении рк;
n – число регенеративных подогревателей.Давления отборов пара на подогреватели
определяются как давления насыщения при температурах на выходе из подогревателей:
; (16.30)
; 16.31)
; (16.32)
Особенности расчета регенеративных ПТУ
с подогревателями поверхностного типа
Особенности регенеративных
ПТУ с подогревателями поверхностного типа рассмотрим на примере схемы ПТУ, приведенной
на рис. 16.13. Схема и принцип работы подогревателя поверхностного типа показаны
на рис. 16.14. Греющий пар отбора турбины поступает в подогреватель, за счет передачи
теплоты воде через поверхность нагрева F (рис.16.14, б) конденсируется и в расчетном
режиме работы подогревателя выходит из него в виде воды в состоянии насыщения.
В свою очередь, вода нагревается в подогревателе до температуры ниже температуры
насыщения греющего пара (это обусловлено наличием разделяющей поверхности между
водой и греющим паром) на величину недогрева
, (16.33)
которая является характеристикой данного
подогревателя и задается как известная величина для расчетного режима его работы.
Используя величину недогрева, определяют
температуру воды за подогревателем
и по t1н и ро определяют ее энтальпию ctв1.
Определение
доли отбора пара на подогреватель выполняется на основании первого закона термодинамики
(теплового баланса) для подогревателя (рис.16.14, а):
. (16.34)
Выражение (16.34) соответствует первой
схеме направления конденсата от подогревателя (рис.16.13, вариант 1). В этом случае
через подогреватель проходит весь поток воды.
Если конденсат от подогревателя
направить в смеситель (см), установленный перед ним (рис.16.13, вариант 2), то
через подогреватель пройдет (1-a1) воды,
а энтальпия питательной воды на входе в паровой котел рассчитывается на основании
уравнения смешения потоков. Поскольку доля отбора пара неизвестна, необходимо
подогреватель и смеситель рассчитывать совместно:

;
, (16.35)
где ctпв – энтальпия питательной воды.
В
реальных ПТУ используются обе схемы отвода конденсата из подогревателей. Первая
схема не требует установки дополнительного конденсатного насоса, а вторая схема
имеет термодинамически оптимальное решение возврата конденсата в цикл, т.к. в
этой схеме смешение потоков происходит с меньшей необратимостью (разность температур
смешивающихся потоков меньше, чем в первой схеме).
Выбор оптимальных значений
давлений отборов пара из турбины на подогреватели поверхностного типа выполняется
также на основании равномерного подогрева воды в них, но при этом необходимо учитывать
недогрев воды в подогревателях dt. Из-за
наличия недогрева воды в подогревателях поверхностного типа давления отборов пара
на подогреватели в этих схемах ПТУ будут больше, чем в схемах со смешивающими
подогревателями, а КПД их будут меньше.