Документ: Лескин С.Т., Слободчук В.И., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Теплотехнические основы производства электроэнергии и тепла на АЭС, страницы 36-40

Q = G	(h	− h′ ) = (1− Y ) G	П	(h	− h′ ).	(3.27)
K	K	К	П	K	К

Таким образом, налицо повышение экономичности работы станции при наличии теплофикационного отбора.

4.Регенеративныйподогрев питательнойводы

4.1.Термодинамические основы регенерации тепла. Энергетический коэффициент

Подогрев питательной воды за счет теплоты частично отработавшего в турбине пара называется регенеративным подогревом питательной воды. Технически такой процесс осуществляется следующим образом. В процессе расширения пара часть его отбирается из турбины и направляется в специальные теплообменные аппараты (регенеративные подогреватели) для нагрева конденсата (питательной воды) (рис. 4.1). С термодинамической точки зрения, выигрыш от регенеративного подогрева состоит в следующем. При чисто конденсационном цикле весь пар, подводимый к турбине, доходит до конденсатора, в котором происходит его полная конденсация, и теплота конденсации уносится в окружающую среду с охлаждающей водой. В цикле с регенерацией теплота отбираемого пара возвращается (регенерируется) обратно в цикл. Очевидно, что регенеративный подогрев питательной воды является одним из способов использования частично отработанной теплоты в схеме самой станции. Это позволяет заметно повысить тепловую экономичность цикла и является одним из важнейших мероприятий в усовершенствовании рабочего процесса энергетических установок, работающих по циклу Ренкина.

Строго говоря, корректно изобразить рабочий цикл с регенеративным подогревом в t–s или h–s диаграмме затруднительно, так как такие диаграммы строятся для постоянного количества рабочего тела, а в регенеративном цикле количество рабочего тела в процессе расширения меняется из-за отборов пара на регенерацию. Поэтому такой цикл изображают либо условно, либо вводят третью переменную – расход рабочего тела. На рис. 4.2 представлено условное изображение цикла с регенерацией в t–s диаграмме. Чем

36

ближе линия 1–2 к плавной линии, эквидистантной линии 3–4–5, тем ближе КПД такого цикла к КПД цикла Карно. На практике реализовать цикл с эквидистантными кривыми нельзя.

Рис. 4.1. Принципиальная тепловая схема без регенерации (а) и с регенерацией (б) тепла: ИТ – источник тепла, ТУ – турбоустановка, К – конденсатор, ЦН – циркуляционный насос, РП – регенеративный подогреватель. Цифры на схеме соответствуют обозначениям на t–s диаграмме (см.

рис. 4.2)

37

Рис. 4.2. Цикл Ренкина с регенерацией (изображен условно)

А теперь посмотрим, какие факторы влияют на КПД регенеративного цикла.

Введем в рассмотрение некоторые понятия. Степень регенерации


σ =	hП.В. − hК		≈	tП.В. − tK				.	(4.1)

	h'	− h		t	0	− t	K
0		K

Другими словами, это отношение фактического подогрева питательной воды к максимально возможному. Следует несколько подробнее остановиться на максимально возможном подогреве питательной воды. Так как греющей средой в регенеративных подогревателях является пар из отборов турбины, то максимальная температура питательной воды зависит от максимальной температуры греющего пара. Максимальную температуру имеет пар перед входом в турбину, т.е. острый пар. Поэтому в предельном случае питательную воду можно нагреть до температуры, равной температуре насыщения при давлении острого пара.

Обозначим через αK долю пара, поступающего в конденсатор, а через αi – доли пара, поступающего из отборов турбины на реге-

неративные подогреватели. Тогда можно записать:

αK (h0 − hK) = ωK – работа, совершаемая в турбине долей пара, прошедшей через турбину в конденсатор;

38

αi (h0 − hi ) = ωP – работа, совершаемая в турбине долями па-

i

ра, ушедшими в отборы на регенеративный подогрев;

αK (hK − hК′ ) = qK – отвод тепла из цикла в конденсаторе;

αK (h0 − hК′ ) = q0 – тепло, подводимое в источнике для выра-

ботки доли пара αK ;

αi (h0 − hi ) = qP = ωP – тепло, подводимое в источнике для

i

выработки долей пара αi .

Исходя из общего определения, запишем выражение для КПД

цикла:		l		q1 − q2
η	=		=		.	(4.2)

t		q1		q1

Подставив выражения для q1 и q2, получим в общем виде выражение для КПД цикла с регенерацией:

αK (h0 − hK)+ αi (h0

− hi )

ωK + wP

ηP =

i

=

αK (h0 − hK/ )+ αi (h0 − hi )

q0 + qP

i

(4.3)

1+

ωP

ω

1+

A

K

ω

K

=

= η

P

,

qP

1

+ A

η

q

1+

t

0

q

P

0

где

η

=

(h0 − hK)

– термический КПД цикла без регенерации, а

t

(h

− h/ )

0

K

AP = ωP – энергетический коэффициент цикла, т.е. отношение ра-

ωK

боты, совершаемой паром отборов, к работе конденсационного потока пара.

39

Сравним КПД цикла с регенерацией и КПД цикла без регенерации:

η=	ηP − ηt	=	1− ηt		.	(4.4)

	ηt		1	+ ηt
			AP

Для цикла с регенерацией энергетический коэффициент АР >0, поэтому η > 0, причем чем выше АР, тем больше η. В свою

очередь, энергетический коэффициент АР зависит от ряда факторов: количества подогревателей, теплоперепадов h0 − hi = hi , темпе-

ратуры питательной воды и их соотношений. Поэтому надо искать оптимум величины АР в зависимости от всех этих параметров. Это одна из задач расчета схемы регенеративного подогрева.

Характер зависимости экономии теплоты от степени регенерации и числа регенеративных подогревателей представлен на рис. 4.3.

Кривые построены для случая равномерного распределения подогрева по ступеням регенерации. Из рис. 4.3 видно, что при увеличении числа подогревателей КПД цикла с регенерацией растет, а оптимальная степень регенерации увеличивается. Максимальная энергетическая эффективность регенеративного подогрева достигается при бесконечном числе регенеративных подогревателей и степени регенерации, равной единице. Однако анализ показывает, что относительный прирост КПД с каждым последующим дополнительным подогревателем быстро уменьшается. С термодинамической точки зрения, такая зависимость объясняется необратимостью процессов теплообмена в подогревателях при их конечном числе. При числе подогревателей, стремящемся к бесконечности, температурные перепады в подогревателях стремятся к нулю, и процесс теплообмена приближается к равновесному (обратимому), что и обусловливает максимальный КПД цикла, который стремится к КПД цикла Карно.

Оптимизация распределения подогрева питательной воды по ступеням обязательна при разработке и расчете регенеративных схем подогрева.

40

Материал: Лескин С.Т., Слободчук В.И., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Теплотехнические основы производства электроэнергии и тепла на АЭС

Смотрите также: