CC BY
26
ДВУХКОНТУРНЫЙ РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПАРОВОЙ ЦИКЛ
А.Н. ГРИШИН
Уфимский государственный авиационный технический университет
Для решения проблемы дополнительного нагрева питательной воды, вплоть до начала ее кипения, предлагается двухконтурный регенеративный паровой цикл, в котором дополнительный паровой цикл имеет более высокое рабочее давление пара, чем давление пара в сопряженном с ним регенеративном паровом цикле Ренкина.
Доказывается, что расход рабочего тела в дополнительном паровом цикле всегда больше расхода рабочего тела в регенеративном паровом цикле Ренкина, а экономичность и мощность двухконтурного регенеративного парового цикла выше, чем аналогичные параметры регенеративного парового цикла Ренкина.
Предлагается метод повышения экономичности и мощности рассматриваемого цикла.
Введение
В реальных паротурбинных установках (ПТУ), рабочий процесс которых основан на использовании регенеративного парового цикла (РПЦ) Ренкина, температура питательной воды ^пв всегда ниже температуры *пв опт, отвечающей условиям наибольшей тепловой экономичности цикла [1]. В [2] для выбора температуры питательной воды предлагается упрощенная зависимость
*пв = (0,65 т 0,75)( ,, где * ,- температура начала кипения питательной воды. Дополнительный подогрев питательной воды в РПЦ Ренкина до температуры начала ее кипения производится в паровом котле за счет теплоты топлива, что снижает термический КПД цикла. Снижение экономичности цикла связано с особенностями способа организации в нем регенеративного подогрева питательной воды. Подогрев воды производится за счет теплоты пара, отбираемого из промежуточных ступеней паровой турбины, в результате чего уменьшается количество теплоты, отводимой в окружающую среду, но при этом, одновременно, снижается полезная работа цикла и возрастают капитальные вложения в турбоустановку из-за наличия в ней регенеративных подогревателей. Таким образом, принятый способ регенеративного подогрева питательной воды ограничивает возможность повышения термического КПД цикла Ренкина. Повысить экономичность парового цикла можно за счет иного способа организации регенеративного подогрева питательной воды, когда ее подогрев на величину
Д= (0,25 т 0,35) *, будет осуществляться за счет регенерации внутрицикловой
теплоты, а не за счет теплоты топлива. Такой способ регенеративного подогрева возможен в предлагаемом ниже двухконтурном регенеративном паровом цикле (ДРПЦ).
Решение проблемы дополнительного подогрева питательной воды в регенеративном паровом цикле Ренкина
В [3] вводится понятие надстройки при рассмотрении проблемы модернизации классического регенеративного парового цикла Ренкина. На рис. 1 в Т-в координатах показан РПЦ Ренкина с надстройкой.
© А.Н. Гришин Проблемы энергетики, 2006, № 1-2
Надстройку цикла образуют термодинамические процессы: сжатие (4-10), нагрев (10-5-11), расширение (11-12) полученного пара и его перегрев (12-8).
Относительный расход пара в надстройке равен вд = вд /вп, где Сп - расход
рабочего тела до точки разделения 4. В процессах нагрева и расширения рабочее тело имеет более высокое давление, чем рабочее тело в аналогичных процессах исходного цикла Ренкина. В РПЦ Ренкина после точки разделения 4, вплоть до точки соединения 8, расход рабочего тела равен (1 - вд). В точке
соединения 8 параллельных ветвей цикла рабочие тела надстройки цикла и исходного цикла Ренкина смешиваются. Нагрев рабочего тела надстройки цикла (10-5) производится в группе ПВД исходного цикла Ренкина и в котле Рис. 1. Цикл Ренкина с надстройкой: 4- надстройки ПТУ (5-11). Пар,
10-5/-11-12-8-надстройка цикла; 1-2-3-4- отработавший в дополнительной 5-6-7-8-9-1-исходный цикл Ренкина турбине, вновь перегревается (12-8) в котле надстройки ПТУ до температуры перегретого пара в исходном цикле Ренкина, который получен (5-6-7-8) в паровом котле с более низким давлением. В
[3] такой цикл назван циклом с частичной надстройкой. В нем в надстройке
величина относительного расхода пара Сд < 1.
В паровом цикле с частичной надстройкой в работе [4] отработавший в дополнительной турбине пар вновь перегревается не в котле надстройки ПТУ, а в котле ПТУ с исходным циклом Ренкина (13-7-8), предварительно смешиваясь с рабочим телом этого цикла. Состояние полученной смеси характеризует точка 13, положение которой на линии 6-7-12 зависит от величины относительного расхода пара Сд:
*П 1 К
1 , У'п
¿/¡Ь 13 7\
10т/ \
4 * \
Г \
2{_ Я
1 9
О
*13 = (1 - Сд )16 + Сд *12 .
(1)
Из формулы (1) видно, что при величине параметра Сд = 1 точка 13 совпадет с точкой 12, то есть основная ветвь цикла, принадлежащая исходному циклу Ренкина, в этом случае исчезает. Цикл ПТУ с величиной параметра Сд = 1
назван [3] циклом с полной надстройкой.
В цикле с частичной надстройкой теплота отработавшего в надстройке пара полностью используется в исходном цикле Ренкина. Термический КПД цикла с надстройкой определяется по формуле, полученной в [3]:
Ле = п0(1 + Сд1 д/10) / (1 + Ло^д1 д/10) ,
(2)
где П0 = 10/Ч0 - КПД исходного РПЦ Ренкина; 10 ,40 - удельная работа и подведенная удельная теплота в этом цикле; 1 д - удельная работа надстройки цикла.
Согласно формуле (2), максимальный КПД имеет цикл с полной надстройкой.
В цикле с надстройкой дополнительный нагрев питательной воды до температуры, равной температуре начала кипения в исходном цикле Ренкина, как и в цикле без надстройки, осуществляется за счет теплоты топлива. Поэтому проблема дополнительного нагрева питательной воды в таком цикле остается нерешенной.
Данная проблема может быть решена в ДРПЦ - двухконтурном регенеративном паровом цикле. Диаграмма этого цикла в Т-я координатах приведена на рис. 2.
При обходе его в направлении часовой стрелки положение точки соединения 6 рабочих тел опережает положение точки их разделения 12. В точке 6 рабочее тело исходного цикла Ренкина с величиной расхода Сп смешивается с частью рабочего тела дополнительного цикла, расход которой имеет значение Сц. В точке разделения 12
~s все рабочее тело дополнительного цикла с
Рис. 2. Двухконтурный регенеративный расходом вд делится на две части. Одна
паровой цикл: 6-10-11-12-7-6 -
дополнительный цикл; 1-2-3-4-5-6-7-8-9- с расх°д°м Сц, остается
1- жвддаый цикл Ренкина циркулировать в этом цикле, а другая, с
расходом Сп, отделяется и возвращается в исходный цикл Ренкина. Такая
последовательность точек соединения и разделения рабочих тел является следствием дополнительного нагрева питательной воды исходного цикла Ренкина
на величину А*пв = (С — ) = (0,25 + 0,35) *, за счет утилизации части теплоты
дополнительного контура, то есть за счет появления дополнительной системы регенерации теплоты. Поэтому для ДРПЦ справедливо следующее утверждение: в двухконтурном регенеративном паровом цикле расход рабочего тела в дополнительном цикле больше расхода рабочего тела в сопряженном с ним исходном цикле Ренкина на величину циркулирующего в нем расхода рабочего тела, если дополнительный нагрев питательной воды в сопряженном исходном цикле Ренкина производится за счет части теплоты отработавшего в
дополнительном цикле пара.
Доказательство
Рассмотрим три точки ДРПЦ - 5, 6 и 12. Питательная вода исходного цикла Ренкина после подогрева в группе ПВД классической системы регенерации имеет энтальпию г5 и величину расхода Сп. В точке разделения 12 энтальпия пара,
подаваемого в смеситель для смешения его с питательной водой, равна г 12, а
величина его расхода - Сц. В точке соединения 6, то есть на выходе из смесителя,
энтальпию конденсата дополнительного цикла найдем по формуле
Сдг 6 = г 5 + (Сд — 1) г 12 .
Из уравнения (3) определим Сд = ( г 12— г 5)/( г 12 — г 6).
(4)
Из условия доказываемого утверждения следует неравенство ¿6 > 15, а также то, что данное неравенство выполняется для адиабатной системы, состояние которой описывается уравнением (4). Поэтому из этого уравнения получаем неравенство вд > 1 или условие Сц ^ 0, что и требовалось доказать.
Несмотря на внешнюю схожесть циклов, изображенных на рис. 1 и 2, участок 6-10-11-12 в ДРПЦ нельзя считать надстройкой исходного цикла Ренкина. По определению надстройка цикла - это совокупность процессов, начинающаяся в точке разделения и заканчивающаяся в точке соединения. Поэтому расход рабочего тела в ней не превышает расходы рабочих тел до и после указанных точек. В ДРПЦ участок 6-10-11-12 начинается, наоборот, с точки соединения, а заканчивается точкой разделения, и расход рабочего тела на этом участке всегда больше расходов рабочих тел до и после этих точек.
Цикл, изображенный на рис.2, совпадает с гипотетическим двухконтурным циклом с раздельными рабочими телами, в котором нет точек соединения и разделения. В нем теплота всего отработавшего пара дополнительного цикла при бесконечно малом температурном напоре передается рабочему телу исходного цикла Ренкина без смешения рабочих тел этих циклов. Уравнение баланса тепловых мощностей в этом случае будет иметь вид
Полученное уравнение (5) легко приводится к виду уравнения (3). Следовательно, в тепловом отношении ДРПЦ и гипотетический двухконтурный цикл, в котором рабочие тела не смешиваются, эквивалентны. В ДРПЦ происходит смешение рабочих тел исходного цикла Ренкина и дополнительного цикла или, говоря по-другому, рабочих тел контуров низкого и высокого давления. В точке соединения 6 дополнительно нагретое рабочее тело контура низкого давления в виде конденсата передается в контур высокого давления, а в точке разделения 12 из него в контур низкого давления с таким же расходом возвращается рабочее тело уже в виде пара. При таком обмене рабочими телами возможен теплообмен между этими контурами с такой же эффективностью, что и в гипотетическом двухконтурном цикле. Уменьшается также расход отработавшего пара контура высокого давления, который необходимо преобразовывать в конденсат.
В ДРПЦ, а также в гипотетическом двухконтурном цикле, не преобразованная в работу теплота контура высокого давления полностью утилизируется контуром низкого давления. Поэтому для определения термических КПД этих циклов можно использовать формулу (2), где под величинами параметров вд и 1 д следует понимать, соответственно, относительный расход
рабочего тела и удельную работу контура высокого давления или дополнительного цикла. Так как величины этих параметров в данных циклах одинаковы, то одинаковыми будут их термические КПД и удельные работы.
(5)
В ДРПЦ величина параметра Сд > 1. Поэтому его экономичность и
мощность будут превосходить аналогичные параметры цикла с полной надстройкой. Указанные параметры возрастут также еще и потому, что дополнительно повысится КПД дополнительной паровой турбины из-за увеличения высоты ее лопаток.
Повышение экономичности и мощности двухконтурного регенеративного парового цикла
В табл. 1 показано влияние давления пара в исходном цикле Ренкина на величину дополнительного подогрева питательной воды А ¿пв и теплоту ее испарения г .
Таблица 1
р , МПа 8 13 18 22
*пв = (0,65 ^ 0,75) г ,,0С 191,8*221,2 215,0*248,1 232,0*267,7 242,9*280,3
г пв > кДж/кг 818,7*950,8 924,3*1077,0 1003,0*1171,1 1054,0*1232,3
А ¿пв = (г— ¿пв ),кДж|кг 366,3*498,4 454,4*607,1 560,9*729,0 789,6*967,9
г , кДж/кг 1441,5 1131,5 777,5 147,3
г = г/Л ¿пв 2,892*3,935 1,864*2,490 1,066*1,386 0,152*0,186
Из формулы (4) определим
Сц = (Сд — 1) = 1/(Г + Мпп), (6)
где г = О 7 — г 6) /А¿пв ; А г пв = (г 6 — г 5) ; А г пп = 12 — г 7 ) / А¿пв (обозначения точек
приведены на рис. 2).
С увеличением давления пара в исходном цикле Ренкина снижается величина параметра г из-за уменьшения теплоты испарения и увеличения дополнительной теплоты нагрева питательной воды А ¿^ (ее располагаемого хладоресурса). Это ведет, согласно (6), к увеличению дополнительного расхода пара Сц в контуре высокого давления ДРПЦ.
Влияние давления пара в исходном цикле Ренкина на удельную работу дополнительного насоса 1 нд и работу дополнительного цикла 1 д видно из табл. 2.
Таблица 2
г11 = 5400С; р11 = 35 МПа; = 0,77; пнд = 0,75
р , МПа 8 13 18 22
г, ,0с 295,01 330,86 356,99 373,71
Рнд, кг|м3 722,2 638,4 543,6 363,6
1 вд, кДж/кг 49,85 45,95 41,70 47,67
1 тд, кДж/кг 271,81 192,12 133,76 95,49
1 д, кД ж/кг 221,96 146,17 92,06 47,82
А ¿„п, кДж/кг 147,8 323,2 534,9 913,5
Одновременно с ростом температуры начала кипения питательной воды в контуре низкого давления начинает снижаться ее плотность рвд. Из-за этого в
контуре высокого давления мало изменяется работа дополнительного насоса, несмотря на значительное снижение в нем перепада давления - А рвд = (27*13) МПа.
При уменьшающейся работе расширения в дополнительной турбине 1 тд существенно понижается полезная работа дополнительного цикла. Повышается также величина перегрева отработавшего в контуре высокого давления пара А . Так как величина А возрастает быстрее, чем величина А , то увеличивается также безразмерный параметр А гпп. Все это отрицательно сказывается на росте величины произведения параметров вд 1 д, входящего в формулу для определения
термического КПД двухконтурного цикла, не говоря уже об эксплуатационной проблеме.
Для устранения отмеченного недостатка при повышении давления пара в исходном цикле Ренкина необходимо снизить температуру воды, подаваемой в дополнительный насос контура высокого давления. Это можно сделать, если теплоту А гпп передать с помощью теплообменника питательной воде контура высокого давления, минуя контур низкого давления. На рис. 3 приведены фрагменты Т-в диаграммы ДРПЦ, на которых изображены изобары теплоносителей в теплообменнике соответственно с одной, двумя и тремя секциями.
А Б В
Рис. 3. Фрагменты Т-в диаграммы двухконтурного регенеративного парового цикла: А, Б, В -соответственно одно-, двух- и трехсекционный теплообменник; А - 12-7(14) - охлаждение пара, 7(14)-6-13 - конденсация пара и охлаждение конденсата за счет смешения с питательной водой РПЦ Ренкина, 16-15 - нагрев питательной воды; Б - 12-7-6(14) - охлаждение пара и его конденсация, 6(14)-13 - охлаждение конденсата за счет смешения с питательной водой РПЦ Ренкина, 17-16-15 - нагрев питательной воды; В - 12-7-6 - охлаждение пара и его конденсация, 6-14 - охлаждение конденсата, 14-13 - охлаждение его за счет смешения с питательной водой РПЦ Ренкина, 18-17 - нагрев питательной воды, 17-16 - нагрев ее за счет теплоты конденсации,
16-15 - нагрев ее за счет теплоты пара
При использовании теплообменника в смеситель поступает пар с более низкой энтальпией и положение точки соединения 13 рабочих тел контуров высокого и низкого давления понижается по сравнению с положением аналогичной точки в цикле без теплообменника. В последнем случае точка соединения рабочих тел обоих контуров совпадает с точкой 6 начала кипения питательной воды в контуре низкого давления (рис. 2).
При использовании теплообменника с одной секцией (рис. 3, А) теплота А передается питательной воде контура высокого давления. Поэтому энтальпия в точке соединения рабочих тел контуров цикла уменьшается на величину
(г6 - г13))/А гпв = А гпп/(1 + г + А гпп) , (7)
где индекс (1) соответствует циклу с односекционным теплообменником.
Формула (7) получена при условии равенства расходов рабочих тел в контурах высокого давления циклов с теплообменником и без него, то есть при условии
Од(1) = Од . При этом же условии величина энтальпии питательной воды в контуре
высокого давления на входе в теплообменник может быть найдена из выражения
(г6 - Агпв = Агпп/(1 + г + АIпп) - 7$ , (8)
где 7$ = Аг'пв .
При использовании двухсекционного теплообменника (рис. 3, Б) и при условии О^2) = Од формулы (7) и (8) примут вид:
(г6 - 42))/А гпв = ( А г пп + ^Л1 + Г + А г пп) , (9)
(гб -г'пв = А^пп/(1 + Г + Агпп)-12?. (10)
Применение трехсекционного теплообменника (рис. 3, В) позволяет еще больше снизить температуру конденсата на входе в дополнительный насос контура высокого
давления. В этом случае и при условии О^3 = Од формулы (9) и (10) преобразуются
следующим образом:
(г6 - ¿£УА гпв = ( А гпп + г + Аг ок V(1 + Г + А гпп) , (11)
Об -г1(Р)/Агпв = АГ^/С + Г + А7пп)-^, (12)
где А г ок = (г6-г'13)) - охлаждение конденсата в теплообменнике.
Из формул (7), (9) и (11) следует, что г6 > ^ , а из (8), (10) и (12) -
16 > *16> > *1^) > 116, так как 1 вд > 6^ > > 1вд . При повышении величины ¿Ц, где
7=1, 2, 3, до максимально возможного значения , получаемого при минимальном
температурном напоре А * 6-16 = А * £т116'), величина расхода рабочего тела в контуре высокого давления увеличивается так, что выполняются неравенства
О(3) > О(2) > О(1) > О .
Д ^ Д ^ Д ^ Д •
Из табл. 2 ви но, что при выбранных параметрах пара в контуре высокого давления, освоенных в настоящее время в турбостроении: = 5400С, рц = 35МПа,
перегрев Агпп отработавшего пара этого контура отличен от нуля и возрастает с увеличением давления пара в контуре низкого давления. Одновременно снижается теплота конденсации пара г в контуре высокого давления и возрастает запас хладоресурса питательной воды Агпв в контуре низкого давления (табл. 1) . Согласно
© Проблемы энергетики, 2006, № 1-2
формуле (6) это ведет к усилению влияния параметра Д гпп на величину расхода пара в контуре высокого давления. Применение теплообменника устраняет это влияние. В этом случае немного уменьшается располагаемый хладоресурс питательной воды
контура высокого давления (i{max) - - i5) < (i6 - гг), но зато на величину Дгпп
снижается удельное количество теплоты конденсирующегося пара. В этом случае расход Gj можно найти по формуле
G® =(1 + r )/(Ä7f_ i6 + + r), (13)
где Д i6-16 = (г'б - г'12) /Дг'пв ; / Дг'пв ; j = 1,2,3.
Из формулы (13) видно, что величина перегрева отработавшего пара в контуре
а • T:(j v T:(min)
высокого давления Дira при Дi 6_16 ^ Д i 6_16 практически не влияет на величину
расхода пара в этом контуре. Следовательно, открывается возможность увеличения работы контура высокого давления за счет повышения давления пара в нем и использования при этом промежуточных перегревов этого пара.
Паротурбинная установка с двухконтурным регенеративным паровым циклом
На рис. 4 приведена схема двухконтурной ПТУ, рабочий процесс которой основан на использовании ДРПЦ.
Рис. 4. Схема двухконтурной паротурбинной установки: 1, 2 - конденсационный и питательный насосы; 3 - дополнительный насос; 4, 5 - группы регенеративных ПНД и ПВД; 6 - смеситель; 7 - перегреватель; 8 - паровая турбина; 9 - конденсатор; 10 - парогенератор; 11 - дополнительная паровая турбина; 12 - устройство отбора пара; 13 - теплообменник; 14 - генератор
На схеме нанесены номера входных и выходных сечений смесителя 6 и теплообменника 13. Эти номера совпадают с номерами точек цикла, изображенных на рис. 3.
В контуре низкого давления реализуется исходный цикл Ренкина. Этот контур включает в себя конденсационный 1 и питательный 2 насосы, группы
регенеративных подогревателей низкого 4 и высокого 5 давления, смеситель 6, перегреватель 7 пара, паровую турбину 8 и конденсатор 9.
В контуре высокого давления осуществляется дополнительный паровой цикл. Он содержит дополнительный насос 3, каналы охлаждающей стороны теплообменника 13, парогенератор 10, дополнительную паровую турбину 11, устройство отбора пара 12, каналы греющей стороны теплообменника 13 и смеситель 6.
В смесителе 6 питательная вода контура низкого давления с расходом Gп смешивается с частью рабочего тела контура высокого давления, имеющей расход Gц. Одновременно из смесителя все рабочее тело контура низкого давления в виде конденсата передается в контур высокого давления. В устройстве отбора пара 12 часть расхода пара Gп отбирается из контура высокого давления и возвращается в контур низкого давления уже в виде пара. Оставшаяся часть расхода пара Gц охлаждается сначала в теплообменнике 13, а затем в смесителе 6. Охлажденный конденсат с расходом Gд = + Gц) отводится из смесителя с помощью
дополнительного насоса 3 и прокачивается через каналы охлаждающей стороны теплообменника 13, где он подогревается за счет теплоты части отработавшего пара в контуре высокого давления.
Степень охлаждения пара в теплообменнике 13 зависит от величины давления пара в контуре низкого давления. При высоком давлении пара теплообменник 13 может иметь три секции, а при низком - одну или, вообще, теплообменник может отсутствовать.
При высоком рабочем давлении пара в исходном цикле Ренкина и достаточном запасе хладоресурса питательной воды А гпв применение трехсекционного теплообменника обеспечивает приемлемые минимальные концевые температурные напоры в соответствующих секциях теплообменника. При низком давлении пара запас хладоресурса питательной воды в исходном цикле Ренкина снижается и увеличивается теплота конденсации в дополнительном паровом цикле. В этом случае следует применять односекционный теплообменник.
При использовании двух- и трехсекционного теплообменника для смешения полученного в дополнительном паровом контуре горячего конденсата с более холодной питательной водой исходного цикла Ренкина применима простая схема смесителя для сред, находящихся в одном жидком фазовом состоянии. В ПТУ с односекционным теплообменником может быть использована схема смесителя для пара и питательной воды, подобная схеме, например, подогревателя низкого давления (ПНД) смешивающего типа в горизонтальном исполнении, широко применяемого на паровых ТЭС.
Нагрев питательной воды контура высокого давления, ее испарение и перегрев полученного пара производятся в парогенераторе 10. В нем за счет сжигания топлива подводится теплота qпг. Перегрев пара контура низкого
давления осуществляется в перегревателе 7, где к пару подводится теплота qПЕ. Этот перегреватель может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции, либо установлен в парогенераторе 10.
В контуре низкого давления применена классическая система регенерации теплоты пара, отбираемого из промежуточных ступеней расширения паровой
турбины 8. В нее входят регенеративные подогреватели низкого 4 и высокого 5 давления.
Утилизация части теплоты контура высокого давления осуществляется с помощью предлагаемой системы регенерации, в которую входят смеситель 6 и теплообменник 13.
В табл. 3 приведены результаты расчета некоторых параметров
двухконтурной ПТУ.
Таблица 3
^ = 28,96°С; ^ = 540°С; ^ = 540°С; ^9 = 540°С; р8 = 23 МПа; р11 = 35 МПа;р19 = 6,0 МПа; г = 9; 8п0 м = 0,18; А1£п1б) * 20 С; Аt14-18 * 5,510С
15 30,17 80 120 160 200 240 280 320
П0 0,3918 0,4103 0,4231 0,4337 0,4422 0,4486 0,4529 0,4550
П2 0,4480 0,4619 0,4708 0,4775 0,4820 0,4839 0,4832 0,4791
Сд 5,3263 4,7690 4,3042 3,8330 3,3518 2,8541 2,3275 1,7449
1 д 0,0488 0,0485 0,0482 0,0477 0,0471 0,0464 0,0454 0,0439
^0 1,0000 0,9900 0,9720 0,9457 0,9114 0,8689 0,8176 0,7551
1,2597 1,2215 1,1794 1,1286 1,0694 1,0014 0,9234 0,8317
В контуре высокого давления установки приняты параметры пара, равные
р11 = 35 МПа, = 5400 С ; в контуре низкого давления - р8 = 23 МПа, t8 = 5400 С.
Данные параметры пара хорошо освоены в теплоэнергетике [3].
Так как в контуре низкого давления выбраны сверхкритические параметры пара, то в нем применен промежуточный перегрев пара с температурой и
давлением, равными значениям tV) = 5400С, Р19 = 6 МПа.
При таких параметрах установки схема смесителя 6 простейшая -предназначена для смешения воды с различной температурой. Схема теплообменника 13 двухсекционная - с вырожденной конденсационной секцией.
Влияние классической системы регенерации на температуру питательной воды в контуре низкого давления учтено с помощью формулы
8% = 8%мАtпB[2-Л[ (г + 1)/г], (14)
где 8^0 = (П0 — Пк)/Пк - относительное увеличение КПД исходного цикла Ренкина за счет регенерации теплоты; - КПД конденсационного исходного цикла
Ренкина (без регенерации); г - количество подогревателей; 8п0м - максимальное
значение величины 8п0 при г ^ ; Жпв = ^пв - tк)/(t' - tк); t', tк - температура
кипения питательной воды и начальная температура конденсата в исходном цикле Ренкина.
Формула (14) удовлетворительно аппроксимирует кривые 8п0 = А^в, г), приведенные в [3].
КПД насосов, дополнительной турбины контура высокого давления и турбины контура низкого давления были приняты равными, соответственно, 0,75;
0,77 и 0,85. В контуре низкого давления применен только один насос. При выполнении расчетов в установке не учитывались гидравлические потери.
© Проблемы энергетики, 2006, № 1-2
Удельные работы в табл. 3 отнесены к удельной работе исходного конденсационного цикла Ренкина с рабочими параметрами пара, аналогичными параметрам пара в цикле контура низкого давления.
При уменьшении температуры питательной воды в контуре низкого давления происходит вытеснение классической системы регенерации теплоты и, одновременно, увеличение роли и вклада предлагаемой системы регенерации. В этом случае термический КПД двухконтурной ПТУ уменьшается, а удельная работа возрастает. Снижение КПД происходит вследствие уменьшения термического КПД цикла контура низкого давления. Суммарная удельная работа цикла определена с помощью соотношения
1Е = 10 + Gn,1 д ,
а термический КПД - по формуле (2).
При сверхкритических параметрах пара в контуре низкого давления теплота конденсации пара в контуре высокого давления равна нулю. Поэтому величина расхода пара в контуре высокого давления существенно превосходит величину расхода пара в контуре низкого давления.
Степень вытеснения классической системы регенерации в двухконтурной ПТУ должна определяться на основе решения технико-экономической задачи, так как в этом случае необходимо учитывать изменение капитальных вложений в установку.
Следует отметить, что ДРПЦ может использоваться не только в конденсационных ПТУ, но и в ПТУ типа ТЭЦ, а рабочими телами могут служить, кроме воды и водяного пара, органические рабочие тела и жидкие металлы. Данный цикл найдет применение в паротурбинных установках АЭС, а также в установках с поршневыми паровыми машинами.
Выводы
1. Решена проблема дополнительного подогрева питательной воды в регенеративном паровом цикле Ренкина, вплоть до ее начала кипения. Решение основано на применении двухконтурного регенеративного парового цикла, в котором часть теплоты отработавшего пара дополнительного парового цикла используется для дополнительного нагрева питательной воды в сопряженном с ним регенеративном паровом цикле Ренкина.
2. Теоретически доказано, что в двухконтурном регенеративном паровом цикле расход рабочего тела в дополнительном паровом цикле больше, чем расход рабочего тела в сопряженном с ним регенеративном паровом цикле Ренкина на величину расхода пара, циркулирующего в дополнительном паровом цикле.
3. Для повышения экономичности и мощности двухконтурного регенеративного парового цикла целесообразно использовать часть теплоты отработавшего пара дополнительного парового цикла для подогрева в нем питательной воды с одновременным дополнительным охлаждением его конденсата.
Summary
To decide the problem of additional heating of drinking water until the beginning of its boiling, a double contour regenerative steam cycle is advance in which the additional steam cycle has higher steam pressure than the steam pressure attended by the Rankin’s regenerative steam pressure.
It is proved that the expenditure of working substance in the additional steam cycle is always more than the expenditure of working substance in the Rankin’s regenerative steam cycle, the economy and power of the double contour regenerative steam cycle is higher than analogous parameters of the Rankin’s steam cycle.
A method of raising economy and power of the cycle under review is suggested.
Литература
1. Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. Тепловые и атомные электрические станции.- М.: Издательство МЭИ, 2004.- 424 с.
2. Щегляев А.В. Паровые турбины. Книга 1.- М.: Энергоатомиздат, 1993.384 с.
3. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции.- М.: Энергия, 1976.- 448 с.
4. Патент 2078970 РФ, МКИ 6, F 02 C 6/18, F 01 K 23/04. Способ преобразования тепловой энергии в работу/Гришин А.Н.- № 92003127/06; заявл. 02.11.92; опубл. 10.05.97.
Поступила 12.01.2006
