обозначения на схеме: 1 – паровой котел;, 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина;, 4 – потребитель энергии (электрогенератор); 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 – сборник конденсата; 8 – питательный насос; 9 – конденсатоотводчик; 10 – регенеративный поверхностный подогреватель;
обозначения на диаграммах: 1-2 – обратимый адиабатный процесс расширения пара в турбине, в том числе 1-7– расширение пара до состояния отбора (точка 7), 2-3 – изобарно изотермический процесс отвода теплоты в окружающую среду (конденсация), 3-4 – виртуальный процесс «сжатия жидкости» при отсутствии регенеративного подогрева питательной воды (процесс 11-12), 7-8 – изобарно изотермический процесс подвода теплоты к жидкости в регенеративном теплообменнике поверхностного типа, 3-10 –адиабатно- изохорный «процесс сжатия» конденсата конденсатным насосом 6, 10-9 – изобарный процесс подогрева конденсата в сборнике конденсата, 9-11 – «сжатие воды»питательным насосом 8, 12-5-6-1 – изобарный процесс подвода теплоты к рабочему телу в паровом котле: в том числе 12-5 – нагрев жидкости до состояния насыщения, 5-6 – изобарно-изотермический процесс подвода теплоты (парообразования), 6-1 – изобарный процесс перегрева пара
Энтальпия в точке 11 определяется из условия р 11 = р 1 = 60 бар, s 11 = s 9 = =0,9548 кДж/(кг·К). Тогда по данным об энтропии на изобаре 60 бар коэффициент интерполяции равен
,
Следовательно
.
Энтальпия воды в точке 12, соответствующей состоянию воды после поверхностного регенеративного подогревателя, определяется из условия t 12 = t 8 = = t s(р отб) = 179,88°C (недогревом воды в регенеративном подогревателе пренебрегаем), и р 12 = р 1 = 60 бар.
Тогда
,
а энтальпия
Доля пара α, отбираемого для регенеративного подогрева питательной воды, рассчитывается из уравнения теплового баланса
, откуда 
.
Сумма работ насосов
где работы первого (конденсатного) и второго (питательного) насосов равны
Термический КПД данного цикла
где значения энтальпии h 1, h 2, h 7, h 3и h 8 приняты из предыдущих задач, так как исходные данные не изменились.
Итак, использование поверхностного регенеративного подогревателя повышает термический КПД примерно на 1 % по сравнению с аналогичным циклом со смесительным подогревателем. Это обусловлено тем, что подогрев питательной воды в этом случае начинается не от температуры конденсации при р = 0,04 бар (~30 °С), а от температуры жидкости в сборнике конденсата (80 °С). При этом на 7,1 % уменьшается доля пара, отбираемого для подогрева питательной воды посравнению со смесительным подогревателем.
ПТУ с промежуточным перегревом пара и регенеративным
Подогревом питательной воды в поверхностном и смесительном
Подогревателях
Задача. В ПТУ, работающей при начальных параметрах пара р 1= 8,0 МПа, t 1= 500 °Си р к= 0,005 МПа и давлении в конденсаторе, применен промежуточный перегрев пара при давлении р п = 2 МПа до температуры 480 °С. Для подогрева питательной воды используются два регенеративных подогревателя поверхностного и смесительного типов, в которые отбирается греющий пар при давлениях р 2отб =1МПа и р 1отб = = 3 МПа, соответственно.
Определить раздельное и совместное влияние промежуточного перегрева пара и регенеративного подогрева питательной воды на значения термического КПД цикла. Изобразить принципиальную схему и термодинамический цикл указанной ПТУ на энтропийных и p,v диаграммах.
Примечание. Нумерация (перечисление) подогревателей ведётся по ходу движения питательной воды, а отборов – по движению пара.
Решение
Определяем энтальпию рабочего тела в характерных точках базового цикла Ренкина 1-2-3-4-5-6-1.
Точка 1
При заданных давлении р 1 = 80 бар и температуре t 1 = 500 °C значения энтальпии и энтропии равны h 1 = 3398,5 кДж/кг; s 1 = 6,7254 кДж/(кг·К).
Точка 2. Энтальпию в этой точке определяем из условия
s 2 = s 1 = 6,7254 кДж/(кг·К) и р 2 = 0,05 бар.
Так как на изобаре 0,05 бар ([3], табл. II стр.62) выполняется условие s ' <s 2 <s '', то точка 2 находится в ссостоянии влажного пара и степень сухости рнассчитывается из соотношения
.
Тогда энтальпия в точке 2
,
где h ' и r – энтальпия насыщенной жидкости и теплота парообразования при давлении р 2 = 0,05 бар.
Точка 3
соответствует состоянию насыщенной жидкости при р3=р2= 0,05 бар, поэтому h3 = h ' = 137,77 кДж/кг; v3 = v ' = 0,0010052 м3/кг.
Работа насоса
Энтальпия жидкости в точке 4
Термический КПД базового цикла Ренкина с учетом работы насоса
Теперь вводим, в соответствии с условием задачи, промежуточный перегрев пара. Определим для этого цикла (1-7-8-9-3-4-5-6-1, рис. 4.5.) параметры пара в дополнительных характерных точках этого цикла 7, 8 и 9.
Точка 7
Энтальпию в точке 7 рассчитываем из условия р7 = рП = 20 бари s7 = s1 = = 6,7254 кДж/(кг·К).Тогда коэффициент интерполяции по s
,
а значение энтальпии h 7
.
Точка 8. Определяем энтальпию и энтропию в точке 8 по заданным в условии задачи значениям температуры t 8= t п = 480 °Си давления р8 = р п= 20 бар ([3], стр.109)
h 8= 3423,5 кДж/кг и s 8 = 7,3747 кДж/(кг·К).
Точка 9
Рассчитываем значение энтальпии h 9 из условия р 9 = р 2 = 0,05 бар и s 9= s 8 = 7,3747 кДж/(кг·К).
Рис. 4.5. Принципиальная схема и термодинамический цикл ПТУ
