Где в парогенераторе осуществляется подогрев воды до температуры насыщения

Обновлено: 16.05.2024

Так как пар в сетевом подогревателе находиться на линии насыщения, то по известной температуре дренажа в сетевом подогревателе находим энтальпию дренажей в подогревателе:

Расход сетевой воды:

где с_р= 4,187 кДж/кг – теплоемкость воды.

Расход пара на сетевые подогреватели:

где h_то = 0,98 – КПД теплообменного аппарата, n – число сетевых подогревателей.

Относительные расходы пара на сетевые установки:

Расход пара на турбину

5. Распределение регенеративного подогрева питательной воды.

Распределение подогрева питательной воды в регенеративных подогревателях проводится исходя из принципа максимальной термодинамической эффективности. Таким образом, принимается, что подогрев в линиях ПВД и ПНД распределен поровну между подогревателями.

Распределение подогрева питательной воды в линии ПВД.

Нагрев воды в питательном насосе, 0 С:

где DРпн– давление, создаваемое питательным насосом,

DР_пн = 1,35∙Р₀ – для барабанных котлов.

u / =1∙10 -3 м 3 /кг,

- изобарная теплоемкость воды, кДж/кг×К, =4,19кДж/кг×К,

h_ПН – КПД питательного насоса, h_ПН = 0,8.

Нагрев воды в каждом ПВД, 0 С:

где - температура насыщения при давлении в деаэраторе, 0 С, ;

Температура питательной воды за каждым ПВД:

По P-S диаграмме определяется давление питательной воды, при соответствующей температуре

Энтальпию и энтропия питательной воды после каждого ПВД определяется как h_п_i=f(P_п_i,t_п_i) и S_п_i= f(P_п_i, t_п_i).

Дренаж: Определяются температуры дренажей в ПВД7, ПВД6 и ПВД5, при условии недогрева в каждом подогревателе 2 0 С: t_др_i =t_пв_i +2.

По P-S диаграмме определяется давление дренажей в ПВД7, ПВД6, ПВД5 как P_др_i=P(t'=t_др_i), далее определяется энтальпия и энтропия дренажей в соответствующих подогревателях как h_др_i=f(P_др_i,t_др_i) и S_др_i=f(P_др_i,t_др_i).

Отбор пара: давление и температуру отбора пара смотрим по таблице [3, стр. 15]. Далее определяется энтальпия и энтропия дренажей в соответствующих подогревателях как h_отб_i=f(P_отб_i,t_отб_i) и S_отб_i=f(P_отб_i,t_отб_i)

Распределение подогрева питательной воды в линии ПНД.

Нагрев воды в каждом ПНД:

где =20 0 С – подогрев питательной воды в деаэраторе;

=5 0 С - нагрев воды в результате сброса пара из уплотнений и охладителя эжектора;

Температура питательной воды за ПНД4, 0 С:

Температура питательной воды за каждым ПНД, 0 С:

По P-S диаграмме определяется давление питательной воды, при соответствующей температуре: на пересечении линии КН-Д и соответствующих изотерм.

Определяются энтальпии и энтропии питательной воды после каждого ПНД: h_п_i=f(P_п_i, t_п_i) и S_п_i= f(P_п_i,t_п_i).

Дренаж: Принимается недогрев в ПНД 3 0 С и определяются температуры дренажей после ПНД4, ПНД3, ПНД2 и ПНД1: t_др_i =t_пв_i+3. По P-S диаграмме определяются давления дренажей после ПНД4, ПНД3, ПНД2 и ПНД1, как P_др_i=P(t’=t_др_i), далее определяются энтальпии и энтропии дренажей в соответствующих подогревателях: h_др_i=f(P_др_i, t_др_i) и S_др_i=f(P_др_i, t_др_i).

Отбор пара: давление и температуру отбора пара смотрим по таблице [3, стр. 15]. В недостающих точках смотрим по P-S диаграмме. Далее определяется энтальпия и энтропия дренажей в соответствующих подогревателях как h_отб_i=f(P_отб_i,t_отб_i) и S_отб_i=f(P_отб_i,t_отб_i)

6. Расчет подогревателей высокого давления.

Расход пара на турбину равен 500т/ч

Расход питательной воды равен:

Величина добавочной воды равна:

где - величина уплотнения,

- относительный расход на продувку котла (для барабанных котлов ),

,но только для турбин типа Т.

В порядке оценки принята относительная величина утечек пара ; относительный расход пара на уплотнения ; продувка парогенератора .

Целью данной части работы является определение относительного расхода пара на каждый ПВД.

Рисунок 6. Группа подогревателей высокого давления

Уравнение теплового баланса для ПВД7:

Отсюда относительный расход пара на ПВД7:

Уравнение теплового баланса для ПВД6:

Отсюда относительный расход пара на ПВД6:

Уравнение теплового баланса для ПВД5:

Отсюда относительный расход пара на ПВД5:

7. Расчет деаэратора.

Целью данной части работы, является определение относительного расхода пара на деаэратор и относительного расхода основного конденсата.

Рисунок 7. Схема деаэратора.

Уравнения материального и теплового баланса деаэратора:

Решая систему уравнений, получаем:

8. Расчет подогревателей низкого давления.

Целью данной части работы является определение относительного расхода пара на каждый ПНД.

Рисунок 8. Группа подогревателей низкого давления.

Для расчета точек смешения и определения относительных расходов пара через подогреватели ПНД4, ПНД3, ПНД2 и ПНД1 составляем систему уравнений тепловых балансов для подогревателей и уравнений тепловых и материальных балансов для точек смешения:

Для точки смешения 1:

Для точки смешения 2:

Для точки смешения 3:

Решая эту систему уравнений, получим:

9. Расход пара и тепла

Определение расхода пара на турбину.

Уточненный расход пара на турбину, кг/с:

где y_i – коэффициент недовыработки на соответствующем отборе,

N_э – электрическая мощность турбины,

h_м и h_э – механический и электрический КПД турбоагрегата, принимаем h_м = 0,96 и h_э = 0,99,

H_i – действительный теплоперепад срабатываемый в турбине.

Величина действительного теплоперепада на турбине:

H_i = h₀ – h_к = 3500– 2283 = 1217 кДж/кг.

Регенеративные подогреватели 7 ата при надстройке подлежат замене, так как должны выдерживать полный напор питательных насосов высокого давления, устанавливаемых вместо питательных насосов низкого давления. Горячие дренажи регенеративных подогревателей высокого давления перед отводом их в деаэратор охлаждаются в специальном теплообменнике, устанавливаемом перед регенеративными подогревателями высокого давления. Смешивающие деаэраторы атмосферного типа и подогреватели низкого давления используются ранее установленные. [3]

Регенеративные подогреватели и другие теплообменные аппараты устанавливаются ооычно на специальных металлических опорных конструкциях. [4]

Регенеративные подогреватели могут быть смешивающего и поверхностного типов. В подогревателях смешивающего типа теплопередача от пара к жидкости осуществляется в процессе барботажа и конденсацией пара непосредственно на струях и каплях воды. Питательная вода при этом может быть нагрета до температуры насыщения греющего пара, поступающего из отбора турбины. Подогреватели поверхностного типа бывают с охладителями перегретого пара и без него. При отсутствии охладителя перегретого пара поток из отбора конденсируется на всех поверхностях теплообмена и температура воды на выходе из подогревателя всегда на 3 - 5 С ниже температуры насыщения конденсирующегося пара. В подогревателях с охладителем перегретого пара после подогрева в части подогревателя, обогреваемой конденсирующимся паром, поток воды проходит еще через поверхности, к которым подведен перегретый пар. Поэтому здесь недогрев до температуры насыщения пара отбора оказывается ниже. [5]

Регенеративные подогреватели предназначены для подогрева питательной воды котлов до заданной тем - пературы теплом пара, который отбирается из промежуточных ступеней турбины. Это повышает экономичность работы установки по сравнению с работой ее на чисто конденсационном режиме, так как часть тепла отработавшего пара вместо отдачи его охлаждающей воде в конденсаторе возвращается в паровой котел и тем самым повышает экономичность установки. Экономический эффект от регенеративного подогрева питательной воды может. Экономия тепла за счет регенеративного подогрева питательной воды с одной ступенью подогрева достигает 4 - 5 %, с двумя ступенями 6 - 7 % и с тремя ступенями 7 - 8 % по сравнению с чисто конденсационным режимом работы турбины. [6]

Регенеративные подогреватели предназначены для подогрева до заданной температуры питательной воды котлов теплом пара, который отбирается из промежуточных ступеней турбины. Это повышает экономичность работы установки по сравнению с работой ее на чисто конденсационном режиме, так как часть тепла отработавшего пара вместо перехода к охлаждающей воде в конденсаторе возвращается в паровой котел и тем самым снижает расход топлива. Экономия тепла за счет регенеративного подогрева питательной воды с одной ступенью подогрева достигает 3 - 4 %, с двумя ступенями 5 - 6 % и с тремя ступенями 7 - 8 % по сравнению с чисто конденсационным режимом работы турбины. [7]

Регенеративные подогреватели должны быть отключены по пару. В зависимости от конструкции лабиринтовых уплотнений вала в главном конденсаторе создается предпусковое разрежение от 300 до 700 мм рт. ст. Первая цифра относится к 6 - 10 гребням в лабиринте, последняя к 26 - 36 гребням. Если вакуум ниже предпускового, указанного, как правило, в фирменной инструкции ( при заблаговременной опрессовке конденсатора и системы), то причиной снижения разре -; жения обычно являются присосы через дренажные линии в те пространства, которые при работе турбины находятся под давлением, а при подъеме вакуума на стоящей турбине оказались под разрежением, либо присосы, возникшие при пусковых переключениях, в результате которых вакуумная полость сообщилась с атмосферой. [8]

Регенеративные подогреватели предназначаются для ступенчатого подогрева питательной воды за счет использования скрытого тепла при конденсации пара, отбираемого из промежуточных ступеней турбины. Греющий пар поступает в подогреватели, омывая поверхность пучка труб, по которым проходит питательная вода. Конденсат греющего пара каскадно из подогревателя с более высоким давлением греющего пара стекает в предыдущий по ходу питательной воды подогреватель, обогреваемый паром из последующего отбора турбины. Конденсат греющего пара из группы подогревателей высокого давления ПВД обычно направляется в деаэратор, а из группы подогревателей низкого давления отводится в конденсатор или возвращается в трубопровод основного конденсата специальным перекачивающим насосом. [9]

Регенеративные подогреватели относятся к объектам, к которым не предъявляются строгие требования по точности поддержания регулируемого параметра - уровня воды. Так, например, уровень воды в ПВД-7 может колебаться в пределах от 3500 до 4500 мм. Однако для обеспечения устойчивости такой системы приходится вводить жесткую обратную связь по положению регулирующего клапана и осуществлять П - закон регулирования. Такой регулятор имеет статическую погрешность по возмущению, но благодаря интегрирующим свойствам объекта, сохраняет астатизм 1-го порядка, что исключает установившуюся ошибку по задающему воздействию. Аппаратура автоматического регулирования построена на основе КТС Каскад-2 и УКТС. Все три регулятора реализованы по схожим схемам. Основными входными сигналами являются заданные Л3 и измеренные И уровни воды в ПВД. [10]

Регенеративные подогреватели обязательно снабжают указателями уровня конденсата греющего пара, системами сигнализации и защиты от превышения его уровня. Особенно опасно переполнение подогревателей высокого давления, которое может быть следствием разрыва трубок питательной воды. [12]

Регенеративный подогреватель с коллекторной системой показан на рис. 6.7. В корпусе подогревателя располагаются четыре пучка двойных спиральных труб, к которым от двух вертикал. Отводится вода такие в вертикальные коллекторы. В коллекторах имеются разделительны; диафрагмы, которые обеспечивают требуемое число ходов в ОП, № 1 и ОД и соответствующую скорость воды в трубах. Трубы подогревателя разделяются горизонтальными перегородками. Перегородки устанавливаются так, чтобы создать скорости пара и конденсата, обеспечинающие необходимые значения коэффициентов теплоотдачи при допу тимых гидравлических сопротивлениях. В перегородках имеются отверстия, по которым пар и конденсат перетекают из одной секции в другую. [13]

Регенеративные подогреватели и деаэратор поставляются вместе с турбиной, причем число и производительность регенеративных подогревателей определяются числом имеющихся у турбины для этих целей отборов пара. [14]

Регенеративные подогреватели с коллекторно системой выпускаются заводами для давлений в трубной системе до 2 8 МПа и используются как ПВД, устанавливаемые после питательных насэсов. Иногда на таких подогревателях предусматривается также отдельный отвод питательной воды, подогретой i ОП. [15]

Эффективность использования отборов пара теплофикационных турбин (отопительных, регенеративных) для нужд теплового потребления в значительной мере определяет экономичность работы теплоэлектроцентралей. Неслучайно в СССР в качестве основного способа экономии органического топлива в масштабах страны применялась теплофикация, - по выражению проф. Е.Я. Соколова, централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Также в советское время всегда уделялось значительное внимание развитию внутренней теплофикации - использованию отборов пара турбин для подогрева питательной воды и других технологических внутристанционных потоков теплоносителей.

В реферате рассмотрены термодинамические основы регенерации и показаны некоторые технические особенности таких систем. Показано, что многоступенчатый регенеративный подогрев долее выгоден по сравнению с одноступенчатым.

Термодинамические основы регенеративного подогрева питательной воды на ТЭС

Термодинамическую сущность регенеративного цикла можно уяснить при расмотрении изменения состояния пара в идеальной паросиловой установке. При этом предполагается, что подогреватели не имеют сопротивления перехода тепла через стенку.

Рис.1 Тs-диаграмма цикла Ренкина и регенеративного цикла.

Количество тепла, превращенного в механическую энергию, измеряется площадью замкнутой кривой цикла 3-5-6-1-2-3. Идеальный регенеративный цикл можно представить себе следующим образом. Допустим, что весь пар, поступивший в турбину, многократно отводиться из нее подогреватели питательной воды и возвращается в турбину. При прохождении через турбину пар расширяется адиабатически. При прохождении через подогреватели пар частично конденсируется, нагревая воду в подогревателе до температуры насыщения греющего пара. Такой цикл изображен в координатах Тs на рис.2

Рис.2 Тs-диаграмма предельного регенеративного цикла.

При бесконечно большом числе отводов пара процесс попеременного расширения пара в турбине и частичной конденсации в подогревателях изобразиться линией 1-10. Такой цикл называется предельным регенеративным циклом. Количество тепла, передаваемое питательной воде, изображается площадью 1-2-6-11-10-1, причем предполагается, что вода нагревается до температуры кипения в котле.

И равняется термодинамическому КПД цикла Карно.

В действительном регенеративном цикле отводиться из промежуточной ступени турбины только некоторая часть пара, которая полностью конденсируется в подогревателях питательной воды. Изменение состояния этой части пара показано в координатах Тs на рис.1 и совпадает с процессом цикла Ренкина для чисто конденсационной установки, за исключением процесса конденсации, который протекает при более высоком давлении и соответственно более высокой температуре. Процесс конденсации отбираемого пара изображается прямой 10-11. Площадь замкнутой кривой 10-11-5-6-1-10 соответствует количеству тепла, превращенного в механическую энергию. [Тепловые электрические станции. Москва. 1956 г.]

Тепло отбираемого пара используется сперва в турбине, где он совершает работу, а затем передается воде, с которой возвращается в парогенератор. Таким образом, тепло отработавшего пара регенеративных отборов турбины не теряется в конденсаторе турбины с охлаждающей водой, а сохраняется на электростанции; передаваясь конденсату или питательной воде, это как бы восстанавливается, регенерируется.

Тепловая экономичность и энергетическая эффективность регенеративного подогрева воды определяется, следовательно, уменьшением потери тепла в конденсаторе турбины (по сравнению с простейшей конденсационной электростанцией без регенеративного подогрева воды) вследствие отбора части пара для указанного подогрева. Следовательно, КПД паротурбинной электростанции благодаря регенерации возрастает.

Существенным при этом является производство электрической энергии в результате работы пара регенеративных отборов в турбине. [Тепловые электрические станции. 1987 г.]

Технические особенности системы регенерации

Регенеративный подогрев основного конденсата и питательной воды является одним из важнейших методов повышения экономичности современных ТЭС. При этом под основным конденсатом понимается поток конденсата рабочего пара от конденсатора до деаэратора, а под питательной водой - поток от деаэратора до котла (парогенератора).

Регенеративный подогрев осуществляется паром, отработавшим в турбине. Греющий пар, совершив работу в турбине, затем конденсируется в подогревателях. Выделенная этим паром теплота фазового перехода возвращается в котел. В зависимости от начальных параметров пара и количества отборов пара на регенерацию относительное повышение КПД турбоустановки за счет регенерации составляет от 7 до 15%, что сопоставимо с эффектом, получаемым от повышения начальных параметров пара перед турбиной.

Регенерацию можно рассматривать как процесс комбинированной выработки энергии с внутренним потреблением теплоты пара, отбираемого из турбины. Регенеративный подогрев воды снижает потерю теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины. [Конспекты ТЭС]

На рисунке 3 изображена схема турбиной установки с 3мя регенеративными подогревателями. Пар, с начальными параметрами Р₀=35 атм. и Т₀=435° С поступает в турбину (2), где совершает работу, вращая лопатки турбины. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе (3). В первой ступени турбины происходит отбор пара с давлением 6,3 атм. для подачи его в подогреватель питательной воды (6). В подогревателе (6) пар смешивается с питательной водой, за счет чего и происходит повышение температуры и давления питательной воды подаваемой на вход в котел (1) питательным насосом (10). Аналогичный процесс происходит и в подогревателях (5) и (4).

Рис.3 Схема турбинной установки с 3х ступенчатым регенеративным подогревом.

Где: 1 - котел; 2 - турбина; 3 - конденсатор; 4,5 и 6 - смешивающие подогреватели; 7 - конденсатный насос; 8 и 9 - перекачивающие насосы; 10 - питательный насос.

Системы регенерации играют большую роль в процессе производства энергии, за счет снижения потерь теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины. На современных ТЭС в основном применяются поверхностные (кожухотрубные) подогреватели (ПНД, ПВД, СП). Конкретные решения по количеству аппаратов в системе регенеративного подогрева питательной воды и месту их в тепловой схеме ПТУ принимаются на основе технико-экономических расчетов. В ходе проведенной работы установлено, что схема с большим количеством подогревателей эффективнее в связи с увеличением КПД турбоустановки.

Потери теплоты с охлаждающей водой в конденсаторе турбины прямо пропорциональны количеству отработавшего пара, поступающего в конденсатор. Расход пара в конденсатор можно значительно уменьшить (на 30-40%) путем отбора его для подогрева питательной воды из нескольких ступеней турбины после того, как он произвел работу в предшествующих ступенях.

Температура конденсата отработавшего пара равна температуре насыщения, которая в зависимости от давления в конденсаторе составляет:

Давление в конденсаторе, кПа	2,95	3,43	3,92	4,42	4,90
Температура насыщения, 0 С	23,8	26,4	28,6	30,7	32,6

Температура испарения воды в котле также равна температуре насыщения и в зависимости от давления составляет:

Давление свежего пара в котле, МПа	3,14	9,8	13,75	16,7
Температура насыщения, 0 С	236,4	309,5	335,1	350,7

При большой разнице между температурой испарения воды в котле и температурой конденсата, откачиваемого из конденсатора, можно подогревать питательную воду паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины, использовав его теплоту парообразования. Такой подогрев питательной воды называется регенеративным.

Регенеративный цикл по сравнению с обычным циклом имеет более высокую среднюю температуру подвода теплоты при той же средней температуре отвода и поэтому обладает более высоким термическим КПД.

Повышение экономичности в цикле с регенерацией пропорционально мощности, вырабатываемой на базе теплоты, переданной питательной воде в системе регенерации. Это количество теплоты зависит от разности температур питательной воды и конденсата и практически не зависит от числа регенеративных отборов пара. Однако электрическая мощность турбины, вырабатываемая при одном и том же потреблении теплоты на подогрев питательной воды и при одном и том же расходе свежего пара, весьма существенно зависит от числа отборов и распределения нагрева питательной воды в регенеративных подогревателях. При одной и той же температуре питательной воды максимальной мощности соответствует бесконечно большое число отборов, а минимальной – один отбор.

В случае одноступенчатого регенеративного подогрева питательной воды наименьший экономический эффект от регенерации будет при очень высоком или очень низком давлении отбираемого пара, близком к давлению свежего или отработавшего пара, а наибольший – при некотором промежуточном давлении.

Убедиться в этом можно путем следующих рассуждений. Рассмотрим схему турбинной установки с одной ступенью регенеративного подогрева питательной воды (рис.19).

Питательная вода прокачивается насосом через трубную систему подогревателя, обогреваемого снаружи паром, отбираемым из турбины. При этом температура питательной воды на выходе из подогревателя получается несколько ниже температуры насыщения греющего пара. Разность этих температур, называемая недогревом воды, составляет от 1,5 до 6 0 С.

Рисунок 19 - Принципиальная схема турбинной установки с одной

ступенью регенеративного подогрева питательной воды

Наряду с поверхностными подогревателями при низком давлении отбираемого пара применяются также смешивающие подогреватели, в которых греющий пар смешивается с питательной водой и недогрев отсутствует.

Рассмотрим приведенную выше схему РППВ.

Здесь питательная вода при прокачке через подогреватель нагревается и энтальпия ее повышается от до . Энтальпия же отбираемого из турбины пара, греющего питательную воду, при этом понижается от до . Конденсат греющего пара с энтальпией возвращается в конденсатор. Допустим, что недогрев питательной воды в подогревателе составляет .

Обозначив количество отбираемого пара, выраженное в долях расхода свежего пара, поступающего в турбину, через α, составим уравнение теплового баланса подогревателя: ,

откуда находится доля отбираемого пара: .

Мощность, развиваемая этим паром, будет соответственно равна:

в рассматриваемом случае одноступенчатого подогрева питательной воды будет достигнута при некотором промежуточном значении энтальпии отбираемого пара, близком к среднему значению энтальпии свежего и отработавшего пара, когда нагрев питательной воды в подогревателе составит примерно половину нагрева ее от температуры конденсата до температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

При увеличении числа отборов выработка мощности на тепловом потреблении возрастает и при бесконечном числе отборов достигает максимального значения.

На практике, исходя из технико-экономических расчетов, применяется ограниченное число отборов, обычно не более девяти. При этом точки отбора выбираются с таким расчетом, чтобы в каждом из подогревателей энтальпия питательной воды повышалась приблизительно на одну и ту же величину, т.е. чтобы теплопадения между соседними отборами пара были приблизительно одинаковыми.

Путем регенеративного подогрева температура питательной воды, вообще говоря, могла бы быть повышена до температуры, близкой к температуре насыщения, отвечающей давлению свежего пара. Однако при этом сильно возросли бы потери теплоты с уходящими газами котла. Поэтому международные нормы типоразмеров паровых турбин рекомендуют выбирать температуру питательной воды на входе в котел равной (0,65÷0,75) от температуры насыщения, отвечающей давлению в котле. При сверхкритических параметрах пара и начальном давлении его Р₀=23,5 МПа температура питательной воды принимается равной 265-275 0 С.

Регенерация положительно влияет на относительный внутренний КПД первых ступеней благодаря повышенному расходу пара через ЦВД и соответствующему увеличению высоты лопаток.

Объемный пропуск пара через последние ступени турбины при регенерации уменьшается, что снижает потери с выходной скоростью в последних ступенях турбины.

Читайте также: