7.7.1. Методика расчета обратимого регенеративного цикла ПТУ

Регенеративный цикл ПТУ с тремя смешивающими регенеративными подогревателями в h,s-диаграмме показан на рис. 7.29. Работа насосов при изображении этого цикла условна равна нулю (не учитывается), поэтому считается, что энтальпии воды на входе в подогреватель и на выходе из предыдущего подогревателя или конденсатора одинаковы и соответствуют энтальпиям воды в состоянии насыщения при соответствующих им давлениям.

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. В данной схеме ПТУ это доли отборов пара из турбины: α₁=D₁/D, α₂=D₂/D, α₃=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:

Р_О, t_О, h_О – давление, температура и энтальпия пара перед турбиной;

P₁, h₁, α₁, P₂, h₂, α₂, и P₃, h₃, α₃ – давления, энтальпии и доли отборов пара из первого, второго и третьего отборов турбины на регенеративные подогреватели П1, П2, П3 соответственно;

Р_К, h_К – давление и энтальпия пара на выходе из турбины;

сt’_К – энтальпия насыщенной воды на выходе из конденсатора при давлении Р_К;

ct’₁, ct’₂, ct’₃ – энтальпии насыщенной воды на выходе из подогревателей П₁, П₂, П₃ при давлениях Р₁, Р₂, Р₃ соответственно;

ct_ПВ = ct’₁ – энтальпия питательной воды на входе в паровой котел.

Определение параметров воды и водяного пара, необходимых для расчета регенеративного цикла ПТУ ведется следующим образом:

h_О, s_О –энтальпия и энтропия пара перед турбиной определяются по давлению и температуре перед ней Р_О, t_О;

h₁, h₂, h₁ – энтальпии пара отборов турбины определяются по давлениям P₁, P₂, P₃ и энтропии s_О;

h_К – энтальпия пара на выходе из турбины определяется по давлению Р_К и энтропии s_О;

сt’_К – энтальпия насыщенной воды на выходе из конденсатора определяется при давлении Р_К на х=0;

ct’₁, ct’₂, ct’₃ – энтальпии насыщенной воды на выходе из подогревателей П₁, П₂, П₃ определяются при давлениях Р₁, Р₂, Р₃ при х=0.

Далее выполняются следующие этапы расчета ПТУ:

Определение долей отборов пара на подогреватели

Расчет долей отбора пара на смешивающие подогреватели основан на уравнении смешения пара и воды в потоке. В соответствии с уравнением смешения в потоке сумма энтальпий входящих потоков в подогреватель равна сумме энтальпий выходящих из него потоков (энтальпии полные с учетом расхода рабочего тела).

Начинается расчет с первого подогревателя П₁ по ходу движения пара (рис.7.30).

(7.41)

Аналогичные уравнения составляются для подогревателей П₂ и П₃ в соответствии со схемами их потоков (рис.7.31 и 7.32). Решая эти уравнения, можно определить α₂ и α₃.

(7.42)

(7.43)

Определение теплоты, подведенной в цикле ПТУ

Теплота подводится к рабочему телу в паровом котле при Р_О=const (процесс 61). Она определяется как разница энтальпий этого процесса.

(7.44)

Теплота, отведенная из цикла ПТУ

Удельная теплота, отведенная в цикле ПТУ от рабочего тела q₂, рассчитывается как разница энтальпий изобарного (Р_К=const) процесса 23 с учетом того, что в конденсатор турбины пара поступает меньше на величину отборов пара, идущего на подогреватели

(7.45)

Техническая работа расширения пара в турбина

Удельная техническая работа паровой турбины l_Т определяется как сумма работ отсеков турбины с неизменным расходом пара (рис.7.32). Для наглядности этого расчета рядом с процессом расширения пара в турбине в h,s- диаграмме построена расходная h, α- диаграмма этого процесса. Из этих диаграмм видно, что удельную работу турбины можно представить в виде суммы работ отсеков турбины: от Р_О до Р₁ с относительным расходом пара α=1, от Р₁ до Р₂ α=1-α₁, от Р₂ до Р₃ α=1-α₁-α₂, от Р₃ до Р_К α=1-α₁-α₂-α₃. Удельная работа турбины на рис.7.33 представлена в виде заштрихованной площади в расходной h, α- диаграмме. Из этого рисунка видно, что видов расчетных выражений удельной работы турбины с отборами пара может быть несколько:

(7.46)

В энергетике для расчета работы турбины используют коэффициенты недовыработки, представляющие отношение разницы энтальпий (тепло-перепада) от места отбора до выхода пара из турбины к максимально-возможной удельной работе турбины (h_О-h_К). Для нашей схемы таких коэффициентов недовыработки три:

(7.47)

Используя коэффициенты недовыработки и вторую форму записи выражения 7.45, удельную работы турбины можно представить в виде выражения:

(7.48)

Поскольку работа насосов в данных расчетах не учитывается, то работа регенеративного цикла ПТУ равна работе турбины:

Термический КПД цикла ПТУ

Термический КПД обратимого регенеративного цикла ПТУ определяется как:

(7.49)

Удельный расход пара и теплоты

Удельные расходы пара и теплоты на кВт^.ч для обратимого регенеративного цикла ПТУ определяются традиционно: