Termodinamicheskie_osnovy_ciklov_teploen ergeticheskih_ustanovok_A.A._Aleksandrov (850926), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В реальной паротурбннной установке процесс расширения пара с отводом теплоты воде (процесс 5 — 2г на рис. 7.28) не может быть реализован, так как турбина состоит из ряда ступеней, в которых происходит адиабатное расширение пара. Он может быть заменен процессом, в котором пар после адиабатного расширения в ступени турбины направляется в теплообменник, где отдает теплоту воде, затем поступает в следующую ступень турбины, где расширяется адиабатно, снова посылается в теплообменник и т.д. Так повторяется 97 до тех пор, пока не будет достигнуто давление, равное давлению в конденсаторе р2.
Такой процесс показан на рис. 7.29 в виде ступенчатой линии 5— Ъ; вертикальные отрезки которой соответствуют аднабатному расширению пара, а горизонтальные — отдаче теплоты в теплообменниках. Очевидно, что такая многократная транспортировка пара из турбины в теплообменннки и назад вызывала бы большие конструктивные трудности. Более того, на Т, з-диаграмме видно, что влажность пара в конце такого процесса была бы намного больше, чем в конце адиабатного расширения (точка 2 на рис. 7.29), и превышала бы допустимую по условиям безопасности работы турбины.
Поэтому такая теоретическая регелеранил не реализуется на практике, В реальных установках после адиабатного расширения в турбинной ступени только часть пара направляется в регенеративный подогреватель, где конденсируется, отдавая теплоту воде. Основная же часть пара продолжает адиабатно расширяться в следующей ступени, после чего снова часть пара отбирается для регенератнвпого подогрева воды. При этом возможны две схемы, различающиеся типами применяемых регенеративных подогревателей.
На рис. 7.30 показана схема регенеративной паротурбинной установки с подогревателями поверхностного типа. Здесь отобранный из турбины Т пар конденсируется в подогревателе на внешней поверхности труб, отдавая теплоту воде, проходящей внутри труб. Образовавшийся конденсат направляется в подогреватель более низкого давления, затем в следующий и так по каскадной схеме до тех пор, пока весь конденсат не будет введен в основной поток воды. Доля пара ал поступающая в каждый регенеративный подогреватель, 98 Рис. 7.29 Рис 7.39 аьс ПН РП-! РП-2 Рис. 7.32 Рис.
7.33 определяется из его теплового баланса, причем давление отборного пара выбирается так, чтобы температура его конденсации была на 5 — 10 К выше, чем температура воды на выходе из подогревателя. На рис. 7.31 представлена схема паротурбииной установки с двумя регенеративными смешивающими подогревателями. В этом случае отобранный из турбины пар смешивается с водой в подогревателе, нагревая ее до температуры насыщения, соответствующей давлению этого пара. Поэтому после каждого подогревателя имеется насос, повышающий давление воды до давления в следующем подогревателе, а после последнего (по ходу воды) подогревателя — иитпснельный насос ПН, подающий воду в котел. На рис. 7.32 представлена Т, 3-диаграмма такого цикла. Рассматривая ее, следует иметь в виду некоторую условность ее построения.
Если ранее она всегда строилась для постоянной массы вещества (напрнмер, для 1 кг), то в данном случае изображенные на ней про- 99 цессы относятся к различным массам воды нли пара. Это надо учитывать, сопоставляя количества теплоты, переданные в каком-либо процессе, с представлением их в виде плошадей в Т, з-диаграмме. Так, например, теплота д„полученная водой во втором (по ходу пара) регенеративном подогревателе РП-2, при нагревании ее от точки 2' до точки о2' изображается плошадью фигуры 2' — о2' — // — а — 2', умноженной на (1 — а! — а ), а равная ей теплота //„, отданная греющим паром второго отбора, представлена площадью фигуры о2— о2' — Ь вЂ” //' — о2), умноженной на аз.
Для нахождения характеристик регенеративного цикла вначале необходимо определить доли пара а, направляемые в каждый регенеративный подогреватель. Будем вести вычисления в расчете на 1 кг пара, поступающего в турбину, и без учета работы насосов (кроме питательного). Температура, до которой производится регенеративный подогрев воды Твн обычно бывает задана. Существует несколько методов распределения между регенеративными подогревателями всего подогрева воды от температуры ее после конденсатора Тз до температуры У'„1, но рассмотрение их выходит за рамки нашего курса. Здесь можно ограничиться допущением о том, что повышение температуры воды в каждом подогревателе одинаково, зто при некоторых условиях соответствует максимальному КПД рассматриваемого цикла. В этом случае температуру воды после второго (по ходу пара) подогревателя РП-2 можно рассчитать как Тш.
= Тз + ( ҄— Тз )/2. В смешивающих подогревателях (см, рис. 7.31) при смешении воды и отобранного из турбины пара вода подогревается до состоя- ния насыщения, соответствующего давя / ленню лара. Поэтому по температурам Т„и Т,з в справочниках [4, 8) можно найти энтальпии воды после подогрева- 1 о/а телей //ы. н //, ° , а также давления пара о/о Р„ и Р з. Эти давлениЯ и энтРопиа паРа ь воз,з ~о/в з (рис. 7.33) определяют состояния пара 1 в отборах турбины и его энтальпии //ы ~ + " //ю' Доли пара а, направляемые в подог- 3 / реватель, определяются из теплового баланса, составляемого для каждого Рвс 7.33 100 подогревателя.
Так, для первого подогревателя, в котором смешиваются поток (1 — а!) воды и поток а пара (см. рис. 7.31) можно записать а!Ь„+ (1 — а!)Ь, . = 1Ь„,. Отсюда (7.26) !"1 (Ьо!' Ьог')'(Ьо! Ьо2') ' Аналогично из теплового баланса второго подогревателя (1 !х! о!2)Ь2 + пгЬог = (1 — и1)Ь,2. получим (7.27) о!2 (1 — с1! )(Ь~г — Ь2 )/(Ь~г — Ь2 ) . Из-за отбора части пара в подогреватели работа, совершаемая 1 кг поступающего в турбину пара, в регенеративном цикле уменьшается и в нашем примере составляет 1т (Ь! Ь2) 1~!(1!о! Ь2) с!2(Ьог Ь2)' а в общем случае в цикле, в котором используется и подогревателей, )т (Ь1 Ь2) Х !21(Ьо! Ь2) ' (7.28) 1= ! где а!(Ьо,. — Ьг) — недовыработка работы паром 1'-го отбора.
Термический КПД регенеративного цикла может быть тогда представлен как о+! (Ь! Ь2) ~ 121(Ьо! Ь2) ~ 1о оог (7.29) "з о+ ! где ~" 1о — суммарная работа насосов; Ьз = Ьоп+ 1„о — энтапьпия 1=1 питательной воды; причем работа питательного насоса ПН (рис. 7,31) приближенно вычисляется как 1„, = с ! (р1-р,!) . Значение повышения термического КПД цикла в результате применения регенеративного подогрева воды зависит как от температуры, до которой производится этот подогрев, так и от числа используемых регенеративных подогревателей. При этом для каждого числа подогревателей существует свое оптимальное значение температуры подогрева воды.
Действительно, увеличение температуры реге- 101 Тг г, ,т Ряс. т,з4 Гяс. 7.ЗЗ неративного подогрева воды приводит к тому, что подвод теплоты от внешнего источника — горячих газов — начинается прн более высокой температуре и средняя температура подвода теплоты в цикле Т, повышается. Следовательно, уменьшается внешняя необратимость цикла, обусловленная наличием разности температур прн передаче теплоты от верхнего теплового источника к рабочему телу. Однако одновременно с этим при фиксированном числе подогревателей увеличивается подогрев воды, приходящийся на каждый подогреватель, и соответственно в них возрастает разность температур между греющим паром и нагреваемой водой.
Следствием этого является повышение прироста энтропии Аю при теплообмене в каждом подогревателе (рис. 7.34), т.е. возрастание внутренней необратимости цикла. Влиянием этих двух противоположно направленных факторов и вызвано существование оптимальной температуры подогрева воды (рис. 7.35). При этом очевидно, что влияние второго фактора проявляется тем меньше, чем больше число подогревателей, и в пределе при бесконечно большом их числе рост термического КПД цикла наблюдается при повышении температуры регенеративного подогрева воды вплоть до температуры насыщения Т, при начальном давлении р~ (рис. 7.35). Регенеративный подогрев питательной воды является одним из наиболее эффективных методов повышения экономичности цикла.
Поэтому все современные паротурбинные установки имеют развитую систему регенерации, включающую в себя восемь-девять подогревателей, в которых вода подогревается до 270 — 290 'С. Применение регенерации позволяет увеличить экономичность установки на 14 — 1б %. 1сг 1.1. Цикл паротурбинной установки АЭС с реактором ВВЭР Атомные электрические станции (АЭС) различаются типами применяемых атомных реакторов, используемым топливом, замедлителями нейтронов, теплоносителями, рабочими телами и различными конструктивными составляющими.
Одншю в итоге для преобразования полученной от реактора теплоты в электроэнергию всегда применяется паротурбинная установка. Особенности получения теплоты от реактора, а также экономики ЛЭС, где в отличие от обычных электростанций затраты на топливо составляют лишь малую часть себестоимости вырабатываемой электроэнергии, приводят к тому, что чаще всего верхняя граница температурного интервала, в котором осуществляется цикл, намного ниже, чем для циклов обычных электростанций. В этих условиях становится целесообразным использование цикла с влажным водяным паром. На рис. 7.36 в Т, з-диаграмме приведено сравнение циклов насыщенного 1 — 2 — 3 — 4 — 1 и перегретого 1а — 2а — 3 — 5 — 1а пара для случая, когда максимальная температура пара Т,„ниже критической Тпг Очевидно, что парообразование в цикле перегретого пара должно происходить при температуре, а следовательно, н давлении более низких, чем в цикле насыщенного пара.
Поэтому средняя температура подвода теплоты Т„р в этом цикле меньше, чем в цикле насыщенного пара, что при одинаковой средней температуре отвода теплоты Т приводит к тому, что термический КПД цикла перегретого пара в этих условиях ниже термического КПД цикла насыщенного пара. Если пар при входе в турбину является насыщенным, то при дальнейшем адиабатном расширении влажность его может достичь значения, недопустимого по условиям безопасной работы турбины (см.
з 7.2). Для того, чтобы избежать этого, применяется специальный прояесс сепараяни пара — удаление образовавшейся жидкой фазы при некотором г промежуточном давлении. Однако одного этого во многих случаях бывает недостаточно, так как при дальнейшем расширении влажность пара может снова достичь недопустимых значений. Поэтому после сепарации пар обычно еще и перегре веют. Имея в виду все эти обстоятельства, рассмотрим цикл паротурбиниой уста- 3 нонки АЭС с наиболее широко примеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
