промежуточного перегрева

Тепловая схема ТЭС является схемой пароводяного тракта, в который входит основное оборудование – паровой котел и паровая турбина, а также система регенеративного подогрева питательной воды вместе с трубопроводами и насосами, осуществляющие прокачку воды через цепочку подогревателей и подающим воду для питания котла при необходимом давлении. На рис. 3.15 показан схема регенеративного подогрева с поверхностными подогревателями и тремя насосами, которые должны работать синхронно (например от общего привода). Первый насос 1 прокачивает основной конденсат из конденсатора 2 через первую группу подогревателей 3 и подает ее во всос второго насоса 4 с необходимым подпором, который обеспечивает работу второго насоса без кавитации. Второй насос прокачивает воду через вторую группу подогревателей 5, в которой осуществляется подогрев температуры питательной воды, и подает во всос третьего насоса 6 с необходимым подпором. Третий насос развивает давление, необходимое для питания парового котла.

Рис. 3.15. Схема регенеративного подогрева с поверхностными подогревателями.

Возможны три варианта установки насосов. Ставится один только 1 насос, который развивает полное необходимое давление. Повышение энтальпии воды для условий рассмотренного примера составит 39,6 кДж/кг, что означает существенное снижение расхода энергии на перекачку против варианта трех насосов.

Вариант одного насоса означает, что все подогреватели с водяной стороны оказываются под полным давлением, что усложняет и удорожает всю установку.

Вариант установки двух насосов (I и II) означает, что первая группа подогревателей находится с водяной стороны под низким давлением первого насоса; такой насос называется конденсатным, а подогреватели — подогревателями низкого давления (ПНД). Вторая груп­па подогревателей оказывается с водяной стороны под высоким давлением II насоса; этот насос назы­вается питательным, а подогреватели — подогревателями высокого давления (ПВД).

В варианте с тремя насосами ПВД с водяной стороны находятся под промежуточным давлением, создаваемым первой ступенью питательного насоса (II насос), что является преимуществом. Кроме того, в этом варианте повышение энтальпии воды в III насосе не вытесняет отбор на регенеративный подогреватель, что имеет место в варианте двух насосов.

Считается, что варианты двух и трех насосов экономически равноценны.

Приведенная схема с одними поверхностными подогревателями является бездеаэраторной и пригодна при применении нейтрального водного режима с дозированном газообразного кислорода в конденсатный тракт.

Широко распространены установки, в которых в схему регенеративного подогрева включен деаэратор, представляющий собой смешивающий подогреватель. В этом случае питательный насос ставится после деаэратора. Подобная схема представлена на рис. 3.16. Система регенеративного подогрева имеет три ПВД с каскадным сливом дренажей, которые сливаются в деаэратор, и группу ПНД. Первые две по ходу конденсата ПНД питаются паром из вакуумных отборов турбины, что в эксплуатации приводит к повышенным присосам воздуха, нарушающего процесс теплоотдачи от конденсирующегося пара. В результате в этих подогревателях имеют место повышенные недогревы пара и пониженная температура конденсата, что приводит к перегрузке третьего ПНД. Перегрузка третьего ПНД вызывает повышенную вибрацию трубного пучка, приводящую к выходу из строя трубок подогревателя. Поэтому оказалось целесообразным первые два ПНД выполнять смешивающего типа, в которых обеспечивается подогрев до температуры насыщения греющего пара.

Рис. 3.16. Схема регенеративного подогрева с деаэратором, ПВД и ПНД.

Таким образом, элементами водоподогревательной системы являются регенеративные подогреватели низкого и высокого давления, поверхностного и смешивающего типа, а также насосы - конденсатные и питательные. В систему регенеративного подогрева могут быть включены испарители иих конденсаторы, предназначенные для приготовления дистиллята, используемого для подпитки пароводяного тракта.

На рис. 3.17 показаны схемы турбоустановок с регенеративным подогревом питательной воды. В них вода перед поступлением в котел нагревается в поверхностном или смешивающем подогревателе паром, отводимым из турбины.

Рис. 3.17. Регенеративный цикл паротурбинной установки:

а - схема со смешивающим подогревателем; б - схема с поверхностным подогревателем;

в - процесс в h, s- диаграмме; 1- смешивающий регенеративный подогреватель;

2- поверхностный регенеративный подогреватель; 3- конденсатный насос;

4- насос перекачки конденсата отборного пара (сливной насос).

Используемый для этой цели пар называется отборным, а места его вывода из турбины — регенеративными отборами. Как известно из термодинамики, регенеративный подогрев рабочего тела повышает КПД тепловых двигателей. В современных турбоустановках имеется обычно 7- 9 регенеративных подогревателей как поверхностного, так и смешивающего типа (рис. 3.18). Благодаря регенеративному подогреву питательной воды на тепловых электростанциях экономится до 14% топлива.

В схеме рис. 3.18 а пар из отбора в количестве D с параметрами р, h смешивается в подогревателе с водой, нагревая ее до параметров насыщения t _s, h _s при давлении отборного пара р: Обозначим через D _oрасход питательной воды, равный расходу свежего пара на турбину, а через h '_k — энтальпию воды в конденсатор и составим тепловой баланс подогревателя

из которого получим

,

где α = D / D ₀ - доля отборного пара или, что то же самое, количест­во килограммов отборного пара на 1 кг свежего пара; откуда - приращение энтальпии воды в подогревателе при ее нагреве от температуры в конденсаторе t _k до температуры насыщения отборного пара t _s; q = h - h ^/_s- теплота, отданная одним килограммом отборного пара. Внутренняя удельная работа турбины складывается из работы потока пара, направляемого в отбор и работы потока пара, поступающего в конденсатор и в сумме на 1 кг свежего пара составляет

Рис. 3.18. Регенеративная схема турбоустановки (а) и процесс в h, s–диаграмме(б):

1- поверхностный подогреватель; 2- смешивающий подогреватель; 3- конденсационный насос; 4- питательный насос; 5- сливной насос; пунктиром показаны линии конденсата отборного пара.

откуда

Отсюда следует, что в регенеративных турбоустановках удельная внутренняя работа меньше, чем в безрегенеративных. В современных конденсационных турбоустановках отборы пара уменьшают вырабатываемую мощность примерно на 20%, а следовательно, регенеративный подогрев воды позволяет значительно повысить КПД турбоустановки. Если турбина имеет не один, а z регенеративных подогревателей (см. рис. 3.18), то уравнение теплового баланса составляются для каждого подогревателя и из этих уравнений находятся доли отборного пара α₁ ,α₂ ,…,α_z, а за тем определяется доля пара, поступающего в конденсатор,

α_k =1-α₁ –α₂-… -α_z.

Внутренняя работа турбоустановки с отборами определяется равенством

где - действительный теплоперепад от паровпуска до точек отбора; -действительный теплоперепад от паровпуска до конденсатора.

Экономичность ТЭС существенно повышается при введении промежуточного перегрева пара. На рис. 3.19 приведены рабочие процессы пара в турбине для паротурбинных установок, схемы которых показаны на рис. 3.2а и 3.2б. Как видим, КЭС с промежуточным перегревом имеет большее значение энтальпии при равных значениях энтропии, а, значит, является более экономичной.

В нашей стране паротурбинные КЭС на органическом топливе без промежуточного перегрева работают при начальных давлениях пара р ₀ до 8,8 МПа и температуре перегретого пара на входе в турбину T ₀ до 535⁰С; по циклу с промежуточным перегревом начальные давления соответственно равны 12,7 и 23,5 МПа, а T ₀ =540-560⁰C. В таких условиях при обычных значениях конечного давления p _к= 0,0035-0,0045 МПа влажность пара на выходе из проточной части турбины не превышает допустимых значений (13-14%).

Д ля восполнения потерь пара и конденсата в водяной тракт вводят добавочную воду (химическое обессоливание) либо дистиллят (термическое обессоливание). Требования к качеству химически обессоленной воды и к дистилляту определяются требованиями к качеству питательной воды современных котлов (барабанные с давлением пара до 14 МПа, прямоточные на 25 МПа), которое должно удовлетворять следующим нормам (табл. 1).

Качество дистиллята испарителей, предназначенных для восполнения потерь пара и конденсата, должно удовлетворять следующим нормам:

Соединения натрия в пе­ресчете на Nа…..Не более 100 мкг/кг

Сводная углекислота……………………….Не более 2 мг кг

Рис.3.19. Рабочий процесс пара в h – s диаграмме для КЭС на перегретом

паре без промежуточного перегрева (а) и с промежуточным перегревом (б):

h ₁ - h ₇ - энтальпия пара в первом - седьмом отборах соответственно;

h _0, h _п.к — энтальпия пара на входе в турбину и входе в конденсатор;

s - энтропия; х — степень сухости

Таблица.1. Качество питательной воды котлов