EFFICIENCY OF ONE-STAGE REGENERATIVE HEATING OF FEEDWATER IN THE STEAM-TURBINE CYCLE

Попов А.Ю.

Кандидат технических наук, доцент, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ В ПАРОТУРБИННОМ ЦИКЛЕ

Аннотация

В статье рассмотрено - влияние параметров регенеративного отбора пара на эффективность теплового цикла паротурбинной установки с одним смешивающим и паротурбинной установки с одним поверхностным подогревателем питательной воды.

Ключевые слова: подогреватель питательной воды, паротурбинный цикл.

Popov A.Yu.

Candidate of technical sciences, Komsomolsk-on-Amur State Technical University.

EFFICIENCY OF ONE-STAGE REGENERATIVE HEATING OF FEEDWATER IN THE STEAM-TURBINE CYCLE

Abstract

The article considers influence of parameters regenerative bleed-off on efficiency of a thermal cycle an steam-turbine plant with one direct-contact heater and steam-turbine plant with one surface heater of feed-water.

Keywords: feed-water heater, steam-turbine cycle.

Использование регенеративного подогрева питательной воды повышает эффективность паротурбинного цикла. Для его реализации использую смешивающие (контактные) и поверхностные регенеративные подогреватели. Тепловая схема паротурбинной установки с контактным регенеративным подогревателем питательной воды приведена на рис. 1а, с поверхностным на рис. 1б.

Рис. 1 – Принципиальные тепловые схемы паротурбинной установки с контактным  а) и поверхностным б) регенеративными подогревателями

ПГ – парогенератор; ПТ – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор; К – конденсатор отработавшего пара; КН, ПН – конденсатный и питательный насосы; РП1 – контактный  регенеративный подогреватель; РП2 – поверхностный регенеративный подогреватель; p₀, t₀, G₀ – давление, температура и расход свежего пара; p_ОБ, G_ОБ ­­– давление и расход пара в отборе; p_К ­­– давление в конденсаторе; t_К – температура конденсата; t_ПВ, p_ПВ – температура и давление питательной воды за подогревателем; t_ПГ – температура питательной воды перед парогенератором

Максимальное значение КПД цикла имеет место при некоторых значениях температуры подогрева питательной воды t_ПВ, эти значения зависят от параметров пара регенеративного отбора (давление p_ОБ и расход G_ОБ пара в отборе).

Цель работы – оценка влияния параметров пара в отборе на КПД цикла и выявление оптимальных для КПД цикла значений  температуры питательной воды t_ПВ и давления пара в отборе p_ОБ.

Исходные данные для исследования: t₀ = 550 ⁰С, p₀ = 13 МПа, p_К = 0,004 МПа, мощность турбоустановки 60 МВт. Моделирование паротурбинной установки проводилось в программе ASPEN HYSYS. Для расчета физических свойств воды и водяного пара был выбран математический пакет «Пенг-Робинсон». Графические схемы смоделированных в программе ASPEN HYSYS установок приведены: с контактным регенеративным подогревателем на рис. 2; с поверхностным на рис. 3.

Рис. 2 – Схема установки с контактным подогревателем питательной воды

Рис. 3 – Схема установки с поверхностным подогревателем питательной воды

Расчетное исследование проводилось путем изменения температуры питательной воды t_ПВ и давления пара в отборе p_ОБ с одновременным расчетом КПД цикла.

Изменение температуры и давления пара в отборе приводит к  перераспределению расхода пара на регенеративный подогреватель G_ОБ и пропуска пара в проточной части турбины (ЧНД). Поэтому в схеме программно, путем подбора значения расхода свежего пара G_0, поддерживается выработка суммарной мощности турбоустановки – 60 МВт.

В результате КПД цикла повышается с увеличением температуры питательной воды t_ПВ и со снижением давления пара в отборе p_ОБ (рис. 4).

Рис. 4 – Влияние температуры питательной воды и давления пара в отборе на КПД паротурбинной установки

Следующее расчетное исследование проводилось при возможно большей температуре питательной воды t_ПВ (близкой к температуре насыщения пара в отборе). Изменялось давление пара в отборе p_ОБ. Дополнительно для схемы рис. 3 давление в потоке № 7 поддерживалось выше давления в отборе. Результаты расчетов приведены для схемы: с контактным регенеративным подогревателем на рис. 5а; с поверхностным на рис. 5б.

Рис. 5 – Влияние давления пара в отборе на КПД и температуру питательной воды паротурбинной установки с контактным  а) и поверхностным б) регенеративными подогревателями

В программе HYSYS была произведена оптимизация параметров регенеративного отбора тепловых схем по КПД по методу Флетчера-Ривса.

В результате оптимизации для схемы с контактным регенеративным подогревателем получено: КПД = 0,3741; p_ОБ = 1,134 МПа; G_ОБ = 13,91 кг/с; t_ПВ = 185,4 ⁰С; G₀ = 59,76 кг/с. Для схемы с поверхностным регенеративным подогревателем получено: КПД = 0,3645; p_ОБ = 0,308 МПа; G_ОБ = 11,25 кг/с; t_ПВ = 134,4 ⁰С; G₀ = 56,66 кг/с.