книги / Эксергетические расчеты технических систем

на регенеративный подогрев питательной воды в регенеративной системе паро­ силовой установки, такое выражение будет следующим [57—59]:

где п — общее число регенеративных подогревателей; m — порядковый номер подогревателя (нумерация подогревателей ведется от парогенератора); Тг— температура насыщения греющего пара в последнем по ходу питательной во­ ды подогревателе, К; Тк— температура конденсата, выходящего из конденсато­ ра, К; е — недогрев * питательной воды до температуры насыщения греющего пара в подогревателях.

При выводе выражения (7.10) недогрев питательной воды в каждом подо­ гревателе был принят одинаковым, перегрев пара, поступающего в регенера­ тивные подогреватели, также был принят одинаковым, а включение всех подо­ гревателей по сливу конденсата греющего пара принималось каскадным. По­ этому определенные по формуле (7.10) температуры конденсации греющего па­ ра, а следовательно, и давления в отборах, могут рекомендоваться как прибли­ женно-оптимальные для практического применения, особенно для установок АЭС, работающих на насыщенном паре. Более точные оптимальные значения параметров отбираемого пара можно получить следующим образом. Обычно регенеративная система состоит из двух групп подогревателей — ПНД (подо­ греватели низкого давления от деаэратора до конденсатора) и ПВД (подогре-

* Недогрев — разность между температурой насыщения греющего пара и температурой питательной воды, выходящей из подогревателя.

ватели высокого давления от парогенератора до деаэратора). Для каждой группы выражение (7.10) справедливо, но для ПНД вместо 7\ подставляется Т = Гд + е (7Д— температура воды перед деаэратором, принимаемая по дав­ лению в нем), а для ПВД — вместо Тк— температуру воды для питательного насоса на входе в систему ПВД. В этом случае можно учесть и различные зна­ чения недогрева е в каждой группе подогревателей.

Примеры эксергетических балансов *

П р и м е р 1. Эксергетический баланс ТЭЦ, работаю­ щей на органическом топливе.

На рис. 7.7 приведена принципиальная тепловая схема турбины ПТ-100-130/16 без промежуточного перегрева пара и основные параметры пара и воды [13]. Тепловая отопительная нагрузка составляет 232,6 МВт, в сетевых подогревателях подогревается сетевая вода в количестве 400 кг/с от темпера­ туры 313 до 453 К. Температура окружающей среды Г0.с = 290 К. Для этой схемы по выражениям (7.3) и (7.4) подсчитаны потери эксергии в различных узлах и отнесены к входящей в установку химической энергии топлива (табл. 7.1). Как следует из результатов расчета, основные эксергетические по­ тери связаны с переходом химической энергии в энтальпию рабочего тела. Сни­ жение этих потерь возможно либо путем повышения параметров пара, либо применением промежуточного перегрева пара в процессе расширения.

На рис. 7.8 приводится схема с промежуточным перегревом пара, а в 3-м и *4-м столбцах табл. 7.1 — результаты расчета соответствующих эксергетиче­ ских потерь. Основная потеря действительно снизилась на 0,62 %, но термо­ динамическое совершенство установки не возросло, как ожидалось, а упало на 0,33 %. Это произошло вследствие повышения потерь от неравновесного теп­ лообмена в регенеративных и сетевых подогревателях и в конденсаторе. Такое повышение было вызвано тем, что в регенеративные и сетевые подогреватели на­ чал поступать еще более перегретый пар (в конденсатор — пар с большей сте­ пенью сухости), а температура нагреваемой воды не изменилась.

Предварительный съем перегрева отбираемого пара перед его поступлени­ ем в сетевые и регенеративные подогреватели уменьшает эти потери, позволяет повысить температуру питательной воды с 496 до 520 К, и следовательно, сни­ зить потери эксергии от преобразования химической эксергии топлива в эксергию пара и от теплообмена в подогревателях. На рис. 7.9 представлена соответ­ ствующая схема, а ее эксергетический баланс — в 5-м и 6-м столбцах табл. 7.1. В этой схеме перегретый пар после 2-го и 3-го отборов сначала поступает в по­ догреватель Л, где охлаждается до 663 К, затем в два дополнительных подо­ гревателя Б. Во всех четырех дополнительных подогревателях Б , пар, отбирае­ мый из 2-го, 3-го, 4-го и 5-го отборов, охлаждается до 483 К и лишь затем по­ ступает в регенеративные и сетевые подогреватели. В результате эксергетичежий КПД схемы вырастает на 0,49 % по сравнению с первым вариантом.

П р и м е р 2. Эксергетический баланс АЭС.

При составлении эксергетического баланса АЭС надо иметь в виду два осювных обстоятельства, отличающие АЭС от ТЭС:

* Эксергетические балансы ядерно-металлургического комплекса и маневренной ТЭС фнводятся в [45, 47].

ватели высокого давления от парогенератора до деаэратора). Для каждой группы выражение (7.10) справедливо, но для ПНД вместо 7\ подставляется Г = Гд + е (7д — температура воды перед деаэратором, принимаемая по дав­ лению в нем), а для ПВД — вместо Тк— температуру воды для питательного насоса на входе в систему ПВД. В этом случае можно учесть и различные зна­ чения недогрева е в каждой группе подогревателей.

Примеры эксергетических балансов *

П р и м е р 1. Эксергетический баланс ТЭЦ, работаю­ щей на органическом топливе.

На рис. 7.7 приведена принципиальная тепловая схема турбины ПТ-100-130/16 без промежуточного перегрева пара и основные параметры пара и воды [13]. Тепловая отопительная нагрузка составляет 232,6 МВт, в сетевых подогревателях подогревается сетевая вода в количестве 400 кг/с от темпера­ туры 313 до 453 К. Температура окружающей среды Т0.с = 290 К. Для этой схемы по выражениям (7.3) и (7.4) подсчитаны потери эксергии в различных узлах и отнесены к входящей в установку химической энергии топлива (табл. 7.1). Как следует из результатов расчета, основные эксергетические по­ тери связаны с переходом химической энергии в энтальпию рабочего тела. Сни­ жение этих потерь возможно либо путем повышения параметров пара, либо применением промежуточного перегрева пара в процессе расширения.

На рис. 7.8 приводится схема с промежуточным перегревом пара, а в 3-м и-4-м столбцах табл. 7.1 — результаты расчета соответствующих эксергетиче­ ских потерь. Основная потеря действительно снизилась на 0,62 %, но термо­ динамическое совершенство установки не возросло, как ожидалось, а упало на 0,33 %. Это произошло вследствие повышения потерь от неравновесного теп­ лообмена в регенеративных и сетевых подогревателях и в конденсаторе. Такое повышение было вызвано тем, что в регенеративные и сетевые подогреватели на­ чал поступать еще более перегретый пар (в конденсатор — пар с большей сте­ пенью сухости), а температура нагреваемой воды не изменилась.

Предварительный съем перегрева отбираемого пара перед его поступлени­ ем в сетевые и регенеративные подогреватели уменьшает эти потери, позволяет повысить температуру питательной воды с 496 до 520 К, и следовательно, сни­ зить потери эксергии от преобразования химической эксергии топлива в эксергию пара и от теплообмена в подогревателях. На рис. 7.9 представлена соответ­ ствующая схема, а ее эксергетический баланс — в 5-м и 6-м столбцах табл. 7.1. В этой схеме перегретый пар после 2-го и 3-го отборов сначала поступает в по­ догреватель А 9 где охлаждается до 663 К, затем в два дополнительных подо­ гревателя Б. Во всех четырех дополнительных подогревателях Б, пар, отбираеемый из 2-го, 3-го, 4-го и 5-го отборов, охлаждается до 483 К и лишь затем по­ ступает в регенеративные и сетевые подогреватели. В результате эксергетиче­ ский КПД схемы вырастает на 0,49 % по сравнению с первым вариантом.

П р и м е р 2. Эксергетический баланс АЭС.

При составлении эксергетического баланса АЭС надо иметь в виду два ос­ новных обстоятельства, отличающие АЭС от ТЭС:

* Эксергетические балансы ядерно-металлургического комплекса и маневренной ТЭС приводятся в [45, 47].

ности ее использования в дальнейшем. Затраты же энергии на переработку вы­

горевшего топлива и выделение этих изотопов могут быть учтены, если они из­ вестны.

При делении ядер возникают безвозвратные потери с выделением нейтрино и образованием неделящихся изотопов. Для определения соответствующих по­ терь за основу принимается энергия, выделяющаяся при расщеплении одного ядра изотопа урана 236U, 233U и 238U и составляющая в среднем W = (200 ±

± Ю) МэВ, из которых 10 МэВ уносится нейтрино. Количество ядер N, находя­ щихся в 1 кг вещества, определяется как

Следовательно, с учетом переводных коэффициентов (1 МэВ = 1,6 • 10~13 Дж) энергия, выделяющаяся при делении ядер урановых изотопов,

В последнем выражении, как и в (7.12), Ли — атомная масса делящегося изо­ топа урана, кг. Для изотопов плутония энергия, выделяющаяся при делении ядра, несколько больше и составляет 205 ± 10 МэВ. Следовательно, для 1 кг нуклидов плутония

Рис. 7.9. Принципиальная тепловая схема турбины ПТ-100-130/16 с промежуточным перегре­ вом пара и пароохладителями отбираемого пара:

At в - охладители перегрева греющегося пара, остальные обозначения - те же. что на рис. 7.8

Если по результатам нейтрино-физического расчета или химического анализа известны масса (в килограммах) образовавшихся за кампанию неделящихся изотопов и продолжительность кампании (в часах), то часовая потеря эксергии ядерной энергии от образовавшегося неделящегося изотопа определяется по количеству этого изотопа и атомной массе исходного делящегося изотопа, превратившегося в неделящийся. В табл. 7.2 приводятся потери эксергии, свя­ занные с образованием неделящихся изотопов.

В некоторых типах реакторов имеются дополнительные потери эксергии, связанные с неиспользуемым охлаждением замедлителя (тяжеловодные реакто­ ры) и с частичной потерей энергии с нейтронным и уизлучением за пределы ак­ тивной зоны. Эти потери определяются в процентах от тепловой мощности ре­ актора и их целесообразно учитывать как потерю части ядерного горючего.