E1 Přednáška č.5 Výpočet RC s regenerativním ohřevem

Přednáška č.6 Carnotizační úprava - zvyšování průměrné teploty přívodu tepla do TO (regenerativní ohřev - RO) Typy regenerativních ohříváků Stanovení množství přestupního tepla, velikosti přestupní plochy Výpočet tepelné účinnosti s RO Rekuperační ohříváky v elektrárnách Kondenzace parních turbín Tepelné schémata parních elektráren Přednášky E1 - 2013

Povrchové RO Tepelný výměník kde sdílení tepla mezi teplou a studenou pracovní látkou je prostřednictvím tepelně vodivé stěny. Přednášky E1 - 2013

Výpočet teplot povrchového ohříváku Přednášky E1 - 2013

Výpočet teplot povrchového ohříváku Přednášky E1 - 2013

Výpočet teplot povrchového ohříváků Přednášky E1 - 2013

RO –výpočet – definice toků Z rozboru Rankin-Clausiova oběhu vyplynulo, že nejnižší tepelnou účinnost má ohřev vody na bod varu. Aby se snížil tento nepříznivý jev, provádí se částečně ohřev mimo parogenerátor - v tepelném výměníku, parou odebranou turbíně - odběrovou parou. Tento ohřev se nazývá regenerace. Na vstupu do turbíny je hmotnostní průtok páry Mp [kg/s]. Tento hmotnostní proud expanduje v turbíně až do místa odběru o. Pára má v tomto místě stav daný bodem o. V tomto bodě se část páry Mo odvádí do regeneračního ohříváku RO. V RO předá topná pára svoje teplo (přehřívací, kondenzační, kapalinné) napájecí vodě a její kondenzát je zaveden do kondenzátoru; takže přes RO prochází opět množství napájecí vody o hodnotě Mp. Kondenzát před vstupem do RO má stav 1 a na výstupu 1'. Teplota napájecí vody a teplota kondenzátu topné páry se přibližně vyrovnají. Protože hodnota kondenzačního (výparného) tepla je výrazně vyšší než hodnota měrného tepla vody, není třeba, aby odběrový hmotnostní tok Mp potřebný k dosažení požadovaného ohřátí v RO byl velký. Za regeneračním odběrem v turbíně probíhá expanze zbylého množství páry Mp – Mo, do stavu 5. Přednášky E1 - 2013

Změna tepelného schématu při použití regenerativního ohřevu Oproti základnímu příkladu výpočtu RC oběhu se vlivem použití RO páry tepelné schéma změní, protože je část tepla o poměrném množství ao odebráno při tlaku po z TM a už dále nekoná práci v TM (io – i5), ale předá toto teplo napájecí vodě před vstupem do TZ, tím se sníží potřeba tepla v TZ o hodnotu i1´ – i1. Zisk práce oproti základnímu schématu poklesne, ale rovněž zisk přivedeného teplo do TO také poklesne. Bude tedy záležet na změně jejich hodnot oproti základnímu schématu (účinnosti) Tepelná účinnost: ht = at /qp=(i4-i5)/(i4-i1) po o 1´ Tepelná účinnost: ht = a´t /q´p=[(i4-io) + (1-ao)(io-i5)]/(i4-i1´) Přednášky E1 - 2013

Zvýšení tepelné účinnosti Provedená úprava tepelného schématu by měla zvýšení tepelné účinnosti oběhu. Bez RO RO qo atiz qp qo atiz qp qRO Přednášky E1 - 2013

Hodnoty potřebné pro realizaci výpočtu Aby bylo možné provést výpočet musíme znát jednotlivé hodnoty do vztahu pro výpočtů účinnosti, tj. stavové veličiny pracovní látky v jednotlivých místech TO, stejně jako u základního RC oběhu, navíc zde: Teploty za RO (bod 1´) Dále pak musíme opět znát hodnotu ztrát, pokud nebudeme počítat pouze ideální RC oběh, a hodnotu požadovaného PE. Stavové veličiny v průběhu oběhu pracovní látky dokážeme určit na základě znalosti parametrů v jednotlivých místech oběhu. Přednášky E1 - 2013

Určení parametrů odběru (po) io Přednášky E1 - 2013

Tepelný výpočet Výpočet účinnosti: ht = a´t /q´p=[(i4-io) + (1-ao)(io-i5)]/(i4-i1´) Pro výpočet je nutné ještě určit hodnotu poměrného odběrového množství ao=Mo/MP [ -] Hodnota se určí s bilanční rovnice RO Přednášky E1 - 2013

Energetická bilance RO QRO + Q1 =Q´RO + Q1´ Přednášky E1 - 2013

Tepelný výpočet Výpočet hmotnostních toků: AtI = QI = Mp*i3 – Mp * io AtII = QII = (Mp – Mo)*io – (Mp – Mo)*i5 Q3 = QRO + Q5 + PE + ztráty Přednášky E1 - 2013

Vícenásobný RO Přednášky E1 - 2013

Určení parametru v jednotlivých odběrech Parametry v jednotlivých odběrech určíme na základě stanovených teplot t1´, t1´´, t1´´´ Získané hodnoty entalpií budeme dosazovat do energetických bilancí. 1RO: ao1Mp.(io1 –io1´)=Mp(i1´ - i1´´) ao1= ……. 2RO: ao2Mp.(io2 –io1´´)=Mp(i1´´ - i1´´´)+ ao1(io2´-io2) ao2= ……. Přednášky E1 - 2013

Kondensátor jako výměník Přednášky E1 - 2013

Rekuperační ohříváky Rekuperují teplo odcházející s TO zpět do systému Statický rekuperační ohřívák vzduchu Přednášky E1 - 2013

Rotační rekuperační ohříváky Sdílení tepla je prostřednictví rotující hmoty Rekuperační ohřívák vzduchu LJUNGSTRÖM Přednášky E1 - 2013

Rekuperační ohříváky se sdílením tepla prostřednictvím teplonosné látky Round-around coil systém Ohřívací látka – teplý proud Teplonosné médium Tepelný systém Ohřívaná látka – studený proud Přednášky E1 - 2013

Tepelné schéma klasické parní elektrárny Elektrárna dodává do elektrizační soustavy elektrický výkon PE=1300 MW. Admisní parametry páry (stavové veličiny pracovní látky v místě 1) jsou pa= 25,5 MPa a ta=540 oC. Po expanzi ve VT se pára přihřívá na parametry (stavové veličiny pracovní látky v místě 2) pp= 4,9 MPa a tp=540 oC. Teplota okolí je 10 oC. Ostatní provozní parametry: Termodynamická účinnost tepelného spádu v turbíně: tdVT=tdNT =0,84 Mechanická účinnost turbíny: m=0,98 Účinnost generátoru: g=0,98 Tlak syté páry na vstupu do VT: pa=MPa Teplota napájecí vody: tnv= 298 oC Tlak v odplyňovánu pod=0,82 MPa Přednášky E1 - 2013

Oběh pracovní látky p-i, (p-h) Přednášky E1 - 2013

Oběh pracovní látky i-s, (h-s) Přednášky E1 - 2013

Tepelné schéma JE parní elektrárny Přednášky E1 - 2013

Parametry výpočtu Přednášky E1 - 2013 VVER 440 MW dodávající do elektrizační soustavy elektrický výkon PE=200 MW a do teplárenské soustavy tepelný výkon QT=80MW, teplota vratné vody z tepelné spotřeby je 70 oC. Sytá pára z parogenerátoru o parametrech pPG=4,05 MPa vykoná práci nejdříve ve VT dílu turbíny, kde se na výstupu vysouší na hodnotu x=0,985 při tlaku 0,45 MPa, a přihřívá výměníky (přihřívání páry PP) na teplotu tp=215 oC. V každém vždy o polovinu teplotního rozdílu mezi vstupem a výstupem do přehříváků. Ostatní provozní parametry: Termodynamická účinnost tepelného spádu v turbíně: htdVT= htdNT =0,82 Mechanická účinnost turbíny: hm= 0,988 Účinnost generátoru: hg= 0,985 Tlak syté páry na vstupu do VT: pa= 4,19 MPa Teplota napájecí vody: tnv= 22 oC Tlak v odplyňovánu pod=0,933 MPa Přednášky E1 - 2013

Typy chlazení http://www.gea-heatexchangers.com/media/visualizations/ Přednášky E1 - 2013