Подогреватель питательной воды — это компонент электростанции, используемый для предварительного нагрева воды, подаваемой в паровой котел . [1] [2] [3] Предварительный нагрев питательной воды снижает необратимость, связанную с выработкой пара, и, следовательно, повышает термодинамическую эффективность системы. [4] Это снижает эксплуатационные расходы электростанции, а также помогает избежать теплового удара по металлу котла при возврате питательной воды в паровой цикл.
В паровой электростанции (обычно моделируемой как модифицированный цикл Ренкина ) подогреватели питательной воды позволяют доводить питательную воду до температуры насыщения очень постепенно. Это сводит к минимуму неизбежные необратимости, связанные с передачей тепла рабочей жидкости (воде). См. статью о втором законе термодинамики для дальнейшего обсуждения таких необратимостей .
Энергия, используемая для нагрева питательной воды, обычно получается из пара, отбираемого между ступенями паровой турбины . Поэтому пар, который будет использоваться для выполнения работы расширения в турбине (и, следовательно, выработки электроэнергии), не используется для этой цели. Процент от общего массового расхода пара цикла, используемый для подогревателя питательной воды, называется фракцией отбора [4] и должен быть тщательно оптимизирован для максимального теплового КПД электростанции, поскольку увеличение этой фракции приводит к снижению выходной мощности турбины.
Подогреватели питательной воды также могут быть «открытыми» или «закрытыми» теплообменниками . Открытый теплообменник — это тот, в котором извлеченный пар смешивается с питательной водой. Этот тип подогревателя обычно требует питательного насоса как на входе, так и на выходе, поскольку давление в подогревателе находится между давлением котла и давлением конденсатора . Деаэратор — это особый случай открытого подогревателя питательной воды, который специально разработан для удаления неконденсирующихся газов из питательной воды.
Закрытые подогреватели питательной воды обычно представляют собой кожухотрубчатые теплообменники , в которых питательная вода проходит через трубы и нагревается паром из отбора турбины. Они не требуют отдельных насосов до и после нагревателя для повышения питательной воды до давления отбираемого пара, как в случае с открытым нагревателем. Однако отбираемый пар (который, скорее всего, почти полностью конденсируется после нагрева питательной воды) затем должен быть дросселирован до давления конденсатора, изоэнтальпический процесс, который приводит к некоторому увеличению энтропии с небольшим штрафом на общую эффективность цикла:
Многие электростанции включают в себя ряд подогревателей питательной воды и могут использовать как открытые, так и закрытые компоненты. Подогреватели питательной воды используются как на электростанциях, работающих на ископаемом, так и на ядерном топливе.
Экономайзер выполняет ту же функцию, что и подогреватель питательной воды, но технически отличается, поскольку не использует паровой цикл для нагрева. На заводах, работающих на ископаемом топливе, экономайзер использует дымовой газ с самой низкой температурой из печи для нагрева воды перед ее поступлением в котел. Это позволяет осуществлять теплопередачу между печью и питательной водой через меньший средний температурный градиент (для парогенератора в целом). Таким образом, эффективность системы дополнительно увеличивается, если рассматривать ее с точки зрения фактического содержания энергии в топливе.
Большинство атомных электростанций не имеют экономайзера. Однако конструкция атомной электростанции Combustion Engineering System 80 + и ее эволюционные последователи (например, APR-1400 от Korea Electric Power Corporation ) включают встроенный экономайзер питательной воды. Этот экономайзер предварительно нагревает питательную воду парогенератора на входе в парогенератор, используя первичный теплоноситель с самой низкой температурой.
Широко используемым кодексом для процедур, указаний и рекомендаций по определению термогидравлических характеристик закрытого подогревателя питательной воды является стандарт ASME PTC 12.1 для подогревателей питательной воды.
Американское общество инженеров-механиков (ASME) публикует следующий Кодекс:
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )