Уравнение теплового баланса для конденсатора

Конденсатор. Виды. Типы. Основные этапы при тепловом расчете конденсатора. Как влияет изменения начального давления пара на мощность, надежность и экономичность турбины

Страницы работы

Содержание работы

76. Конденсатор. Виды. Типы

Конденсатор — это теплообменный аппарат, обеспечивающий конденсацию отработавшего па­ра турбины, прием и конденсацию пара, сбрасываемого в обвод турбины во время пусков и в ава­рийных ситуациях, прием дренажей регенератив­ной системы, а также подпиточной воды для вос­полнения потерь в цикле. В общем случае турбина оснащается несколькими конденсаторами (груп­пой конденсаторов). Иногда несколько конденсаторов (обычно два) конструктивно объединяют в одном корпусе.

По расположению конденсаторов по отноше­нию к турбине их делят на подвальные и беспод­вальные. Подвальные конденсаторы устанавливают в помещении под машинным залом между ко­лоннами фундамента, на которых покоится верхняя фундаментная плита с установленной на ней турби­ной. Бесподвальные конденсаторы располагаются на той же отметке машинного зала, что и турбина, которая помещается на фундамент в виде бетонно­го основания.

По расположению конденсаторов по отноше­нию к оси турбины их делят на поперечные и про­дольные. При поперечной компоновке оси трубок конденсаторов направлены поперек оси турбины (рис 3.50, а–ж), а при продольной — параллельно ей (рис. 3.50,з–л).

Турбина может оснащаться одним (рис. 3.50, а, в, г), двумя (рис. 3.50, б, д, з–л), тремя (рис. 3.50, е) или четырьмя (рис. 3.50, ж) конденсаторами.

Конденсаторы могут объединяться в группы. При последовательном соединении конденсаторов в одном корпусе по охлаждающей воде (рис. 3.50, и–л) их паровое пространство может быть общим или раздельным. В последнем случае из-за различ­ной начальной температуры охлаждающей воды, поступающей в отдельные конденсаторы, давление в них будет различным. Такие конденсаторы назы­ваются секционированными.

По числу потоков охлаждающей воды в отдельном конденсаторе они делятся на однопоточные и двухпоточные. Выбор числа потоков определяется необходимостью чистки трубок конденсатора со стороны охлаждающей воды при работе турбины без поступления охлаждающей воды в очищаемую часть конденсатора Поэтому конденсаторы, пока­занные на рис. 3.50, а–ж, выполняют двухпоточными, а представленные на рис. 3.50, з–л – однопоточными.

По числу ходов охлаждающей воды различают одно- (рис. 3.50, з–л), двух- (рис. 3,50, а–ж) и четырехходовые конденсаторы (последние применя­ются только для турбин малой мощности).

89. Основные этапы при тепловом расчете конденсатора

Расчет ведется в следующем порядке.

1. Определяется тепловая мощность конденса­тора, кВт,

2. Рассчитываются нагрев охлаждающей во­ды, °С,

где с_в – объемная теплоемкость воды, кДж/(м • К), и ее температура на выходе, °С,

3. По давлению р_к с помощью таблиц водяного пара определяется температура конденсации, о С,

4. Находится среднелогарифмический темпера­турный напор, °С,

5. Определяется средний по поверхности коэф­фициент теплопередачи, Вт/(м 3 . К),

где функции Ф_w, Ф_t,Ф_z,,Ф_d учитывают влияние соответственно скорости воды в трубках, темпера­туры охлаждающей воды, числа ходов и режима, работы конденсатора; а – коэффициент чистоты, зависящий от наличия отложений, их природы, ма­териала трубок и толщины стенки.

6. Находится площадь поверхности конденса­тора, м ,

и уточняется значение d_K(см. п. 5) до получения сходимости.

7. По уравнению неразрывности определяются число трубок в одном ходе

и число трубок в трубной доске

8. Вычисляется требуемая длина трубок, м,

9. Определяется площадь трубной доски, м 2 ,

и производится увязка и выбор окончательных зна­чений длины трубок и их числа, исходя из имеюще­гося сортамента трубок и компоновочных решений по турбине и конденсатору.

47. Как влияет изменения начального давления пара на мощность, надежность и экономичность турбины

72. Диаграмма режимов турбины с противодавлением типа Р.

73. Диаграмма режимов турбины с одним регулируемым отбором пара.

74. Диаграмма режимов турбины с двумя регулируемыми отборами пара

75. Диаграмма режимов турбины с двумя отопительными отборами пара.

71. Диаграммы режимов. Основные понятия и функциональные зависимости

70. Принцип действия и влияние на работу турбины встроенного теплофикационного пучка

69. Принципиальная схема и процесс расширения пара турбины с двухступенчатым отбором пара и встроенным теплофикационным пучком

77. Конденсатная установка.

86. Кратность охлаждения конденсатора.

88. Гидравлическое сопротивление конденсатора.

82. Процессы и зоны конденсации пара

83. Что такое переохлаждение конденсата и чем оно вредно?

87. Тепловой расчет конденсатора. Основные уравнения.

85. Тепловой баланс конденсатора.

91. Основные элементы конструкции конденсатора.

90. Определение геометрических характеристик конденсатора при тепловом расчете

78. Принцип действия двухходового поверхностного конденсатора

81. Паровое сопротивление конденсатора. Относительное содержание воздуха. Паровоздушная смесь

79. Основные уравнения при расчете тепловых процессов в конденсаторе

84. Способы борьбы с переохлаждением конденсата

92. Воздухоотсасывающие устройства

93. Воздушная и гидравлическая плотность конденсатора.

100. Схема двухходового конденсатора с двойными трубными досками и с солеными отсеками

96.Что такое воздухоохладитель? Его назначение.

97. Почему образуется вакуум в конденсаторе

98. Назначение эжектора в схеме конденсационной установки турбины

99. Чем вредны присосы воздуха в конденсатор?

60. Турбина с противодавлением и регулируемым отбором пара. Внутренняя мощность

63. Турбина с двумя регулируемыми отборами пара. Внутренняя мощность. Расход пара

64. Принципиальная схема и процесс расширения турбины с 2 регулируемыми отборами пара.

65.Турбина с 2мя отопительными отборами пара. Внутренняя мощность. Тепловая нагрузка

66. Принцип. схема и процесс расширения пара турбины с 2мя отопит. отборами пара

67. Что такое встроенный пучок в конденсаторе теплофикационной турбины? Его назначение

55.Турбина с противодавлением. Схема. Электрическая мощность.

56. Турбина с промежуточным регулируемым отбором пара. Электрическая мощность. Расход пара

57.Принципиальная схема и процесс расширения пара в турбине с промежуточным регулируемым отбором.

Тепловой баланс конденсатора

Потери теплоты корпусом конденсатора от излучения в окружающую среду вследствие низких температур ничтожны. Поэтому практически вся теплота конденсации пара передаётся охлаждающей воде. Баланс поверхностного конденсатора может быть представлен в виде:

, (13.5)

где h_к – энтальпия пара, поступающего в конденсатор, кДж/кг; – энтальпия конденсата, кДж/кг; c_в = 4,19 кДж/(кг×°С) – теплоёмкость воды; W –расход охлаждающей воды, кг/с; t_1в, t_2в – температура охлаждающей воды на входе и на выходе из конденсатора.

Разность Dt_в = t_2в – t_1в называют нагревом охлаждающей воды в конденсаторе. Для одноходовых конденсаторов Dt_в = 6 – 7 °С; двухходовых Dt_в = 7 – 9 °С; трёх- и четырёхходовых Dt_в = 10 – 12 °С.

В зависимости от температуры охлаждающей воды принимают расчётное абсолютное давление отработавшего пара р_к: для t_1в = 10 °С р_к = 2,8 – 3,4 кПа; для t_1в = 15 °С р_к = 3,8 – 4,8 кПа; для t_1в = 20 – 25 °С р_к = 5,9 – 6,8 кПа.

Отношение m = W/G_к называют кратностью охлаждения. Нагрев охлаждающей воды изменяется обратно пропорционально кратности охлаждения. Оптимальная кратность охлаждения находится в следующих пределах: для одноходовых конденсаторов 80 – 120, двухходовых 60 – 70, трёх- и четырёхходовых 40 – 50.

Дата добавления: 2015-07-20 ; просмотров: 1334 | Нарушение авторских прав

Тепловой расчет конденсатора (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8

7.3 Тепловой расчет конденсатора

7.3.1 Поверхность охлаждения конденсатора

Поверхность охлаждения конденсатора определяется из совместного решения уравнений теплового баланса конденсатора и теплопередачи , где — пропуск пара в конденсатор, кг/с;

— разность энтальпий пара и конденсата, кДж/кг; — расход охлаждающей воды, кг/с; — теплоемкость охлаждающей воды, кДж/(кг×К);

Чисто аналитического теплового расчета конденсаторов в настоящее время не существует. Его разработка затрудняется сложностью физических условий, в которых протекает процесс конденсации в поверхностном конденсаторе. Поэтому широко пользуются эмпирическим методом расчета, в котором средний коэффициент теплопередачи K определяется по опытным данным и подставляется в уравнение теплопередачи (7.1).

Для оценки в тепловом расчете рекомендуется пользоваться эмпирической формулой :

, (7.2)

где — коэффициент чистоты трубок конденсатора;

— коэффициент, зависящий от ожидаемого состояния поверхности охлаждения конденсатора; при оборотном водоснабжении;

— коэффициент, зависящий от материала и толщины стенок трубок из сплава МНЖ-5-1; — для трубок из нержавеющей стали;

(7.3)

— сомножитель, учитывающий влияние скорости охлаждающей воды ; (7.3)

, при ; (7.4)

, при ;

— сомножитель, учитывающий влияние температуры охлаждающей воды при С

, (7.5)

где ;

здесь — удельная паровая нагрузка конденсатора, (г/с)/м2;

(7.6)

— сомножитель, учитывающий влияние ходов воды в конденсаторе: при ;

— сомножитель, учитывающий влияние паровой нагрузки конденсатора,

где ;

здесь — номинальная паровая нагрузка конденсатора, кг/с.

при принимаем ;

при определяется по вышеприведенной формуле.

Формула (7.2) пригодна для конденсаторов с латунными трубками при °С и м/с при хорошей воздушной плотности установки. Коэффициент теплопередачи K отнесен к наружной (паровой) поверхности трубок.

По формуле (7.2) для двухходовых конденсаторов и обычно применяемых температур охлаждающей воды (10-20°С) значения K получается порядка ккал/м2×ч×°С. Для определения средней разности температур в конденсаторе (среднего температурного напора) в упрощенном инженерном расчете пользуются формулой

,°C. (7.7)

Эту величину называют средней логарифмической разностью температур.

Формула (7.7) для средней логарифмической разности температур введена в предположении вдоль поверхности охлаждения и для условий чистого противотока; и то и другое не имеет места в поверхностном конденсаторе. Поэтому применение формулы (7.7) для среднего температурного напора совместно с эмпирической формулой для среднего коэффициента теплопередачи является расчетным условным приемом, не отображающим действительности физических процессов в конденсаторе. Однако эмпирическая формула (7.2) для K составлена на основании большого числа промышленных испытаний, в которых значение определялось по формуле (7.7), путем непосредственного измерения температур, а коэффициент теплопередачи вычислялся по формуле (7.2). Имея в виду, что

,

формулу (7.7) можно переписать в следующем виде удобном для расчетов

. (7.8)

На основании последнего уравнения формулу для определения площади поверхности охлаждения конденсатора удобно записать в следующем виде:

, м2. (7.9)

В эту формулу следует подставить в – кг/с, — в кВт/(м2×К) и — в кДж/(кг×°К).

Когда найдена поверхность охлаждения , определяют основные размеры конденсатора. По найденной величине проверяют удельную нагрузку конденсатора , кг/(м2×ч).

7.3.2 Число и длина конденсаторных трубок

Секундный расход охлаждающей воды через конденсатор:

, м3/сек, (7.10)

где — внутренний диаметр трубок;

— среднее число трубок в одном ходе;

— скорость воды, м/сек.

Часовой расход охлаждающей воды

, м3/ч, (7.11)

откуда число трубок в одном ходе конденсатора (среднее)

. (7.12)

Полное число трубок в конденсаторе удобно выразить так

. (7.13)

Поверхность охлаждения конденсатора выражается формулой

, м2, (7.14)

где — наружный диаметр трубки, м;

— число ходов воды.

Из формулы (7.14) определим длину трубок

, м.

Подставим в последнее выражение значение из формулы (7.13) и введем обозначение — ; тогда

. (7.15)

7.3.3 Сетка разбивки трубок в конденсаторе

Совокупность всех трубок конденсатора называют трубным пучком. В общем трубном пучке выделяют совокупность всех трубок одного хода по воде (пучок первого хода, пучок второго хода и т. д.) и трубок выделенного воздухоохладителя (пучок воздухоохладителя).

Разбивкой трубок называют расположение их осей в пределах одного пучка по определенной сетке. В конденсаторах применяют шахматную, треугольную (или ромбическую), коридорную и лучевую разбивки. В пределах одного пучка могут быть применены разные разбивки (смешанная разбивка) трубок.

Расстояние между осями соседних трубок называется шагом трубок . Шаг выбирают, по возможности, малым для сокращения поперечных размеров конденсатора.

Минимально допустимая величина шага зависит от метода крепления трубок в трубных досках и лимитируется ослаблением последних отверстиями для трубок.

Если трубки укрепляются в досках при помощи сальников, то рекомендуется

мм,

с учетом достаточного места для размещения сальниковых втулок. При развальцовке трубок принимают:

.

Следует указать, что встречающиеся в литературе соображения о предпочтительности того или иного угла поворота ромбической сетки на трубной доске по существу не имеют значения, в особенности для современных конденсаторов с их сложной компоновкой трубок и весьма развитым фронтом натекания парового потока, при котором пути частиц пара могут пересекать сетку трубных пучков в самых различных направлениях.

Положение сетки по отношению к горизонтальной оси трубной доски может быть различным.

7.3.4 Размеры трубной доски

Размеры трубной доски зависят от числа трубок , которые нужно разместить в конденсаторе, от компоновки трубного пучка, от необходимых размеров сквозных и тупиковых проходов для пара и числа ходов для воды.

В инженерных расчетах конденсатора пользуются понятием об условном диаметре трубной доски , заменяя при оценке основных соотношений размеров трубную доску произвольной формы круглой доской равновеликой площади с диаметром .

Условный диаметр трубной доски можно оценить, зная общее число трубок и их диаметр , исходя из соотношения:

, м. (7.16)

Величина называется коэффициентом использования трубной доски. Из последнего выражения можно определить:

, м. (7.17)

При этом коэффициент выбирают на основании выполненных аналогичных конструкций конденсаторов.

7.3.5 Выбор диаметра трубок

В практике отечественного конденсаторостроения употреблены следующие диаметры трубок: 16/14, 19/17, 24/22, 25/23, 28/26 и 30/28.

Уменьшение диаметра трубок приводит к уменьшению поперечного сечения корпуса и объема конденсатора, а также к некоторому повышению коэффициента теплопередачи конденсатора. С этой точки зрения целесообразными представляются малые диаметры конденсаторных трубок. Однако эксплуатационные соображения заставляют отдавать предпочтение большим диаметрам. При уменьшении диаметра трубок возрастает их число. Соответственно значительно возрастает число креплений трубок, снижается эксплуатационная надежность конструкции и растет трудоемкость и стоимость ремонта.

При малых диаметрах конденсаторные трубки быстрее засоряются, и их приходится чаще чистить. Загрязнение трубок малого диаметра приводит к более интенсивному ухудшению вакуума, чем при большом диаметре; при большем диаметре трубок облегчается их механическая чистка.

7.4 Эксплуатационные характеристики конденсатора

Разрежение в конденсаторе измеряется вакууметром, который показывает разность между давлением наружного воздуха (барометрическим давлением) и абсолютным давление в конденсаторе в мм. рт. ст. Абсолютное давление в конденсаторе, выраженное в мм. рт. ст – разность между показаниями барометра и вакууметра.

Абсолютное давление в конденсаторе, выраженное в технических атмосферах, определяется по формуле:

Рк= В — Н : 735,6 , ата.

Вакуум в конденсаторе, выраженный в процентах, определяется по формуле:

В этих формулах : В- барометрическое давление (атмосферное) – мм. рт. ст., Н— вакуум в конденсаторе – мм. рт. ст.

Вакуум в конденсаторе, при котором получаются наиболее высокие технико-экономические показатели работы турбинной установки с учетом расхода электроэнергии на привод циркнасосов, называется экономическим вакуумом.