Расчет подогревателя низкого давления
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
°териала трубок?м, Вт/(мК);
- коэффициент трения?fr;
- коэффициент заполнения трубной доски?тр.
2.2 Тепловой расчет
Термодинамические процессы пара, отбираемого из турбины для регенеративного подогрева конденсата, схематически представлены в i-s диаграмме на рис 2.3 для общего случая, когда греющий пар несколько перегрет.
паротурбинный энергоблок подогреватель давление теплоотдача
Здесь ab -- дросселирование в подводящем трубопроводе и соответствующей арматуре, причём отрезок ab для наглядности несколько растянут; bc -- изобарное охлаждение пара на некоторой части трубного пучка до состояния насыщения; cd -- изобарная конденсация пара на большой части поверхности трубок; q? -- теплота переданная основному конденсату паром отбора, кДж/кг; ?iпер -- теплота, переданная при снятии перегрева, кДж/кг; r -- теплота, переданная при конденсации насыщенного пара, кДж/кг.
Тепловой поток от отборного пара к основному конденсату
Q = Gп(iп - iкгп)(2.1)
где Q -- тепловой поток, кВт; Gп -- расход пара в отбор, кг/с; iп -- энтальпия пара в месте отбора, кДж/кг; iкгп -- энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг.
Тепловой поток, соответствующий снятию перегрева пара
Qпер = Gп(iп - iн)(2.2)
Здесь iн -- энтальпия насыщенного пара, кДж/кг.
Доля теплового потока от снятия перегрева в общем тепловом потоке от отборного пара к подогреваемому конденсату, определяемая как невелика и составляет, например, для ПНД-2, ПНД-3, ПНД-4 паротурбинной установки К-800-240 ОАО ЛМЗ соответственно 0,01; 0,08; 0,12, откуда следует, что даже в предельном случае (ПНД-4) на большей части трубного пучка греющий пар находится в состоянии насыщения.
(2.3)
Как видно из схемы кожухотрубного ПНД на рис. 2.2, обтекание греющим паром трубного пучка, строго говоря, не может быть отнесено ни к одной из классических схем: прямотоку, противотоку или перекрёстному току.
Давление в корпусе подогревателя меньше давления в месте отбора пара в цилиндре турбины на величину потерь в тракте между турбиной и подогревателем. В приближенном расчете можно принять
рп = (1 0,08)ротб(2.4)
Давлению рп соответствует температура насыщения tн = f(рп). Это температура конденсирующегося в корпусе подогревателя пара отбора, т.е. температура греющего теплоносителя.
Температура воды за подогревателем
(2.5)
Тепловой поток, воспринимаемый нагреваемым конденсатом
(2.6)
Здесь tв1, tв2 -- энтальпия конденсата на входе и выходе из подогревателя, кДж/кг; cв1, cв2 -- соответствующая теплоемкость конденсата, кДж/(кгК).
Уравнение (2.6) является частным случаем уравнения энергии для открытой термодинамической системы и иначе называется уравнением теплового баланса.
Уравнение теплопередачи в подогревателе имеет вид
Q = k?tcpF(2.7)
где Q -- тепловой поток через поверхность, разделяющую теплоносители, Вт; k -- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2•К); ?tcp -- средний логарифмический температурный напор, С; F -- поверхность теплообмена, м2.
Средний логарифмический температурный напор определяется выражением
(2.8)
Или
(2.9)
где tв1, tв2, tн -- начальная, конечная температуры конденсата и температура насыщения греющего пара, соответственно, С.
?t = tв2 - tв1; .
Уравнение для ?tcp в виде (2.9) используется при расчёте конденсаторов турбоустановок. Формула справедлива как для прямотока, так и для противотока для случая, когда греющая среда имеет постоянную температуру.
Средняя температура подогреваемого конденсата может быть определена следующим образом. Пусть местная разность температур конденсирующегося пара и подогреваемого конденсата равна
?t = tн - tf(2.10)
Применяя к обеим частям уравнения (2.10) процедуру усреднения и учитывая, что , получим
(2.11)
Температура используется далее для определения теплофизических характеристик подогреваемого конденсата.
Подставив выражение для тепловой нагрузки (2.6) в (2.7) и разрешив это уравнение относительно F, получим
(2.12)
Ключевым моментом в определении поверхности F является нахождение коэффициента теплоотдачи k или плотности теплового потока q. Ниже используется методика, предложенная в работе [2].
Схема теплопередачи, принятая в расчете, изображена на рис. 2.4.
Расчётную среднюю температуру подогреваемого конденсата получаем из уравнения (2.11)
(2.13)
Поскольку трубки тонкостенные, ниже использованы зависимости для плоской стенки.
Плотность теплового потока от пара к поверхности трубок
(2.14)
откуда
(2.15)
Средняя температура поверхности стенки со стороны пара оценивается как
(2.16)
Тогда средняя температура плёнки конденсата будет равна
(2.17)
Средний коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке определяется по формуле Нуссельта с поправкой Капицы [1, 3]:
(2.18)
где r -- удельная теплота фазового перехода, кДж/кг; ? -- плотность конденсата, кг/м3; g -- ускорение силы тяжести, м/с2; ? -- тепловодность конденсата, Вт/(м•К); ? -- динамическая вязкость конденсата, Па•с; h -- расстояние между паронаправляющими перегородками, м.
Индекс ж указывает на то, что все теплофизические свойства конденсата определяются по его средней температуре tж, кроме удельной теплоты фазового перехода r, ?/p>