Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе (стр. 10 )

На рисунке 2.4-в представлена зависимость температуры насыщения от начального расхода пара при различных длинах теплообменных труб. При этом температура, расход охлаждающего воздуха, коэффициент теплоотдачи от воздуха и геометрические характеристики фиксированы (температура 10 0С, расход 0,9 кг/с, коэффициент теплоотдачи от воздуха 50 Вт/м2ЧК, диаметр 38Ч3 мм, коэффициент оребрения 15). Из графиков следует, что уменьшение температуры охлаждающего воздуха при неизменном расходе пара влечёт за собой изменение температуры насыщения пара в меньшую сторону. Это в достаточнй степени объясняется равенством теплового баланса.

При этом зона недостаточной эффективности увеличилась от 16% до 21% (при изменении длины труб от 4 м до 6 м соответственно) (рисунок 2.5-б).

На рисунках 2.6-а, 2.6-б представлены аналогичные зависимости, построенные по результатам расчёта на ЭВМ для экспериментальной установки (длина труб 1,2 м, диаметр труб 14Ч2 мм).

Графики на рисунке 2.6-а построены при фиксированном расходе охлаждающего воздуха (0,08 кг/с), заданном коэффициенте теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2ЧК) и различных расходах пара для случаев температуры охлаждающего воздуха 100С и 00С соответственно. Как и в аналогичном случае (для параметров ВКУ «Чаплыгин») получено уменьшение температуры насыщения при уменьшении температуры охлаждающего воздуха. При этом зона недостаточной эффективности составила около 8% от общей площади теплообменной поверхности.

Графики на рисунке 2.6-б построены при фиксированной температуре охлаждающего воздуха (100С), заданном коэффициенте теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2ЧК) и различных расходах пара для случаев расхода охлаждающего воздуха 0,05 кг/с, 0,06 кг/с, 0,07 кг/с, 0,08 кг/с. По полученным данным следует, что при прочих фиксированных параметрах уменьшение расхода охлаждающего воздуха влечёт за собой увеличение температуры насыщения и площади зоны недостаточной эффективности от 8% до 12% (рисунок 2.7).

Математическая модель позволяет оценить параметры ВКУ в широком диапазоне изменения количественных и режимных характеристик.

Рисунок 2.4 Зависимости температуры насыщения от расхода пара (длина труб 5 м, диаметр 38Ч3 мм, коэффициент оребрения 15, расход охлаждающего воздуха 0,9 кг/с, коэффициент теплоотдачи от воздуха 50 Вт/м2ЧК)

  а) при различных температурах охлаждающего воздуха

б) при различных расходах охлаждающего воздуха

  в) при различных длинах труб

Рисунок 2.5 Зависимости размера зоны неэффективной работы (длина труб 5 м, диаметр 38Ч3 мм, коэффициент оребрения 15, расход охлаждающего воздуха 0,9 кг/с, коэффициент теплоотдачи от воздуха 50 Вт/м2ЧК)

а) при различных расходах пара

б) при различных длинах труб

Рисунок 2.6 Зависимости температуры насыщения от расхода пара (длина труб 1,2 м, диаметр 14Ч2 мм, расход охлаждающего воздуха 0,08 кг/с, коэффициент теплоотдачи от воздуха 50 Вт/м2ЧК)

а) при различных температурах охлаждающего воздуха

б) при различных расходах охлаждающего воздуха

Рисунок 2.7 Зависимости размера зоны неэффективной работы (длина труб 1,2 м, диаметр 14Ч2 мм, расход пара 0,6 г/с, коэффициент теплоотдачи от воздуха 50 Вт/м2ЧК) при различных расходах охлаждающего воздуха.

2.4 Выводы вычислительного эксперимента

Была разработана программа моделирования процесса конденсации пара в аппаратах воздушного охлаждения. В основе программы лежит модель конденсации в параллельных каналах, предложенная , [39]. Проведённое расчётно-теоретическое исследование ВКУ для различных геометрических характеристик и режимных параметров подтвердило наличие неравномерного распределения потоков пара по теплообменным трубам и конденсации его лишь на части поверхности.

В результате моделирования было установлено, что при прочих равных условиях увеличение расхода пара влечёт за собой уменьшение зоны неэффективной работы, а увеличение длин труб способствует их увеличению. Также было получено, что размер зоны неэффективной работы остаётся неизменным при постоянной разности температуры насыщения пара и температуры охлаждающего воздуха (при фиксированных прочих параметрах).

Глава 3. Экспериментальная установка. Методика проведения опытных исследований и обработки данных

Описание экспериментальной установки

3.1.1 Назначение экспериментальной установки

Опыты по исследованию теплоотдачи при конденсации пара были проведены на экспериментальной модели воздушно-конденсационной установке. Ниже приводится краткое описание схемы экспериментальной установки, её технических данных, устройство и работа основных частей.

При рассмотрении процесса конденсации водяного пара в параллельных каналах воздушно-конденсационной установки при неравномерном теплосъеме было показано, что первая по ходу охлаждающего воздуха труба работает недостаточно эффективно. Таким образом, необходимо исследовать конденсацию водяного пара в нескольких (от 2 до 4) параллельных каналах с измерением температуры стенки труб и охлаждающего воздуха по высоте труб. Для этого была использована установка, которая позволяет изучить процесс конденсации пара в параллельных каналах модели ВКУ, выявить эффективность работы параллельных каналов при конденсации в них водяного пара и неравномерном теплосъеме по глубине трубного пучка. Это позволит экспериментально подтвердить наличие описанного явления и изучить количественные характеристики этого процесса. Результаты эксперимента целесообразно сопоставить с расчётными данными, оценить их соответствие и необходимую корректировку расчёта.

3.1.2 Комплектность. Схема установки

Схема установки приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Установка для исследования распределения паровых потоков

Основными элементами установки являются:

парогенератор сухого насыщенного пара; рабочий участок; вентилятор; мерные емкости.

3.1.3 Технические данные

       - диаметр теплообменных труб Ш ш14х2мм, сталь нержавеющая ОХ18Н10Т;

       - количество труб – 7 (3 из них заглушены);

       - размер канала, в котором установлены трубки - 1200х16 мм

       - глубина кольцевых пазов для установки термопар - 1,5 мм

       - мощность парогенератора - 12 кВт (6 тэнов по 2 кВт)

       - вентилятор центробежный ВЦ 14-46

       - установка располагается в закрытом помещении.

На рисунке 3.2 представлен рабочий участок установки.

На рисунке 3.3 представлена схема теплообменной трубки

Рисунок 3.2 Рабочий участок экспериментальной установки

Рисунок 3.3 Схема теплообменной трубки

3.1.4 Устройство и работа установки и составных частей

Насыщенный пар из парогенератора 1 поступает в верхнюю крышку рабочего участка 2, где распределяется и конденсируется по четырем теплообменным трубам диаметром Ш14Ч2 длиной 1200 мм из стали ОХ18Н9Т, охлаждаемых воздухом (см. рисунок 3.1).

Воздух поступает через скругленный входной участок в щель размером 16 мм между боковыми стенками и натекает на трубы. Всего в теплообменнике установлено семь труб, но первые три из них заглушенны. Это сделано с целью формирования потока воздуха таким образом, чтобы исключить влияние входного участка на интенсивность теплообмена, обеспечить стабилизацию потока охлаждающего воздуха. Последующие трубы охлаждаются воздухом, конденсат стекает в нижнюю крышку, которая разделена на отсеки, соответствующие теплообменным трубам. К каждому отсеку присоединяется мерная емкость для сбора конденсата 4.

Охлаждающий воздух имеет температуру окружающей среды. При прохождении рабочего участка 2 он нагревается и отсасывается вентилятором 3. Предусмотрена возможность подключения к вентиллятору частотного преобразователя.

Паропроизводительность парогенератора регулируется количеством работающих ТЭНов и напряжением от ЛАТРа на одном из них. При этом имеется возможность последовательного подключения и отключения каждого из ТЭНов.

Для осуществления контроля температуры поверхности теплообмена в каждой из 4-х теплообменной труб установлены термопары ТХК. Каждая из термопар подключена к ТРМ-138. При этом считывание данных может осуществляться непосредственно с дисплея ТРМ, либо с помощью специализированного програмного обеспечения на ПК, подключенном к ТРМ 138.

Все поверхности, имеющие температуру выше окружающего воздуха, теплоизолированы  асбестовым шнуром (трубы) или пенополистеролом (рабочий участок).

Установка может работать как при разрежении в зоне конденсации, так и при атмосферном давлении.

Для исключения коллекторного эффекта, влияющего на распределение расхода воздуха по высоте рабочего участка, выход воздуха из щели 16 мм осуществляется в коллектор диаметром 200 мм.

Измерение температуры поверхности труб и воздуха на выходе из рабочего участка показывает характер работы первых по ходу воздуха труб и позволяет оценить достоверность распределения потоков пара по трубам.

Фотографии установки приведены на рисунках 3.4, 3.5.

Перечень измеряемых параметров и приборов приведен в таблице 3.1.