Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе (стр. 7 )

Из этих же расчётов следует, что надо стремиться к минимальной технологически оправданной толщине алюминиевого ребра, что даёт заметный выигрыш в массе труб, уменьшает расход сравнительно дорогого алюминия.

Оребрённые трубки собираются в трубные пучки. Как правило, из соображений компактности предпочтение отдаётся шахматной компоновке труб.

Число рядов в глубину трубного пучка определяется допустимым гидравлическим сопротивлением при заданной скорости воздуха, эта величина связана с характеристиками вентиляторов или параметрами вытяжной башни. Как правило, число рядов колеблется от 4 до 8, а глубина трубного пучка составляет от 200 до 250 мм.

В [38] рекомендуются следующие зависимости для трубных пучков:

Для коридорных пучков при 5*103<Re<105, 5<<12

                               (1.47)

Для шахматных пучков при 102<Re<2*104

               (1.48)

где - толщина стенки трубы, м;

Здесь ; - поперечный и продольный шаги пучка;

t, h – шаг и высота рёбер;

d – диаметр трубы.

Определяющий размер в числах Nu и Re – диаметр трубы d, скорость в узком сечении трубного пучка, свойства воздуха принимаются по средней температуре его в теплообменной поверхности и справедливы при числе рядов в глубину не менее четырёх [19].

Согласно [38], потери давления рассчитываются по уравнениям с использованием числа Eu для одного ряда коридорных пучков Re=104 ..2*105.

                       (1.49)

Здесь 0,5<(b-1)/(a-1) <2;

0,85<d*/dг<11,5

       - гидравлический диаметр        (1.50)

       - приведённый диаметр        (1.51)

Здесь Fp – площадь оребрённой поверхности на единицу длины;

n – число рёбер на единицу длины.

Общее гидравлическое сопротивление пучка, состоящее из z рядов

                                               (1.52)

Здесь - средняя плотность газа в пучке.

Основные типы схем воздушно-конденсационных установок

В энергетической практике применяются три типа схем ВКУ (рисунок 1.1) [19]. Первый тип схем (рисунок 1.1, а) – с конденсацией отработавшего пара внутри труб с наружным оребрением, охлаждаемых окружающим воздухом.

Отработавший пар из турбины 1 по трубопроводу поступает в коллектор 2 воздушно-конденсационной установки. К коллектору присоединены модули ВКУ 3 с поверхностью теплообмена трубчатого типа с наружным оребрением. Охлаждающий воздух обдувает оребрённую поверхность, отводя тепло конденсирующегося пара в окружающую среду. Конденсат пара поступает в нижний коллектор 4 и сливается в конденсатосборник 5. Конденсатный насос 6 подаёт конденсат в схему паротурбинной установки (ПТУ). Неконденсирующиеся газы удаляются воздухоудаляющим устройством 7.

Второй тип (рисунок 1.1, б) – с использованием конденсаторов смесительного типа и охлаждением воды окружающим воздухом в оребрённой поверхности теплообмена.

В этом случае отработавший пар ПТУ конденсируется не на внутренней поверхности труб 3, а на струях воды в смесительном конденсаторе 5. Конденсатный насос 6 подаёт часть конденсата в схему ПТУ, а остальное – в узел воздушного охлаждения, где температура его снижается за счёт передачи тепла воздуху. Охлаждённый конденсат поступает в смесительный конденсатор 5 через гидротурбину (схема Геллера) или дроссель 8, назначение которых - обеспечить избыточное давление во всей теплообменной системе (кроме смесительного конденсатора). Гидротурбина позволяет уменьшить затраты энергии на прокачку конденсата; неконденсирующиеся газы удаляются воздухоудаляющим устройством 7.

Третий тип (рисунок 1.1, в) предполагает использование обычных поверхностных конденсаторов, для которых охлаждающая вода подаётся из теплообменника, охлаждаемого воздухом.

В этой схеме отработавший пар поступает в поверхностный конденсатор 5, где конденсируется на поверхности, охлаждаемой водой, тепло от которой отводится в узле воздушного охлаждения. Циркуляция охлаждающей воды обеспечивается насосом 8, избыток воды находится в расширительном бачке 9. Конденстор 5 оснащён воздухоудаляющим устройством 7 и конденсатным насосом 6.

По способу подачи охлаждающего воздуха ВКУ разделяют на схемы с принудительной циркуляцией (рисунок 1.2, а, б) и естественной тягой (рисунок 1.2, в).

В варианте а) поверхность теплообмена находится под наддувом вентилятора, расположенного в нижней части ВКУ. В варианте б) аналогичный вентилятор располагается в верхней части ВКУ, а поверхность теплообмена работает под небольшим разряжением.

В варианте б) температура воздуха перед вентилятором на 20-300С выше за счёт его нагрева в поверхности теплообмена.

Вариант а) обеспечивает большую массовую производительность вентилятора, чем б), так как температура воздуха на входе в а) ниже, а следовательно, плотность его выше.

Вариант в) предполагает наличие высокой башни 3, играющей такую же роль побудителя движения, как и в мокрых градирнях.

Рисунок 1.1 Схемы конденсатных установок с поверхностным воздушным охлаждением:

а) – с воздушным конденсатором (1 – паровая турбина; 2- коллектор входной; 3 – поверхность теплообмена; 4 – коллектор входной; 5 – конденсатосборник; 6 – конденсатный насос; 7 – воздухоудаляющее устройство);

б) – со смесительным конденсатором (1 – паровая турбина; 2- коллектор входной; 3 – поверхность теплообмена; 4 – коллектор входной; 5 – смесительный конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7 – воздухоудаляющее устройство; 8 – циркуляционный насос; 9 – расширительный бак);

I – пар; II – конденсат; III – паровоздушная смесь; IV – циркуляционная вода; V – охлаждающий воздух.

Рисунок 1.2 Схемы подвода охлаждающего воздуха:

а) – принудительная под наддувом;

б) – принудительная под разрежением;

в) – естественная циркуляция;

охлаждающий воздух;

1 – поверхность теплообмена;

2 – вентилятор;

3 – башня.

Конденсации пара в параллельных каналах

В [39] рассматривается физическая модель процесса для случая конденсации пара в параллельных каналах, а также математическая модель для 2-х параллельных каналов. Выполнен расчет, показывающий, что до 30% поверхности не участвуют в теплообмене. Это происходит из-за того, что пар с примесями неконденсирующихся газов, поступающий в первые по ходу воздуха трубки, конденсируется лишь на части поверхности. Следствием будет менее эффективное использование поверхности теплообменника и заметное переохлаждение конденсата на выходе из первых труб, а также опасность замерзания конденсата при отрицательных значениях температуры. На практике более актуально решение задачи для четырёх параллельных каналов.

На рисунке 1.3 показана качественная картина изменения средней температуры охлаждающей среды по мере движения ее в теплообменнике-конденсаторе. Пренебрегая зависимостью температуры насыщения tS от изменения давления, можно увидеть, что температурный напор, определяющий теплосъем с данной трубы, при прочих равных условиях уменьшается от первой до последней . Следовательно, расход и скорость пара в четвертой трубе должны быть меньше, чем в первой. Тогда возникает противоречие: перепад давления пара в первой трубе должен быть больше, чем в четвертой, тогда как в действительности перепад одинаков во всех трубах.