Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и перспективы использования ПГУ
1.1 Энергетика Иордании 15
1.1.1 Действующие электростанции в Иордании 15
1.1.2 Стратегия развития электроэнергетики Иордании 17
1.2 Проблема воды в Иордании 18
1.3 Иорданские электростанции с воздушными конденсаторами 19 1.3.1 «Аль-Хуссейн» электростанция 20
1.3.2«Рыхаб» электростанция 21
1А Этапы развития и особенности парогазовых установок 23
1.5 Термодинамические показатели парогазовых установок с котлом-утилизатором 27
1.6 Тепловые потоки и показатели ПГУ с одноконтурным КУ 30
1.7 Тепловые потоки и показатели ПГУ с двухконтурным КУ 36
1.8 Термодинамические показатели парогазовых установок с ВПГ И НПГ 38
1.9 Обзор показатели конденсационных парогазовых установок
ПГУ КЭС 42
2. Конденсационные установки электростанции 54
2.1 Работа конденсационной установки и ее основных элементов 54
2.2 Типы конденсаторов 56
2.2.1 Конденсаторы смешивающего типа 57
2.2.2 Поверхностные конденсаторы 59
2.3 Классификация поверхностных конденсаторов 61
2.3.1 Конденсатор с водяным охлаждением 62
2.3.2 Конденсатор с воздушным охлаждением (КВО) 66
2.3.3 Конденсатор с гибридным охлаждением 67
2.4 Классификация конденсаторов с воздушным охлаждением (КВО) 70
2.4.1 Классификация по способу воздушного охлаждения 70
2.4.2 Классификация по пространственному расположению вентилятора и трубных пучков 73
2.4.3 Классификация по числу ступеней конденсации: одноступенчатые, 76 двухступенчатые
2.5 Конструкция КВО и процесс конденсации пара 79
2.6 Трубы панелей КВО 82
2.7 Аэродинамические элементы КВО 85
2.8 Обзор литературных источников 88
3. Методика расчета конденсатора с воздушным охлаждением 93
3.1 Описание методики исследования 93
3.2 Тепловой расчет конденсатора с воздушным охлаждением 94
3.2.1 Уравнение теплового баланса 94
3.2.2 Определение коэффициента оребрения труб 95
3.2.3 Определение коэффициента теплоотдачи 96
3.2.4 Определение среднего температурного напора 100
3.3 Аэродинамический расчет КВО 101
3.4 Выбор вентиляторов 103
3.5 Определение геометрических размеров КВО 106
3.6 Шахматные пучки круглых труб со спиральными накатными и навитыми ребрами 109
3.7 Шахматные пучки труб с эллиптическим оребрением 114
3.8 Гидравлический расчет 117
3.9 Гидравлическое сопротивление и теплоотдача при конденсации в горизонтальных трубах 119
3.10 Гидравлическое сопротивление при конденсации в вертикальных трубах 120
3.11 Теплоотдача внутри труб, произвольно ориентированных в пространстве 121
4. Расчета величины поверхности секций конденсатора воздушного охлаждения при конден сационном режиме работы паровой турбины 123
4.1 Исходные данные 123
4.2 Уравнение теплового баланса 123
4.3 Методика расчета поверхности секций конденсатора воздушного охлаждения 124
4.4.1 Определение поверхности и размеров эллиптических труб конденсаторных секций 125
4.4.2 Определение характеристик вентилятора 127
4.4.3 Определение числа конденсаторных секции и числа вентиляторов 128
4.4.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 129
4.4.5 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара 130
4.4.6 Определение коэффициента теплопередачи оребренной трубы и площади теплообмена конденсаторной секции 132
4.4.7 Определение среднего температурного напора 132
4.4.8 Расчет аэродинамических сопротивлений конденсаторных секций конденсатора воздушного охлаждения 133
4.4.9 Расчет дефлегматорных секций конденсатора воздушного охлаждения 135
4.4.10 Определение поверхности труб дефлегматорных секций 135
4.4.11 характеристики вентиляторов дефлегматорных секций 135
4.4.12 Определение числа вентиляторов дефлегматорных секций 136
4.4.13 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 137
4.4.14 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара 138
4.4.15 Определение коэффициента теплопередачи оребренной трубы и площади теплообмена дефлегматорных секции 139
4.4.16 Определение среднего температурного напора 139
4.4.17 Определение расчетной площади поверхности теплообмена одной дефлегматорной секции 139
4.4.18 Аэродинамический расчет дефлегматорных секций 140
4.5Второй вариант 141
4.5.1 Определение поверхности и размеров круглых труб конденсатор ных секций 141
4.5.20пределение характеристик вентилятора 144
4.5.3 Определение числа конденсаторных секции и числа вентиляторов 146
4.5.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 147
4.5.5 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара 148
4.5.6 Определение коэффициента теплопередачи оребренной трубы и площади теплообмена конденсаторной секции 149
4.5.7 Определение среднего температурного напора 150
4.5.8 Расчет аэродинамических сопротивлений конденсаторных секций конденсатора воздушного охлаждения 151
4.5.9 Расчет дефлегматорных секций конденсатора воздушного охлаждения 151
4.5.10 Определение поверхности труб дефлегматорных секций 153
4.5.11 характеристики вентиляторов дефлегматорных секций 153
4.5.12 Определение числа вентиляторов дефлегматорных секций 153
4.5.13 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 154
4.5.14 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара 155
4.5.15 Определение коэффициента теплопередачи оребренной трубы и площади теплообмена дефлегматорных секции 157
4.5 1.6. Определение среднего температурного напора 157
4.5.17 Определение расчетной площади поверхности теплообмена одной дефлегматорной секции 157
Расчет аэродинамических сопротивлений дефлегматорных секций конденсатора воздушного охлаждения 157
4.6 Выводы 160
Заключение 164
Список использованной литератур
- Стратегия развития электроэнергетики Иордании
- Классификация поверхностных конденсаторов
- Тепловой расчет конденсатора с воздушным охлаждением
- Методика расчета поверхности секций конденсатора воздушного охлаждения
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время условия проектирования и строительства новых энергетических установок все более усложняются из-за дефицита технической воды для восполнения потерь пара и циркулирующей охлаждающей воды Этот дефицит обостряется на фоне ухудшения качества воды, в связи с чем все большее число заказчиков паротурбинных установок в мире отдают предпочтение использованию воздушно-конденсационных установок Многие страны стали сильно страдать от нехватки воды в течение последних лет В Иордании, которая является ближней восточной страной, водная доля на человека была 175 м3/год в 2003 г, международные специалисты считают, что минимальная водная доля должна быть 1000 м3 в год
На первый взгляд воздушно-конденсационные установки оказываются неподходящим вариантом для условий Иордании, ее климат средиземноморский За последние 20 лет летняя среднемесячная температура росла и иногда превышала 40 С Повышение температуры окружающей среды оказывает большое влияние на показатели электростанции, особенно, когда температура превышает расчетную температуру охлаждающего воздуха Однако установка воздушного конденсатора является единственным вариантом из-за нехватки воды Будущие иорданские электростанции должны иметь высокий коэффициент полезного действия (максимальный коэффициент полезного действия работающих электростанций - 34 % до 2006 г ), и отвечать требованиям экономики Иордании, иорданским и международным экологическим требованиям Предполагается, что будущее энергетики Иордании за комбинированными установками с воздушным конденсатором
Объем водных запасов Земли выражается цифрой 1,35 1,45 млрд км3, но пресной воды немного, всего 2,5 % от общего количества, причем около 60 70 % ее находится в твердом состоянии Оставшееся незначительное количество пресной воды неуклонно уменьшается вследствие возрастающего использования ее на цели охлаждения и очистки Один кубический метр воды промышленного производства при сбросе загрязняет несколько сот кубометров воды Накопление и очистка водных стоков не исключают постоянной угрозы разового (залпового) загрязнения источников технического водоснабжения в аварийных ситуациях, а ликвидация последствий сопряжена со значительными материальными затратами, которые не способны восстановить равновесие в окружающей среде
Процесс передачи теплоты от конденсирующегося пара к охлаждающему
агенту осуществляется в теплообменном аппарате - конденсаторе Конденсаторы бывают смешивающего и поверхностного типов Необходимо отметить, что расходы охлаждающей воды на охлаждение различного оборудования составляют десятки тысяч кубометров в час Использование такого большого количества воды заметно обострило экологическую обстановку не только стран с ограниченными источниками водоснабжения, но и страны со значительными запасами пресной воды
Паровые турбины широко используются на электростанциях и промышленных предприятиях Такие турбины являются приводом не только электрических генераторов, но также всех типов насосов, вентиляторов, компрессоров, мельниц, бумажных машин и так далее Конденсаторы соединяются с выхлопами этих турбин, чтобы конденсировать пар Вода и воздух обычно выбраны как охлаждающая среда Вода может быть однократно использована (водное охлаждение с открытым циклом) или неоднократно (водное охлаждение с закрытым циклом) Воздушное охлаждение использует атмосферу как холодный источник Сегодня многие научные исследования обращают внимание на экологический аспект и отдают ему приоритет перед экономическим аспектом Системы воздушного охлаждения имеют несколько экологических преимуществ и недостатков по сравнению с системами водного охлаждения
Целью работы является исследование оптимальной конструкции для применения конденсаторов воздушного охлаждения (КВО) в теплоэнергетике для условий Иордании - при жарком климате и нехватки воды
В соответствии с поставленными целями решались следующие задачи
анализ научных публикаций и трудов по теме диссертации (общий обзор по теме),
анализ информации с целью определения наиболее крупных производителей соответствующего оборудования и комплектующих для производства КВО,
исследование существующих конструкций конденсаторов воздушного охлаждения и выбор оптимальной конструкции для осуществления конденсации водяного пара,
сравнение затрат электроэнергии на привод вспомогательного оборудования данной турбоустановки (только для конденсации отработавшего пара) в случае применения традиционного конденсатора в сочетании с градирней и в случае использования КВО,
обобщение данных по опыту проектирования, строительства и эксплуатации КВО в России и за рубежом
- разработка методики расчета воздушных конденсаторов Основные методы научных исследований. В работе использованы методы вычислительной математики, теории тепломассообмена, эмпирические формулы коэффициента теплоотдачи коэффициента аэродинамического сопротивления, термодинамического анализа энергоустановок Научная новизна работы заключается
-
В проведении энергетического анализа циклов комбинированными установками
-
В разработке методики расчета поверхности секций конденсатора воздушного охлаждения и расчета аэродинамического сопротивления
-
В анализе различных конструкций конденсатора отвечает требованиям экономики Иордании, иорданским и международным экологическим требованиям Предполагается, что будущее энергетики Иордании за комбинированными установками с воздушным конденсатором
-
В разработке технических предложении по совершенствованию схем включения воздушного конденсатора
Практическая ценность работы. Обоснованные в работе предложении по техническим решениям позволяют добиться надежной и качественной работы КВО Результаты работы могут использоваться эксплуатационными и проектными организациями при выборе оптимальная конструкция КВО при жарком климате и нехватки воды, и одновременно решить экологических проблем Публикации. По теме диссертация опубликовано 8 печатных работ Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы Основной текст изложен на 171 страницах, диссертация содержит 47 рисунков, 17 таблиц, список использованных источников, включающий 49 наименования
Стратегия развития электроэнергетики Иордании
В связи с трудностями в области производства и потребления электроэнергии на национальном уровне Иордания расширяет международное сотрудничество. Заключены долгосрочные соглашения с Египтом, Сирией, Ливаном, Ираком и Турцией. В ближайшее время будут расширены контакты с Европой. Электрическая сеть свяжет Иорданию с Европейской энергосистемой через Турцию с восточной стороны и через северную Африку с западной стороны. Для того, чтобы укрепить это сотрудничество, необходимо модернизировать национальные электрические сети. Иордания и соседние страны имеют высокую потребность в получении и скорейшем внедрении новых энергетических технологий, учитывая специфические особенности энергетики на этих территориях. Сейчас для осуществления государственных проектов необходимо привлекать инвесторов и использовать местные инвестиции, чтобы соответствовать высоким международным стандартам.
Исходя из ожидаемого роста спроса на электрическую энергию, CEGCO были усовершенствованы и расширены работающие электростанции. Эти проекты разработаны согласно новым техническим исследованиям в области потерь внутренней мощности, статистическим данным анализа генерации электроэнергии в Иордании и их сравнения с аналогичными международными данными. Правительство разрешило строить частные электростанции, чтобы покрывать возрастающие потребности электроэнергии[44].
Будущие электростанции должны иметь высокий коэффициент полезного действия для условий Иордании (максимальный коэффициент полезного действия работающих электростанций - 34% до 2006 года), и отвечать требованиям экономики Иордании, иорданским и международным экологическим требованиям. Предполагается, что будущее энергетики Иордании за комбинированными установками с воздушным конденсатором 1.2 Проблема воды в Иордании
Паровые турбины широко используются на электростанциях и промышленных заводах. Конденсаторы соединяются с выхлопами этих турбин, чтобы конденсировать пар. Конденсация пара происходит при вакууме в конденсаторе паровой турбины. Величина этого вакуума влияет на мощность паровой турбины. В качестве охлаждающей среды обычно используются вода или воздух. Воздушное охлаждение может неблагоприятно повлиять на мощность установки из-за более худшего вакуума. Несмотря на то, что системы воздушного охлаждения имеют более низкую эффективность, чем системы водяного охлаждения, многие страны используют системы воздушного охлаждения, потому что они стали сильно страдать от нехватки воды в течение последних лет, в том числе Иордания.
Иордания - ближневосточная страна. Её климат средиземноморский. Иордания имеет дефицит водных ресурсах. Иордания классифицирована как одна из самых бедных стран- по запасам воды- (см. табл. 1.3). В Иордании вода используется первоначально для сельского хозяйства. Сельское хозяйство потребуется 77.5% доступной воды, остальная вода идет на ЖКХ и промышленное производство. Годовой рост потребности воды в Иордании оценен в 25 Мм3/г [2]. Этот рост обусловливается урбанизацией и промышленным производством, а также ростом расхода на ЖКХ, из-за роста населения. 1.3 Иорданские электростанции с воздушными конденсаторами «Аль-Хуссейн» электростанция
В 1975 году была создана первая иорданская энергетическая установка с мощностью 397 МВт (363 МВт паротурбинная установка и 34 МВт отдельная газотурбинная установка), она называется Аль-Хуссейн. Она расположена в 30-х км на северо-востоке от Аммана и строилась в 4 этапа (см. табл. 2) [47]. Станция генерирует около 25% иорданской электроэнергии (в 2005г). Она работает на мазуте, и требует 480 тысяч м воды в год. Для конденсации пара используется воздушный конденсатор шатрового нагнетательного типа, при окружающей температуре 32,2С. Производителем воздушных конденсаторов является компания GEA.
Каждый конденсатор ббМВт-энергоблока состоит из 18 секций, и у каждой секции есть вентилятор - его диаметр 6м. Вентилятор состоит из 6 лопастей и работает на 2 скорости (280,140 оборотов в минуту). Площадь конденсатора занимает 35,96X36 м2, и его высота 9,28м. Конденсатор состоит из 18792 оребренных труб, и длина трубы: 7м, её материал: сталь ASTMA214, её поперечное сечение: эллиптическое) (см. рис. 1.2).
Характеристики ребра: поперечное сечение: прямоугольник, материал низкоуглеродистая сталь. Пучок - трехрядный, шахматная компоновка и одноходовой. Шаг ребра изменится по рядам, чтобы компенсировать повышение температуры воздуха, когда воздух последовательно проходит над трубками. Таким образом, конденсация пара сбалансирована в трёх рядах трубками. КПД Аль-Хуссейна электростанции 29% и удельный расход тепла 13076,6 кДж/ кВтч (294,7 г/ кВтч).
Характеристики пучков воздушного конденсатора На первый взгляд на электростанция Аль-Хуссейн, воздушный конденсатор окажется неподходящим вариантом для паротурбинной электростанции в условиях Иордании. Однако воздушный конденсатор является единственным вариантом из-за нехватки воды. За последнее 20 лет летняя среднемесячная температура росла на 4С, и иногда температура превышает 40С. Повышение температуры окружающей среды оказывает большое влияние на показатели Аль-Хуссейна электростанции, особенно, когда температура превышает расчетную температуру (32,2С). Летом вентилятор работает на высокой скорости и расход пара уменьшается, чтобы поддерживать вакуум (27 кПа), что вызывает, уменьшение мощности электростанции. Воздушный конденсатор является главной, но не единственной причиной низких показателей Аль-Хуссейна электростанции, есть и другие причины, например, высокая температура уходивших газов котла (140... 150 С). В условиях Иордании, воздушный конденсатор может быть подходящем вариантом для парогазовой установки. Иордания начала внедрение парогазовых установок с воздушным конденсатором.
Классификация поверхностных конденсаторов
Отработавший пар из турбины, связанной с генератором, направляется в конденсатор, представляющий собой теплообменный аппарат, в котором происходит его конденсация. Для отвода тепла, выделяющегося при конденсации пара, через трубки конденсатора, образующие поверхность охлаждения, циркуляционным насосом непрерывно прокачивается охлаждающая вода. Вода забирается из расположенных вблизи станции естественных источников водоснабжения — реки, озера или моря. При отсутствии в районе станции естественных источников водоснабжения вода поступает в конденсатор из искусственных источников водоснабжения— градирни, охлаждающего пруда либо брызгального бассейна. В последних происходит охлаждение нагревшейся в конденсаторе охлаждающей (циркуляционной) воды, после чего она вновь используется для целей конденсации пара. В первом случае система водоснабжения называется прямоточной (см. рис.2.4). При использовании искусственных источников система водоснабжения носит название оборотного водоснабжения (см. рис.2.5).
Существуют и комбинированные системы, когда одновременно применяются и прямоточное и оборотное водоснабжение, Образовавшийся в результате конденсации пара конденсат откачивается из конденсатора конденсатным насосом и подается в деаэраторы питательной воды для паровых котлов. Абсолютное большинство современных ПТУ имеют водяные конденсаторы, для охлаждения которых используются как естественные, так и специально созданные источники воды.
Система водяного охлаждения с прямоточным циклом используется в электростанциях, которые расположены около больших водных источников, например, моря, баканов или крупнейших рек (см, рис.2.4-а). Вода прокачивается с одной стороны электростанции, течет в конденсаторе и сбрасывается с другой стороны, отдаленной от входа, чтобы предотвратить рециркуляцию нагретой воды. Системы с прямоточным циклом имеют высокие расходы воды и относительно низкие температурные нагреты, чтобы ограничить повышение температуры водных источников. В более теплые летние периоды используется градирня- известна как Helper-, чтобы ограничить температуру нагретой воды, обычно не выше чем 30С( см. рис.2.4-б ). В этой системе, градирни установлены на конце прямоточных систем, чтобы уменьшать выброс теплоты в водных источников. Прямоточные системы с градирнями используются в Германии и Франции, где электростанций расположены на крупнейших реках. Паровая турбинная установка мощностью 350 МВТ требует воду приблизительно 15000...20000 L/s[40].
В системе оборотного цикла охлаждающая вода отбирает теплоту от конденсатора и сбрасывает её в атмосферу. В градирне нагретая вода падает на специальные устройства (набивки), которые разбивают её на капельки или пленки. Охлаждение нагретой воды происходит при испарении части воды с потоком воздуха, проходящего через градирню (см. рис.2.5). Для данных систем очень существенным является уровень безвозвратных потерь, т. е. унос частиц влаги с охлаждающим воздухом. В среднем они составляют до 3% от всего объема использованной воды [22]. Рис. 2-4. Принципиальная схема конденсатора с прямоточным циклом водяного охлаждения, а- без градирни б- с градирни (Helper). 7-конденсатор; 2- турбина; 3- насос охлаждающей воды; 4- водяное тело; 5-помощная градирня. Рис. 2-5. Принципиальная схема конденсатора с оборотным циклом водяного охлаждения./- конденсатор; 2- турбина;3- циркуляционный насос; 4-компенсационная вода; 5- градирня; б-отвод воды; 1- бассейн.
Отношение расхода охлаждающей воды к расходу поступающего пара в конденсатор назьшается кратностью охлаждения (т). Это соотношение показывает, какое количество воды необходимо для конденсации 1 кг пара. Кратность охлаждения выбирается на основе технико-экономического анализа для ПТУ в целом. При этом учитывается, что увеличение т, с одной стороны, означает углубление вакуума в конденсаторе, а с другой — требует больших капитальных вложений в систему водоснабжения электростанции (больше расход охлаждающей воды, больше мощность циркуляционных насосов и др.). Выбор кратности охлаждения взаимосвязан и с конструкцией конденсатора, в частности с числом ходов воды в аппарате (табл. 2.1).
В конденсаторах современных паровых турбин недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения обычно составляет З...ЮС [10]. Большие значения недогрева, как правило, относятся к одноходовым конденсаторам. Необходимо иметь в виду, что в части технической литературы, а также в условиях эксплуатации недогрев иногда называют температурным напором. Давление в конденсаторе зависит от следующих основных параметров: температуры охлаждающей воды на входе, кратности охлаждения, коэффициента теплопередачи и удельной паровой нагрузки. Существенное влияние на эффективность работы конденсатора оказывают присосы воздуха, а также эффективность работы воздушных насосов. Необходимо также иметь в виду, что на эффективность работы оказывают влияние паровое сопротивление конденсатора и переохлаждение конденсата.
Поток воздуха проходит через градирню по естественной или искусственной тяге. Естественный воздушный поток достигается за счет помещения установки в корпус градирни (см. рис. 2.6,а), и вынужденный воздушный поток обеспечивается тягодутьевыми вентиляторами, расположенными в верхней части градирни (см. рис.2.6,б). Градирня естественной тяги является экономически выгодной только при условии больших размеров, которые оправдывают стоимость большой бетонной оболочки. Градирни естественной тяги - самые популярные для больших ТЭС в Европе, Южной Африке и восточных Соединенных Штатах Америки. Они не используются в более сухих областях западных Соединенных Штатов Америки, поскольку их рабочие характеристики лучше подходят для более прохладных и более влажных областей.
В градирнях искусственной вентиляции большие вентиляторы осевого потока снабжают воздушный поток. В то время как вентиляторы имеют недостатки, связанные с потреблением мощности (1,5...2,0 МВт для электростанция с мощностью 420 МВт) [40], но имеют и преимущество: могут обеспечить низкие конденсационные температуры, особенно в горячие сухие ДНИ.
Тепловой расчет конденсатора с воздушным охлаждением
При проектировании КВО различают конструкторский и тепловой поверочный расчеты. Цель конструкторского расчета - определение площади поверхности теплообмена с последующей разработки новой конструкции аппарата или подбор его из выпускаемых промышленностью стандартизованных типов по исходным данным. Цели теплового поверочного расчета по известной площади теплообменной поверхности аппарата -определение величин переданного теплового потока, конечных температур теплоносителей и их параметров в заранее выбранной к использованию конструкции теплообменника со всеми техническими характеристиками.
Тепловой расчет КВО, являющийся рекуперативным поверхностным аппаратом, состоит из совместного решения уравнений теплового баланса и теплопередачи.
Тепловой поток, передаваемый в конденсаторных секциях КВО, определяется из уравнения теплового баланса. При изменении агрегатного состояния охлаждаемого энергоносителя (конденсация водяного пара) уравнение теплового баланса записывается в виде: & = Gn(hnl-hn2)t] = GaCa{Ta2al) (з.6) где QK - тепловой поток (количество теплоты), передаваемый поверхностью теплообмена конденсаторных секций воздуху; Gn, Ga- массовый расход пара и воздуха в конденсаторные секции; hni, Ьп2 - энтальпия пара на входе в КВО и конденсата пара на выходе из него; г)= 0,985 - коэффициент тепловых потерь; c2 — удельная теплоемкость воздуха; Таь Та2 - температуры охлаждающего воздуха на входе и выходе из КВО.
Здесь и в дальнейшем индекс «п» относится к охлаждаемому энергоносителю - пару, «а» - к охлаждающему воздуху, «1» - к параметрам на входе, «2» - к параметрам на выходе.
Вследствие малой интенсивности теплопередачи при охлаждении поверхностей воздухом при атмосферном давлении для повышения тепловой эффективности КВО применяются только оребренные трубы. Оребренные трубы - основной конструктивный элемент КВО, определяющий эффективность его работы, металлоемкость и стоимость. Для определения коэффициента оребрения труб панелей конденсата принимает следящую методику.
Число ребер на 1 м трубы определяется по формуле, шт: _1000 11 -— (3.7), где s шаг ребра. Площадь наружной поверхности 1м оребренной трубы определяется по формуле, м2: F0 = LH х 1, где LH длина наружной окружности оребренной трубы. Площадь поверхности 1м оребренной трубы, занятая ребрами в их основании определяется по формуле, м2: Fpo = LHX n х А, где Л толщина ребра.
Площадь поверхности межреберных участков 1м оребренной трубы определяется по формуле, м2: FTP = F0 -Fpo. Площадь поверхности торцов ребер на 1м трубы определяется по формуле, м2: FT = L H х п х А, где L H длина наружной окружности ребра. Полная площадь поверхности оребрения 1м трубы определяется по формуле, м2: F=FTP+FT+F6, где & площадь боковой поверхности ребер на 1м трубы Плошадь поверхности ребер с учетом торцов определяется по формуле, м ; FP=FT+F6. Коэффициент оребрения трубы определяется по формуле: _F_ (р F (З-8) о
Теплоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на свободную, или естественную (движение жидкости происходит вследствие разности плотностей в разных точках жидкости), и вынужденную, или принудительную (движение жидкости происходит вследствие затраты на этот процесс энергии извне с помощью насоса, мешалки и т. п.).
Обычно расчет скорости процесса, теплоотдачи осуществляют с помощью эмпирического закона охлаждения Ньютона или уравнения теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1 м2 поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 м2 к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой 1 град.
В отличие от коэффициента теплопередачи (К) коэффициент теплоотдачи (а) характеризует скорость переноса теплоты в теплоносителе. Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов: режима движения и физических свойств теплоносителя (вязкости, плотности, теплопроводности и т.д.), геометрических параметров каналов (диаметра, длины), состояния поверхности омываемых теплоносителями стенок (шероховатая, полированная и т.п.). Таким образом, коэффициент теплоотдачи является функцией многих переменных, и простота уравнения (8) только кажущаяся, так как получить аналитическую зависимость для определения а очень сложно.
При вынужденной величина теплоотдачи зависит от числа Рейнольдса (Re) и числа Прандтля (Рг). Коэффициент теплоотдачи определяется по эмпирическим формулам: где Nu - число Нусселъта (Рг); число Прандтля; Re - число Рейнольдса; Я-коэффициент теплопроводности жидкости; ci,C2 и сз— определяют опытным путем.
Критерий Нусселъта (Nu) характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью (т.е. теплоотдачей) к теплоте, передаваемой теплопроводностью ( Lxc - определяющий геометрический размер: например, для потоков, движущихся в трубе - диаметр трубы). Поскольку коэффициент теплоотдачи а в Nu в условия однозначности не входит, этот критерий является определяемым.
Критерий Прандтля (Рг) характеризует подобие физических свойств теплоносителей. Для капельных жидкостей значение Рг с увеличением температуры уменьшается. Для газов Рг 1, для жидкостей Рг = 10 — 100.
Методика расчета поверхности секций конденсатора воздушного охлаждения
Принимаем площадь теплообменной дефлегматорной секции равной 1175,3м2, которая на 23,1% превышает расчетную площадь поверхности теплообмена, с целью наличия запаса поверхности теплообмена при снижении коэффициента теплопередачи, вследствие загрязнения поверхности оребренных труб как снаружи, так и внутри, а также из-за прогиба труб и по другим причинам.
Аэродинамический расчет дефлегматорных секций конденсатора воздушного охлаждения. Определяем число Рейнольдса для воздуха при средней температуре воздуха по формуле: 5,35x0,0459 1,763x10 5 J (wL а ХС \ Re = = 13804,39 \ v J
Число Эйлера для воздуха при его средней температуре определяется по вышеприведенной формуле, численные значения коэффициентов остаются такими же: Еи0 = 206(Re )-0,59 =206(13804,39)-0,59 =0,7435 Потеря давления изотермического потока воздуха на конденсаторной секции определяется по формуле. Па: Ap2=Eu0xzxp хша2=0,7435х2х1,1194х5,352=47,64Па Потери давления от ускорения потока воздуха вследствие его нагревания определяются по формуле, Па; 140 др =ЭД2- Г,,)/? ,3 = 2(13,92) 1,1194х5,35:- 273,15 + Га 2 273,15 + 42,92 2 Потери давления от самотяги определяются по формуле, Па; Ар 2 =(р -p0)gAhi = (l.1447-1.1131)9,81x8 = 2,47Па
Аэродинамическое сопротивление КВО определяется по формуле, Па: &Ра=АР2+&Ру2 + АР2 =47,64 + 1,41 + 2,47 = 51,52 Па Принимаем величину динамического напора воздуха в проходном сечении вентилятора 50 Па [28]. Потребляемая вентилятором мощность, кВт, М = - -= Г =14,55кВ УФ» =610,55хЮдх 51,52 3,6х106//в 3,6х 10бх0.60 Мощность, потребляемая электродвигателем вентилятора, кВт, 14,55 = .4,55 М„ 0,92x0,95 Мощности привода вентилятора определяется по формуле, кВт: N = NMxk, =16,65x1,15 = 19,14кВ 4.5 Второй вариант 4.5.1 Определение поверхности и размеров круглых труб конденсаторных секций Допустим установлены двухрядные шахматные компоновки пучки круглого поперечного сечения труб с круглом оребрением. Таким образом, для расчета поверхности конденсаторов и дефлегматоров принимаем круглые оребренные трубы. Труба изготовлена из стали 10: наружный диаметр трубы с!ц= 25 мм; толщина стенки трубы 5ст = 2мм: внутренний диаметр трубы di = 21 мм. Ребра из стали 10: высота ребра h = 13 мм; 141 толщина ребра А = 0,5 мм и одинакова по всей длине ребра; шаг ребра s = 2,5 мм. Число ребер на 1 м трубы определяется по формуле, шт: 1000 1000 .пп s 2,5 длина наружной окружности оребренной трубы. LH =ndH =ях0,0785м
Площадь наружной поверхности 1м оребренной трубы определяется по формуле, м : F0 = LHxl= 0,0785м2 Площадь поверхности 1м оребренной трубы, занятая ребрами в их основании определяется по формуле, м : Fpo = LHx п х Д= 0,0785x400x0,0005= 0,0157м2. Площадь поверхности межреберных участков 1м оребренной трубы определяется по формуле, м2: FTP = Fo -Fpo=0,0785-0,0157=0,0628M2. Площадь поверхности торцов ребер на 1м трубы определяется по формуле: FT =Ь,хДхи =я(«с/н+2А)хАхя =л-[0,025+2х0,013]х0,0005х400=0,0320м2 ?б Площадь боковой поверхности ребер на 1м трубы определяется по формуле: F6= [(dH+2h)2-(dHf]x2xn = -[0,0512-0,0252]х 2x400 = 1,242м2 Плошадь поверхности ребер с учетом торцов определяется по формуле; FP=FT+F6=0,032+1 ,242=1,2735м2. Полная площадь поверхности оребрения 1м трубы определяется по 142 формуле, м2: F=FTP+FP =0,0628+1,2735=1,3363м2 Коэффициент оребрения трубы определяется по формуле: = Ж = 17,62 Fo 0,0758 Ширина в свету стандартизированной теплообменной секции: В =2,44м. Принимаем шаги разбивки труб следующими: поперечный шаг труб в пучке Si = 55,36 мм; продольный шаг труб в пучке S2" 41,6 мм. Число оребренных трубок в нечетных рядах секции определяется по формуле, шт.: В 2 44 АЛ п.- — = — = 44 1 Sx 0,05536 Число оребренных трубок в четных рядах секции определяется по формуле, шт.: пг =Wj-l = 43 Общее число труб в секции: Пс =44+43=87шт Число труб в одном ходу секции определяется по формуле, шт.: „.= = = 87 Z, 1 где 2гц число ходов в секции. Площадь поперечного сечения трубок одного хода для водяного пара в секции определяется по формуле, м : = .(0,021)287 = 0,03013м2 4 ще ft площадь поперечного сечения трубы. Установленная площадь поверхности теплообмена одной секции определяется по формуле, м2: 143 FC=FXIX«C=1,3363X7X87 = 813,8M2 , где! длина трубы (7M). 4.5.2 Определение характеристик вентилятора Характерная длина оребренной трубы в поперечном потоке воздуха определяется по формуле, м: 4/,+ 0,785( - ) 0,0628ЛЛ„Г 1,2735 L =M2fo,025+biix. Jo,785(0,0512-0,0252) = 0,387.w лс 1,3363 1,3363 v V / Эквивалентный диаметр определяется по формуле, м: 2rs(S,-de)-2hAl 2[0,003(0,05536-0,025)-2хО,013хО,0005І А - _LU—1 1=_u—L: :—і : : 1=о, 0098бм 2h + s 2x0,013 + 0,003 Угол подъема винтовой линии ребра определяется по формуле, : ґп x.s F -arctg\ = 053 1x0,0025) nd у = arctg \ л-0,051 Принимаем скорость воздуха в сжатом поперечном сечении пучка равной wa=2; 5; 7м/с. Число Рейнольдса для воздуха при нормальных условиях определяется по формуле:
