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影响胶球清洗装置凝汽器内压力的确定及其影响因素?

影响胶球清洗装置凝汽器内压力的确定及其影响因素? 

 

     影响胶球清洗装置凝汽器内压力的确定及其影响因素?
一、
胶球清洗装置凝汽器内压力的确定
  在凝汽器内,蒸汽是在汽侧压力相应的饱和温度下凝结。若冷却水量和冷却面积均为无限大时,蒸汽和冷却水之间的传热端差等于零,这时,
胶球清洗装置凝汽器内的压力就等于冷却水温度相对应的饱和蒸汽压力。但实际情况是凝汽器的冷却面积是有限的,蒸汽凝结时放出的汽化潜热通过管壁传 给冷却水,必然会存在一定的温差。同时,冷却水量也是有限的,冷却水吸热后温度将会有所提高,蒸汽凝结温度要比冷却水进口温度高。这 样,胶球清洗装置凝汽器中的压力就需要根据凝汽器中蒸汽和冷却水的温度大小及其分布情况决定。当凝汽器中蒸汽和冷却水的流动近似于逆流情况时,其 温度沿冷却表面的分布如图4-4所示。图中曲线1表示凝汽器内蒸汽凝结温度ts的变化,可以看出,ts在主凝结区内沿着冷却面积基本不变,只是在空气冷却区,由于蒸汽已大量凝结,蒸汽中的空气相对含量增加,使蒸汽分压力p's明显低于凝汽器压力pc,这时p's相对应的饱和蒸汽温度将明显下降。图中曲 线2表示冷却水从进口到出口沿着冷却面积的变化,冷却水在吸热过程中,从进口温度tw1上升到出口温度tw2,其温升Δt=tw2-tw1。冷却水的进水侧温度上升要比出水侧温度上升 快,这是因为进水测温度较低,与蒸汽的传热温差较大,单位传热的热负荷较大的缘故。蒸汽凝结温度ts与冷却水出口温 度tw2之差称为凝汽器的传热端差,用Δt表示,即Δt=ts-tw2。

图4-4蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布
Ac-凝汽器总传热面积;A's-空气冷却区面积
  那么,在一定的冷却面积下,在主凝结区蒸汽的凝结温度为
Δt=tw1+Δt+Δt (4-1)
  在主凝结区,凝汽器压力pc与蒸汽压力p's相差甚微,可用pc代替p's,这样,由式(4-1)算出ts后就可求出相对应的饱和蒸汽压力p's,也就确定了 凝汽器内的压力pc。
二、影响胶球清洗装置凝汽器压力的因素
  式(4-1)是确定和分析凝汽器压力的理论基础,可以看出,影响凝汽器压力久的主要因素有:
1.冷却水进口温度tw1
  胶球清洗装置凝汽器的进水温度在冷却水开式供水系统中完全取决于自然条件,随季节的变化而变化。冬季tw1较低,ts也低,相应地pc也低,即凝汽器真空变高;夏季tw1较高,ts也高,相应地pc也高,凝汽器真空变低。除此以外,水面温度和水底温度不一样,可以相差2~3℃ ;水涨潮、退潮时不能让凝汽器的进水和排水相混,以免使tw1升高。在冷却水闭式供水系统中,tw1还决定于冷水塔或冷却水池的冷却效果。
2.冷却水温升Δt
  根据胶球清洗装置凝汽器内传热的热平衡方程,蒸汽在凝结时放出的热量应等于冷却水吸收的热量,即
Q=1000Dc(hc-h'c)= 1000Dw(h'w2-h'w1)
     =4187DwΔt  (4-2)
  式中Q--凝汽器的传热量(kJ/h);
  Dc、Dw--进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量(t/h);
  hc、h'c--蒸汽和凝结水的比焓(kJ/kg);
  h'w2、h'w1--冷却水出口比焓和进口比焓,kJ/kg。
在低温范围内,水的比焓h'w2、h'w1在数值上约等于水温tw2、tw1的4.18倍,则由上式可得
    (4-2a)
  式中:m=Dw/Dc,为凝结1kg蒸汽所需的冷却水量,称为冷却倍率或循环倍率。增大m,则Δt减小,由式(4-1)知ts也相应减小,凝汽器就可以达到较低的压力,但由于冷却水量的增大,循环水泵的耗功也增大 ,冷却水管的直径也加大,同时由于排汽比容增大,末级叶片尺寸也相应加大,电站投资增大。因此m值的确定应通过技术经济比较,现代凝汽 器的m值约在50~120的范围内,一般情况下,凝汽器开式供水或采用单流程时,m可选用较大值。
  (hc-h'c)是1kg排汽凝结时放出的汽化潜热,对于高真空下的凝汽器来说,比焓差 (hc-h'c)变动范围很小,一般在2140~2220kJ/kg左右,取其平均值,则
 (4-2b)
  可以看出,冷却水温升Δt=tw2-tw1的大小主要决定于循环倍率m,一般为5~10℃。当Dc一定时,若Δt变大了,则表明冷却水量不足,这可能是因为凝汽器的管板被冷却水带进的杂草、小与与鱼虾等 杂物堵塞;可能是冷却水吸水井水位太低,吸不上水,"虹吸"破坏或"虹吸"管堵塞,也可能是循环水泵运行恶化,终都将使凝汽器真空降低 。从式.(4-2b)也可看出,在汽轮机运行状态下,Dc是无法改变的,控制冷却水温升Δt的手段只能是改变冷却水量Dw。当增大Dw时,Δt下降,在同一个Dc下,铺草pc将降低,此时机组的经济性将有所提高。但应注意,此时,由于Dw的增大,使机组的厂用电也增大了。
3.凝汽器的传热端差Δt
由凝汽器的传热方程可知在蒸汽凝结时,传给冷却水的热量为
Q=Dc(hc-h'c)=AcKΔtm=DwΔ t  (4-3)
  式中K--凝汽器的总体传热系数[kJ/(m2h℃)];
  Ac--冷却水管外表面总面积(m2);
  Δtm--蒸汽与冷却水之间的平均传热温差(℃)。
  由图4-4可以看出,由于空冷区传热面积Aa很小,一般可假设蒸汽凝结温度ts,沿冷却面积不变,而用冷却水的对数平均温 差代替平均传热温差,则
 (4-4)
  将式(4-4)、式(4-2)和式(4-3)联立,可得
 (4-5)
  可以看出,传热端差Δt=ts-tw2与冷却面积、传热量、传热系数和冷却水量有关,传热越强, 端差越小。一般情况下,Δt=3℃~10℃。当然,Δt越小越好。设计时,Q一定,DW主 要根据m决定,K只能按经济数值取定,此时,只有增大传热面积人才能减小Δt,从而使凝汽器体积增大,占地面积增 大,投资增大,同样需进行技术经济比较。对于运行机组,Ac已定,在一定的蒸汽负荷和冷却水量条件下,Δt的 大小主要取决于K,即凝汽器冷却表面的清洁程度和凝汽器内积存的空气量。胶球清洗装置凝汽器冷却表面结垢或变污会妨碍传热,引起Δt升高;当 真空系统不严密,或抽气设备工作不正常时,将会使凝汽器内积存空气,并在冷却表面形成部分空气膜,同样妨碍传热,使Δt升高。这些都将使ts增大,使凝汽器压力升高,在运行中,当Δt达到一定值时,就应考虑对凝汽器进行清洗,以改善传热效果。
三、总体传热系数的确定
  在胶球清洗装置凝汽器中,汽轮机排汽与冷却水之间的传热过程一般有三个阶段,即蒸汽在冷却水管外的凝结放热,热量由冷却水管外表面传至内表面,再 由冷却水管内表面将热量传至管内的冷却水。
  在
胶球清洗装置凝汽器的传热方程式(4-3)中,关键是传热系数K的确定。如果将冷却水管的圆形管壁传热近似看成平壁传热,则传热系数可表示为
 (4-6)
  式中α1--蒸汽向水管外壁的放热系数;
  δ--水管的壁厚;
  λ--水管壁的热导率;
  α2--水管内壁对冷却水的放热系数。
  上式中,汽侧放热系数α1的确定十分复杂,至今仍在探索之中,它与水管的排列形状,水管排数等多种因素有关,一根管子的α1可以确定, 但对于管束就很难解决。此外,胶球清洗装置凝汽器处于真空状态,空气将要漏人,含有空气的蒸汽向管壁的放热现象更为复杂,而且空气的相对含量是变 化的,热交换的条件在凝汽器内也各处不同。由于α1不能由理论公式计算出,因此也就不可能由式(4-6)计算出传热系数K。
  考虑到上述情况,到目前为止,在进行胶球清洗装置凝汽器的热力计算时;总体传热系数K是由根据实验和理论分析得到的经验公式进行计算。通常使用的计 算公式为
 (4-6)
  式中φ--冷却表面清洁程度修正系数,即清洁系数;对于开式供水系统,水质清洁时φ=0.8~0.85;对于闭式供水系统,经 常换水时φ=0.7~0.8,冷却水不清洁时,φ=0.65~0.75;
  φw--冷却水流速和管径的修正系数,可用下式计算;
  cw--冷却水在管内的流速,应根据管材、水质、供水方式等进行技术经济比较后选定,一般为1.5~2.5m/s;
  d1--冷却水管内径;
  φt--冷却水进口水温修正系数;
  φz--冷却水流程数z的修正系数;
  φd--
胶球清洗装置凝汽器单位面积蒸汽负荷Dc,的修正系数,单位时间内在单位面积上冷凝的蒸汽量,称为单位热 负荷,即Dc=Dc/Ac。当Dc在设计值Dcd 与临界值Dcc=(0.9-0.012tw1)Dcd之间,即DccDc≤Dcd时,不需修正,φd=1。当DcDcc时,需进行修正,φd=δ(2-δ),δ=Dc/Dcc。



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