4 Характеристики паро-паровых теплообменников

К паро-паровым теплообменникам относятся поверхностные испарители, в которых за счет теплоты греющего пара из питательной воды (как правило, химически очищенной) получается вторичный пар, который может использоваться для получения дистиллята, или для технологических нужд. На рис. 8 показан водотрубный испаритель И-250-2 энергоблока КЭС мощностью 300 МВт, служащий для восполнения потерь пара и конденсата на электростанции.

Рис. 8. Водотрубный испаритель.

1  корпус;

2  греющая секция;

3  набивка из колец Рашига;

4  водораздающее устройство;

5  опорный дырчатый лист;

6  дырчатый лист;

7  опускные трубы;

8  переливные бортики;

9  подвод греющего пара;

10  подвод питатель­ной воды;

11  подвод конденсата на промывку.

Из-за отложения накипи со стороны испаряющейся воды при неправильной эксплуатации испарителя или недостаточном качестве питательной воды происходит ухудшение теплопередачи от греющего пара к кипящей воде, в результате чего либо снижается производительность испарителя (тепловая мощность) при неизменных давлениях греющего и вторичного пара, либо повышается давление греющего пара или понижается давление вторичного пара при сохранении неизменной производительности.

На рис. 9 показано изменение температур греющего теплоносителя (первичного пара) и нагреваемого теплоносителя (вторичного пара) вдоль поверхности нагрева паро-парового теплообменника (испарителя), где t_н1  температура конденсации греющего пара (определяется давлением греющего пара р₁); t_н2  температура испарения вторичного пара (определяется давлением вторичного пара р₂); t_max = t_н1  t_н2 – температурный напор в теплообменнике.

Рис. 9. Схема изменения температур теплоносителей в испарителе.

Тепловая нагрузка испарителя, кВт, определяется выражением

(27)

где D_и1 – расход греющего пара, кг/с; h_и1 – энтальпия греющего пара, кДж/кг, которую в расчетах можно принять равной энтальпии сухого насыщенного пара при давлении р₁, т.е. h_и1 = h(p₁); h_и1 – энтальпия конденсата греющего пара при давлении р₁: h_и1 = h(p₁); D_и2 – расход вторичного пара, кг/с; h_и2 – энтальпия вторичного пара, равная энтальпии сухого насыщенного пара при давлении р₂, т.е. h_и2 = h(p₂); h_и2 – энтальпия конденсата греющего пара при давлении р₂: h_и2 = h(p₂); D_пр – расход продувочной воды из испарителя, кг/с; h_о.в – энтальпия очищенной воды, подаваемой на питание испарителей, которая определяется по температуре очищенной воды t_о.в .

Расход вторичного пара, кг/с, можно определить из материального баланса испарителя:

(28)

где D_о.в – расход очищенной (питательной) воды, кг/с.

Тепловую нагрузку испарителя можно определить также из уравнения теплопередачи:

(29)

где k  коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); t_max = t_н1(р₁)  t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе; F – площадь поверхности нагрева испарителя, м².

Задание 12. Испаритель И-250-2 имеет площадь поверхности теплообмена F = 227,5 м². При номинальном режиме работы испарителя расход греющего пара составляет D_и1 = 21 т/ч; давление греющего пара р₁ = 0,16 МПа; давление вторичного пара р₂ = 0,08 МПа. Определить тепловую мощность и коэффициент теплопередачи в испарителе при номинальном режиме работы.

Ответ: Q = 12955 кВт; k = 2876 Вт/(м²К).

Методика решения. Находим тепловую нагрузку испарителя по выражению (27), кВт, где D_и1 – расход греющего пара, кг/с; h_и1, h_и1 – энтальпия пара и его конденсата, кДж/кг, при давлении р₁: h_и1 = h(p₁), h_и1 = h(p₁).

Из (29) выражаем коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К):

(30)

где Q – тепловая мощность, Вт; t_max = t_н1(р₁)  t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе, К.

Задача 13. В процессе эксплуатации испарителя И-250-2 при постоянной тепловой мощности Q = 12955 кВт (Q из предыдущей задачи) давление греющего пара составляло: р₁ = 0,2: 0,26; 0,3; 035; 0,4; 0,5 МПа. Давление вторичного пара не изменялось (р₂ = 0,08 МПа). Определить, как изменялся коэффициент теплопередачи k.

Методика решения. Определяем коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К), по формуле (30), где Q – тепловая мощность, Вт; t_max = t_н1(р₁)  t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе, К; t_н1(р₁)  температура конденсации греющего пара, С.

Задача 14. В процессе эксплуатации испарителя И-250-2 при постоянном давлении греющего пара р₁ = 0,16 МПа расход очищенной воды D_о.в составлял: 21; 16; 12; 8; 5 т/ч при доле продувки _пр = 1 % (_пр = 0,01). Давление вторичного пара составляет р₂ = 0,08 МПа. Температура очищенной воды составляет t_о.в = 20 С. Определить, как изменялся расход греющего пара D_и1 и коэффициент теплопередачи k.

Методика решения. Определяется расход продувочной воды, кг/с:

где D_о.в – расход очищенной воды, кг/с.

По выражению (28) находят расход вторичного пара D_и2, кг/с.

По формуле (27) определяют тепловую мощность Q, кВт, где h_и2 = h(p₂); h_и2 = h(p₂); h_о.в – энтальпия очищенной воды, которая определяется по температуре очищенной воды t_о.в .

Расход греющего пара, т/ч, определяется выражением:

где Q  в кВт; h_и1 – энтальпия греющего пара, кДж/кг: h_и1 = h(p₁) – энтальпия вторичного пара, кДж/кг; h_и1 = h(p₁) – энтальпия конденсата греющего пара при давлении р₁.

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (30), где Q – тепловая мощность, Вт; t_max = t_н1(р₁)  t_н2(р₂) – температурный напор в испарителе, К.

Литература

1. Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам. – М.: Издательство "Машиностроение", 1989. – 362 с.

2. Байгалиев Б.Е. и др. Теплообменные аппараты. Учебное пособие. Казань: –  Изд-во Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева, 2012. – 180 с.: ил.

3. Берман С.С. Расчет теплообменных аппаратов. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 240 стр.

4. Вукалович М.П. Таблица термодинамических свойств воды и водяного пара. – 7-е изд. – М.: Госэнергоиздат, 1963.

5. Варгафтик Н.Б. Теплофизические свойства веществ: Справ. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956. – 386 с.

6. Григорьев В.А., Колач Т.А., Соколовский В.С. Краткий справочник по теплообменным аппаратам. –  М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 256 с.

7. Кичигин М.А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1955. – 392 с.

8. Лыков А.В. Тепломассобмен: Справ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1978. – 480 с.

9. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1998 г. – 288 с.

10. Теория тепломассообмена: Учеб. для вузов / Исаев С.И., Кожанов И.А., Кофанов В.И. и др.; Под ред. Леонтьева А.И. – М.: Высш. шк., 1979. – 495 с.

11. Теплопередача: Учеб. для вузов / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.

12. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.

13. Сухов В.В., Казаков Г.М. Основы конструирования и расчета теплообменных аппаратов. – Нижний Новгород: Издание ННГАСУ 2009. – 60 с.

14. Цыганков А.С. Расчеты теплообменных аппаратов. Справочное пособие. – Л.: Государственное союзное издательство судостроительной промышленности, 1956. – 264 с.

Содержание

Предисловие…………………………………………………………3

1. Диагностика водо-водяных теплообменников…………………4

2. Характеристики водо-водяных теплообменников……………17

3. Характеристики паро-водяных теплообменников……………..25

4. Характеристики паро-паровых теплообменников……………..31

Литература…………………………………………………………..35

Редактор-корректор Н.А. Бачурина

Технический редактор Т.С. Камыгина

Лицензия А № 165724 от 11.04.06 г.

Подписано к печати . Тир. 4.

Уч.-изд. л. 3,5. Усл. печ. л. 1,5. Формат 60 ´ 84 ¹/_16.

Гарнитура Таймс. Зак.

ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный

университет»

162600, г. Череповец, пр. Луначарского, д. 5.