книги из ГПНТБ / Андрющенко А.И. Оптимизация тепловых циклов и процессов ТЭС учеб. пособие

В общем случае применительно к схеме блока, приведенной на рис. 3-8, условие оптимума для паропроводов или пароперепускных труб можно представить выражением

или пароперепускных труб, кг; К п — дополнительные затраты на па­ рогенератор, связанные с повышением давления в нем на величину падения давления в главном паропроводе, руб.

зависящий от числа промежуточных перегревов (при двукратном про­

Се = Р(1 + Аг)!(2<Тдоп—р)-

Зависимость (4-96) носит практически линейный характер, так как величина Се почти не зависит от р.

После дифференцирования (4-96) по wn и некоторых преобразова­ ний получим

dwa wa

130

Дифференцируя (4-94) по wn с учетом (4-95) и (4-97), приходим к выражению

Для определения потерь мощности блока на преодоление гидрав­ лических сопротивлений в зависимости от wn воспользуемся (2-121). Здесь, как и при расчете пакетов пароперегревателей, величину дАp/dwn можно найти по (4-50). Но в данном случае величину 5 опре­ делим по формуле

5=1,25 ?4P//dB+ 2 £ M.

Рассмотрим решение этой задачи применительно к тепловой схеме блока, показанной на рис. 3-8. Поскольку изменение скоростей пара в элементах каждого из трех трактов пара (основного и промежуточ­ ных) различно влияет на изменение расчетных затрат по блоку, за­ висимости для каждого тракта рассмотрим отдельно.

Основной пароводяной тракт. Так как изменение скорости пара в элементах основного пароводяного тракта не влияет на изменение

Тракты промежуточных перегревателей. Дополнительные гидрав­ лические сопротивления «холодных» ниток паропроводов преодоле­ ваются за счет повышения давления пара перед промежуточным пере­ гревателем, а «горячих» паропроводов — за счет понижения давления пара перед входом в соответствующий цилиндр турбины. Для паропе­ репускных труб, соединяющих отдельные пакеты промежуточных перегревателей, указанные случаи следует рассматривать как пре­ дельные, ограничивающие ряд промежуточных случаев, когда в раз­ личных соотношениях изменяются оба давления (до и после перегре­ вателя).

Для трактов промежуточных перегревателей исходное уравнение (4-90) существенно упрощается — из его левой части выпадает третье слагаемое. При изменении давления пара в точках 2 и 4 (см. рис. 4-4 и 4-5), т. е. в «холодных» нитках паропроводов, для определения ве­ личин dN/dAр 2, dN/dAp3, дВ/дАр2 и дВ/дАр3 воспользуемся (4-65)

и (4-66), а при изменении давления пара в точках <5 и 5, т. е. в «горя­ чих» нитках паропроводов, — (4-72), (4-74) и (4-75).

Подставляя (4-50) и (4-65) в (2-121), получаем для «холодных» ниток паропроводов:

Аналогично, после подстановки (4-50) и (4-72) в (2-121) получим для «горячих» ниток паропроводов:

dwпз ипз

Отсюда с учетом (4-50) и (4-66) получим для «холодных» ниток паро­ проводов:

Подставляя (4-50) и (4-75) в (4-103), получаем для «горячих» ниток паропроводов первого промежуточного перегревателя

Аналогично, после подстановки (4-50) и (4-74) в (4-103) получим для «горячих» ниток паропроводов второго промежуточного перегре­ вателя

132

Если подставить в (4-90) выражения (4-98), (4-101) и (4-104), Тб получим формулу для расчета оптимальных скоростей пара в «холод­ ных» нитках паропроводов. При подстановке в (4-90) выражений (4-98), (4-102) и (4-106) получим формулу для расчета оптимальных скоростей пара в «горячих» нитках паропроводов. Обобщенную для указанных случаев расчетную формулу можно привести к виду

перегревателей; они приведены в табл. 4-6. Причем для «холодных» ниток считаем, что давление пара изменяется в точках 2 и 4, а для «го­

иRt необходимо брать из пер­ вого столбца табл. 4-6, а для «горячих» паропроводов — из последнего столбца.

Результаты расчетов по (4-100)

и(4-107) оптимальных скоростей в паропроводах острого пара и промежуточных перегревателей блоков мощностью 500д1200МВт представлены на рис. 4-8, 4-9 и 4-10. Согласно [16] в расчетах принято, что каждый паропровод имеет длину 100 м, местные по­ тери создаются тремя тройника­ ми, пятью гибами на 90° и пятью гибами на 60°. В результате сум­

ток паропроводов п варьирова­ лось (п = 2; 4; 8). Рассматривались паропроводы, изготовленные из

сталей 12Х1МФ и 15Х1МФ (соответственно сплошные и штриховые линии на рис. 4-8 и 4-9). Себестоимость бесшовных труб, изготовлен­ ных из катаных заготовок, для указанных марок сталей принималась согласно новым прейскурантам соответственно равной 362 и 536 руб./т, а себестоимость бесшовных труб, изготовленных из сверленых загото­ вок, — соответственно 745 и 1260 руб./т.

Графики на рис. 4-8—4-9 свидетельствуют о том, что оптимальные скорости пара снижаются с возрастанием числа ниток паропроводов. Так, вдиапазоне изменения величин Дттэ= 20-6180 (тыс. руб./т. у. т.)х X (ч/год) для двухниточных паропроводов острого пара, изготовленных

133

из стали 12ХШФ, оптимальные скорости пара находятся в пределах 504-75 м/с, а для восьминиточных при прочих равных условиях — в пределах 42—62 м/с; меньшие значения оптимальных скоростей соот­

скоростей в «горячих» паропроводах промежуточных перегревателей на 4-4-5 м/с. Оптимальные скорости пара в «холодных» паропрово­ дах промперегревателей сравнительно малы и составляют 104-15 м/с.

134

Влияние частичных нагрузок блока. Как указано выше, для учета влияния частичных нагрузок блока расчетные затраты должны опре­ деляться в виде суммы затрат на каждом режиме с учетом его относи­

где m — число режимов.

При небольшом изменении скоростей пара с достаточной точностью

ставляя указанные формулы в (4-110), (4-111) и (4-112), а затем полу­

135

для паропроводов промежуточных перегревателей

Формулы (4-113) и (4-114) являются наиболее общими. При условии т = 1 они приводятся соответ­ ственно к (4-100) и (4-107).

Результаты расчетов по этим формулам в относи­ тельных величинах приве­ дены на рис. 4-11 для глав­ ных паропроводов (сплош­ ные кривые), «горячих» и «холодных» ниток проме­ жуточных перегревателей (соответственно штриховые и штрих-пунктирные кри­ вые). Кривые показывают, что при увеличении дли­ тельности работы на пони­

женных нагрузках т7- и

уменьшении нагрузки Nj относительная оптималь­ ная скорость пара в паро­ проводах (wnj/wn)onT увели­ чивается. Так, при относи­

тельной длительности работы т;- = 0,8 на нагрузке Nj = 0,7 опти­ мальная скорость пара в паропроводах (по сравнению с т7- = 0 и Nj = 1) возрастает на 17-ь 19%.

§4-5. ВЗАИМОСВЯЗАННЫЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ СКОРОСТИ ГРЕЮЩЕЙ

ИОБОГРЕВАЕМОЙ СРЕД

Если потоки греющей и обогреваемой сред имеют соизмеримые коэффициенты теплоотдачи, то оптимальные скорости обеих сред не­ обходимо определять совместно на основе минимума функции двух переменных. Наиболее интересными примерами решения такой задачи являются расчеты скоростей газов и воздуха в регенеративных возду­ хоподогревателях, первичного и вторичного пара — в паропаровых теплообменниках.

Регенеративные воздухоподогреватели парогенераторов. Суммар­ ные расчетные затраты 3 здесь являются функцией двух независимых переменных — скорости газов w и скорости воздуха да8. Следова­

13§

тельно, решение поставленной задачи сводится к отысканию минимума функции этих переменных w и шв или w и со = wB!w.

Условие оптимума

где хг и хв — относительные величины живых сечений для прохода га­ зов и воздуха; а г и а в — коэффициенты теплоотдачи соответственно по газовой и воздушной стороне, Вт/(м2 • °С); П — коэффициент, учи­ тывающий влияние скорости вращения ротора и конструктивных па­

раметров.

Коэффициент теплоотдачи по газовой или воздушной стороне со­ гласно [23]

dg — эквивалентный диаметр набивки, м; v — коэффициент кинема­ тической вязкости газов или воздуха, м2/с; Рг — критерий Прандтля для газов или воздуха; Ct и Ct — коэффициенты, учитывающие влия­ ние длины канала и температур потока и стенки; А — коэффициент, зависящий от типа набивки.

При Re > 1000 для набивок с волнистыми и гладкими дистанционирующими листами А = 0,027 и для набивок с гладкими листами

А = 0,021.

Величины хг и хв связаны между собой следующими зависимостями:

где Уг и Ув — секундные расходы газов и воздуха при соответству­ ющих средних температурах в воздухоподогревателе, м3/с; ха — ве­ личина уплотнительных секторов в долях от полного сечения ротора.

Отношение секундных расходов газа и воздуха при работе паро­ генератора на заданном топливе можно считать постоянным. Величина

137

хп выбирается по конструктивным соображениям, что позволяет счи­ тать ее не зависящей от скорости газов и воздуха.

Решая совместно уравнения (4-108) с учетом w jw = со, получаем:

*в = (1—*п)/№«,<“+ 1);

(4-120)

л;г= ^ ® ( 1—^nV (^® + 1).

Подставляя значения а в, а г, хв и хг из (4-118) и (4-120) последова­ тельно в (4-117) и (4-116), получаем следующее выражение для поверх­ ности нагрева воздухоподогревателя:

где

Лг = Я аг0/щО-8;

AB= n<xB0/w°Bb8-

Суммарная мощность тяго-дутьевой установки, расходуемая на преодоление сопротивления воздухоподогревателя, кВт,

где ]/т.д и Рв.в — секундные расходы газов через дымосос и воздуха через вентилятор, м3/с;т)д ит)в — к. п. д. дымососной и вентиляторной установок; Л/гг и A/iB— сопротивления по газовой и воздушной сторо­ не воздухоподогревателя, Па.

Сопротивления по газовой и воздушной стороне воздухоподогре­ вателя

где I — длина каналов, м; р — плотность газов или воздуха при соот­ ветствующей средней температуре, кг/м3; Б — коэффициент, зависящий от типа набивки. При Re ^ 1400 для набивок с волнистыми и гладкими дистанционирующими листами Б = 0,72 и для набивок с гладкими ли­ стами Б = 0,42.

Длина канала I определяется по величине поверхности нагрева:

138

Взяв частные производные по w и со из (4-121) и (4-125) и подставив полученные значения dF/dw, dNa/dw, dF/dca и dNд/дсо в (4-115), после некоторых преобразований окончательно получим:

Совместное решение уравнений (4-126) позволяет найти оптималь­ ные значения величин со, а» и wB. Однако определение величины соОПт

Рис. 4-12

связано с большими трудностями, так как последняя представлена в (4-126) в неявном виде и ее можно вычислить только методом последо­ вательных приближений. Для облегчения расчетной работы уравне­ ния (4-126) представлены в виде номограмм на рис. 4-12 и 4-13.

Подсчитав по приведенным выше формулам численные значения ве­ личин а, b и фш, из номограммы (рис. 4-12) найдем (о0пт-Затем, исполь­ зуя величины соопт, b и по основному полю номограммы (рис. 4-13) находим значение w0. Окончательное значение оптимальной скорости газов в регенеративном воздухоподогревателе

139