§ 3.5. Конденсаторы паровых турбин

Расход (кг/с) охлаждающей воды для конденсатора определяется из теплового баланса конденсатора

, (3.47)

где D_к — расход конденсируемого пара, кг/с; i_к — энтальпия пара в конденсаторе, кДж/кг; i — энтальпия конденсата, кДж/ с_в — теплоемкость охлаждающей воды, кДж/(кг·К); t и t — температуры охлаждающей воды на выходе из конденсатора и на входе в него, °С.

Кратность охлаждения (кг/кг) для конденсатора

. (3.48)

Количество теплоты (кДж/с), отдаваемое конденсирующим паром в конденсаторе в течение секунды:

Q=D_к(i_к-i). (3.49)

Количество теплоты (кДж/с), воспринимаемое охлаждающей водой в конденсаторе в течение секунды:

Q=W(t-t)c_в. (3.50)

Поверхность (м²) охлаждения конденсатора определяется уравнения теплопередачи

F_к=Q/(кΔt_ср), (3.51)

где к — коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·К); Δt_ср — средний температурный напор в конденсаторе, °С, определяемый по формуле

Δt_ср=t_нп-(t+t)/2, (3.52)

где t_нп — температура насыщенного пара, °С.

Задача 3.71. Определить расход охлаждающей воды для конденсатора паровой турбины, если расход конденсирующего пара D_к=16,8 кг/с, энтальпия пара в конденсаторе i_к=2300 кДж/кг, давление пара в конденсаторе р_к=3,510³ Па, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=10°С, а температура выходящей воды на 5°С ниже температуры насыщенного пара в конденсаторе.

Ответ: W=1010 кг/с.

Задача 3.72. Определить расход охлаждающей воды и кратность охлаждения для конденсатора паровой турбины, если расход конденсирующего пара D_к=10 кг/с, энтальпия пара в конденсаторе i_к=2360 кДж/кг, давление пара в конденсате р_к=3,510³ Па, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=13°C, а температура выходящей воды на 4°С ни температуры насыщенного пара в конденсаторе.

Решение: Температуру насыщенного пара при давлен р_к=3,510³ Па определяем по табл. 2 (см. Приложение): t_нп=26,7°С.

Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора

t=t_нп-4=26,7-4=22,7°С.

Энтальпию конденсата при давлении р_к=3,510³ Па находим также по табл. 2 (см. Приложение): i=111,8 кДж/кг.

Расход охлаждающей воды для конденсатора определяем по формуле (3.47):

=553 кг/с.

Кратность охлаждения для конденсатора, по формуле (3.48),

т=W/D_к=553/10=55,3 кг/кг.

Задача 3.73. Определить кратность охлаждения для конденсатора паровой турбины, если пар поступает в конденсатор при давлении р_к=3,510³ Па со степенью сухости х=0,91. Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=11°C, а температура выходящей воды на 5°С ниже температуры насыщенного пара в конденсаторе.

Ответ: т=49,6 кг/кг.

Задача 3.74. Конденсационная турбина с одним промежуточным отбором пара при давлении р_п=0,4 МПа работает при начальных параметрах пара р₀=4 МПа, t₀=425°С и давлении пара в конденсаторе р_к=3,510³ Па. Определить расход охлаждающей воды и кратность охлаждения для конденсатора паровой турбины, если расход конденсирующего пара D_к=6,5 кг/c, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=10°C, температура выходящей воды на 5°С ниже температуры насыщенного пара в конденсаторе и относительные внутренние кпд части высокого давления и части низкого давления η=η=0,8.

Решение: Энтальпию пара i₀ находим по is-диаграмме (рис. 3.16): i₀=3280 кДж/кг.

Энтальпии пара i_па и i_ка определяем, построив на is-диаграмме процесс адиабатного расшире­ния пара от начального его состояния до конечного: i_па=2725 кДж/кг; i_ка=2130 кДж/кг.

Энтальпию пара, поступающего из отбора, определяем по формуле (3.42):

i_п=i₀-(i₀-i_па)η=3280-(3280-2725)0,8=2836 кДж/кг.

Энтальпия пара в конденсаторе, по формуле (3.43),

i_к=i_п-(i_п-i_ка)η=2836-(2836-2130)0,8=2271 кДж/кг.

Энтальпию конденсата и температуру насыщенного пара при давлении р_к=3,510³ Па находим по табл. 2 (см. Приложение):

i=111,8 кДж/кг; t_нп=26,7°С. Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора

t=t_нп-5= 26,7- 5=21,7°С.

Расход охлаждающей воды для конденсатора определяем по формуле (3.47):

=286,4 кг/с.

Кратность охлаждения для конденсатора, по формуле (3.48),

т=W/D_к=286,4/6,5=44 кг/кг.

Задача 3.75. Конденсационная турбина с одним промежуточ­ным отбором пара при давлении р_п=0,4 МПа работает при начальных параметрах пара р₀=3 МПа, t₀=380°C и давлении пара в конденсаторе р_к=4·10³ Па. Определить расход охлажда­ющей воды и кратность охлаждения для конденсатора паровой турбины, если расход конденсирующего пара D_к=8,5 кг/с, тем­пература охлаждающей воды на входе в конденсатор t=11°C, температура воды на выходе из конденсатора t=21°C; отно­сительный внутренний кпд части высокого давления η_oi=0,74 и относительный внутренний кпд части низкого давления η=0,76.

Ответ: W=444,5 кг/с; т = 52,3 кг/кг.

Задача 3.76. Конденсационная турбина работает при началь­ных параметрах пара р₀=3,5 МПа, t₀=435°C и давлении пара в конденсаторе р_к=4·10³ Па. Определить количество теплоты отдаваемое конденсирующимся паром в конденсаторе турбины, если расход конденсирующего пара D_к=12 кг/с и относительный внутренний кпд турбины η_oi=0,76.

Ответ: Q = 27 348 кДж/с.

Задача 3.77. Определить количество теплоты, воспринимаемое охлаждающей водой в конденсаторе паровой турбины, если расход конденсирующего пара D_к=8,5 кг/с, кратность охлаждения m=54 кг/кг, давление пара в конденсаторе р_к=3·10³ Па, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=12°С и температура выходящей воды на 4°С ниже температуры насыщенного пара в конденсаторе.

Ответ: Q = 15 386 кДж/с.

Задача 3.78. Для паровой турбины с эффективной мощностью N_e=2600 кВт и удельным расходом пара d_e=6,5 кг/(кВ·ч) определить количество теплоты, воспринимаемое охлаждающей водой в конденсаторе турбины, если кратность охлаждения т=55 кг/кг, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=10,5°C и температура воды на выходе из конденсатора t=21°С.

Ответ: Q=11374 кДж/с.

Задача 3.79. Для паровой турбины с эффективной мощностью N_e=2000 кВт и удельным расходом пара d_e=5,5 кг/(кВ·ч) определить поверхность охлаждения конденсатора турбины, если энтальпия пара в конденсаторе i_к=2350 кДж/кг, давление пара в конденсаторе р_к=5·10³ Па, коэффициент теплопередачи к=3,9 кВт/(м²·К) и средний температурный напор в конденсаторе Δt_ср=10°С.

Ответ: F_к=173,3 м².

Задача 3.80. Конденсационная турбина с эффективной мощностью N_е=5000 кВт и удельным расходом пара d_e=5,8 кг/(кВт·ч) работает при начальных параметрах р₀=3,5МПа, t₀=435°С и давлении пара в конденсаторе р_к=4·10³ Па. Определить поверхность охлаждения конденсатора турбины, если температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=14°C, температура воды на выходе из конденсатора t=24°С, коэффициент теплопередачи к=4 кВт/(м²·К) и относительный внутренний кпд турбины η_oi=0,75.

Решение: Расход конденсирующего пара определяем формулы (3.40):

D=D_к=d_eN_e/3600=5,85000/3600=8,06 кг/с.

Энтальпию пара i₀ определяем по is-диаграмме (рис. 3.17):

i₀=3320 кДж/кг.

Энтальпию пара i_ка находим, построив процесс адиабатного расширения пара на is-диаграмме: i_ка=2120 кДж/кг.

Энтальпия пара в конденсаторе

i_к=i₀-(i₀-i_к)η_oi=3320-(3320-2120)0,75=2420 кДж/кг.

Энтальпию конденсата при давлении р_к=410³ Па находим из табл. 2 (см. Приложение): i=121 кДж/кг.

Количество теплоты, отдаваемое конденсирующим паром и конденсаторе в течение секунды, по формуле (3.49),

Q=D_к(i_к-i)=8,06(2420-121)=18530 кДж/с.

Температуру насыщенного пара при давлении р_к=410³ Па находим по табл. 2 (см. Приложение): t_нn=29°C.

Средний температурный напор в конденсаторе, по формуле (3.52),

Δt_ср=t_нп-(t+t)/2=29-(14+24)/2=10°С.

Поверхность охлаждения конденсатора, по формуле (3.51),

F_к=Q/(kΔt_ср)=18530/(410)=463,2 м².

Задача 3.81. Определить поверхность охлаждения конденсатора турбины, если расход охлаждающей воды для конденсатора W=450 кг/с, кратность охлаждения т=55кг/кг, энтальпия пара в конденсаторе i_к=2400 кДж/кг, давление пара в конденсаторе р_к=410³ Па, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=12°C, температура воды на выходе из конденсатора t=22°С и коэффициент теплопередачи к=3,7 кВт/(м²К).

Ответ: F_к=420,9 м².

Задача 3.82. Определить средний температурный напор в конденсаторе турбины, если расход конденсирующего пара D_к=7,6 кг/с, энтальпия пара в конденсаторе i_к=2330 кДж/кг, давление пара в конденсаторе р_к=3,510³ Па, поверхность охлаждения конденсатора F_к=410 м² и коэффициент теплопередачи к=3,65 кВт/(м²К).

Ответ: Δt_ср=11,5°С.

Задача 3.83. Определить средний и температурный напор в конденсаторе турбины, если расход конденсирующего пара D_к=7,8 кг/с, кратность охла­ждения т=55 кг/кг, давление пара в к конденсаторе р_к=410³ Па, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t=12°C, температура выхо­дящей воды на 6°С ниже температуры насыщенного пара в конденсаторе, поверхность охлаждения конденсатора F_к=430 м² и коэффициент теплопере­дачи к=4 кВт/(м²К).

Ответ: Δt_ср=11,5°С.