影響膠球清洗裝置凝汽器內(nèi)壓力的確定及其影響因素？
影響膠球清洗裝置凝汽器內(nèi)壓力的確定及其影響因素？
 一、膠球清洗裝置凝汽器內(nèi)壓力的確定
在凝汽器內(nèi)，蒸汽是在汽側(cè)壓力相應(yīng)的飽和溫度下凝結(jié)。若冷卻水量和冷卻面積均為無限大時(shí)，蒸汽和冷卻水之間的傳熱端差等于零，這時(shí)，膠球清洗裝置凝汽器內(nèi)的壓力就等于冷卻水溫度相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力。但實(shí)際情況是凝汽器的冷卻面積是有限的，蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的汽化潛熱通過管壁傳 給冷卻水，必然會(huì)存在一定的溫差。同時(shí)，冷卻水量也是有限的，冷卻水吸熱后溫度將會(huì)有所提高，蒸汽凝結(jié)溫度要比冷卻水進(jìn)口溫度高。這 樣，膠球清洗裝置凝汽器中的壓力就需要根據(jù)凝汽器中蒸汽和冷卻水的溫度大小及其分布情況決定。當(dāng)凝汽器中蒸汽和冷卻水的流動(dòng)近似于逆流情況時(shí)，其 溫度沿冷卻表面的分布如圖4-4所示。圖中曲線1表示凝汽器內(nèi)蒸汽凝結(jié)溫度ts的變化，可以看出，ts在主凝結(jié)區(qū)內(nèi)沿著冷卻面積基本不變，只是在空氣冷卻區(qū)，由于蒸汽已大量凝結(jié)，蒸汽中的空氣相對(duì)含量增加，使蒸汽分壓力p's明顯低于凝汽器壓力pc，這時(shí)p's相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度將明顯下降。圖中曲 線2表示冷卻水從進(jìn)口到出口沿著冷卻面積的變化，冷卻水在吸熱過程中，從進(jìn)口溫度tw1上升到出口溫度tw2，其溫升Δt=tw2-tw1。冷卻水的進(jìn)水側(cè)溫度上升要比出水側(cè)溫度上升 快，這是因?yàn)檫M(jìn)水測(cè)溫度較低，與蒸汽的傳熱溫差較大，單位傳熱的熱負(fù)荷較大的緣故。蒸汽凝結(jié)溫度ts與冷卻水出口溫 度tw2之差稱為凝汽器的傳熱端差，用Δt表示，即Δt＝ts-tw2。
圖4-4蒸汽和水的溫度沿冷卻表面的分布
Ac-凝汽器總傳熱面積；A's-空氣冷卻區(qū)面積
那么，在一定的冷卻面積下，在主凝結(jié)區(qū)蒸汽的凝結(jié)溫度為
Δt＝tw1+Δt+Δt (4-1)
在主凝結(jié)區(qū)，凝汽器壓力pc與蒸汽壓力p's相差甚微，可用pc代替p's，這樣，由式(4-1)算出ts后就可求出相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力p's，也就確定了 凝汽器內(nèi)的壓力pc。
二、影響膠球清洗裝置凝汽器壓力的因素 
式(4-1)是確定和分析凝汽器壓力的理論基礎(chǔ)，可以看出，影響凝汽器壓力久的主要因素有：
1.冷卻水進(jìn)口溫度tw1
膠球清洗裝置凝汽器的進(jìn)水溫度在冷卻水開式供水系統(tǒng)中完全取決于自然條件，隨季節(jié)的變化而變化。冬季tw1較低，ts也低，相應(yīng)地pc也低，即凝汽器真空變高；夏季tw1較高，ts也高，相應(yīng)地pc也高，凝汽器真空變低。除此以外，水面溫度和水底溫度不一樣，可以相差2～3℃ ；水漲潮、退潮時(shí)不能讓凝汽器的進(jìn)水和排水相混，以免使tw1升高。在冷卻水閉式供水系統(tǒng)中，tw1還決定于冷水塔或冷卻水池的冷卻效果。
2.冷卻水溫升Δt
根據(jù)膠球清洗裝置凝汽器內(nèi)傳熱的熱平衡方程，蒸汽在凝結(jié)時(shí)放出的熱量應(yīng)等于冷卻水吸收的熱量，即
Q=1000Dc(hc-h'c)＝ 1000Dw(h'w2-h'w1)
＝4187DwΔt (4-2)
式中Q--凝汽器的傳熱量(kJ/h)；
Dc、Dw--進(jìn)入凝汽器的蒸汽量與冷卻水量(t/h)；
hc、h'c--蒸汽和凝結(jié)水的比焓(kJ/kg)；
h'w2、h'w1--冷卻水出口比焓和進(jìn)口比焓，kJ/kg。
在低溫范圍內(nèi)，水的比焓h'w2、h'w1在數(shù)值上約等于水溫tw2、tw1的4.18倍，則由上式可得
(4-2a)
式中：m＝Dw/Dc，為凝結(jié)1kg蒸汽所需的冷卻水量，稱為冷卻倍率或循環(huán)倍率。增大m，則Δt減小，由式(4-1)知ts也相應(yīng)減小，凝汽器就可以達(dá)到較低的壓力，但由于冷卻水量的增大，循環(huán)水泵的耗功也增大 ，冷卻水管的直徑也加大，同時(shí)由于排汽比容增大，末級(jí)葉片尺寸也相應(yīng)加大，電站投資增大。因此m值的確定應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，現(xiàn)代凝汽 器的m值約在50～120的范圍內(nèi)，一般情況下，凝汽器開式供水或采用單流程時(shí)，m可選用較大值。
(hc-h'c)是1kg排汽凝結(jié)時(shí)放出的汽化潛熱，對(duì)于高真空下的凝汽器來說，比焓差 (hc-h'c)變動(dòng)范圍很小，一般在2140～2220kJ/kg左右，取其平均值，則
(4-2b)
可以看出，冷卻水溫升Δt＝tw2-tw1的大小主要決定于循環(huán)倍率m，一般為5～10℃。當(dāng)Dc一定時(shí)，若Δt變大了，則表明冷卻水量不足，這可能是因?yàn)槟鞯墓馨灞焕鋮s水帶進(jìn)的雜草、小與與魚蝦等 雜物堵塞；可能是冷卻水吸水井水位太低，吸不上水，"虹吸"破壞或"虹吸"管堵塞，也可能是循環(huán)水泵運(yùn)行惡化，終都將使凝汽器真空降低 。從式.(4-2b)也可看出，在汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，Dc是無法改變的，控制冷卻水溫升Δt的手段只能是改變冷卻水量Dw。當(dāng)增大Dw時(shí)，Δt下降，在同一個(gè)Dc下，鋪草pc將降低，此時(shí)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性將有所提高。但應(yīng)注意，此時(shí)，由于Dw的增大，使機(jī)組的廠用電也增大了。
3.凝汽器的傳熱端差Δt
由凝汽器的傳熱方程可知在蒸汽凝結(jié)時(shí)，傳給冷卻水的熱量為
Q＝Dc(hc-h'c)=AcKΔtm=DwΔ t (4-3)
式中K--凝汽器的總體傳熱系數(shù)[kJ/(m2h℃)]；
Ac--冷卻水管外表面總面積(m2)；
Δtm--蒸汽與冷卻水之間的平均傳熱溫差(℃)。
由圖4-4可以看出，由于空冷區(qū)傳熱面積Aa很小，一般可假設(shè)蒸汽凝結(jié)溫度ts，沿冷卻面積不變，而用冷卻水的對(duì)數(shù)平均溫 差代替平均傳熱溫差，則
(4-4)
將式(4-4)、式(4-2)和式(4-3)聯(lián)立，可得
(4-5)
可以看出，傳熱端差Δt=ts-tw2與冷卻面積、傳熱量、傳熱系數(shù)和冷卻水量有關(guān)，傳熱越強(qiáng)， 端差越小。一般情況下，Δt=3℃～10℃。當(dāng)然，Δt越小越好。設(shè)計(jì)時(shí)，Q一定，DW主 要根據(jù)m決定，K只能按經(jīng)濟(jì)數(shù)值取定，此時(shí)，只有增大傳熱面積人才能減小Δt，從而使凝汽器體積增大，占地面積增 大，投資增大，同樣需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。對(duì)于運(yùn)行機(jī)組，Ac已定，在一定的蒸汽負(fù)荷和冷卻水量條件下，Δt的 大小主要取決于K，即凝汽器冷卻表面的清潔程度和凝汽器內(nèi)積存的空氣量。膠球清洗裝置凝汽器冷卻表面結(jié)垢或變污會(huì)妨礙傳熱，引起Δt升高；當(dāng) 真空系統(tǒng)不嚴(yán)密，或抽氣設(shè)備工作不正常時(shí)，將會(huì)使凝汽器內(nèi)積存空氣，并在冷卻表面形成部分空氣膜，同樣妨礙傳熱，使Δt升高。這些都將使ts增大，使凝汽器壓力升高，在運(yùn)行中，當(dāng)Δt達(dá)到一定值時(shí)，就應(yīng)考慮對(duì)凝汽器進(jìn)行清洗，以改善傳熱效果。
三、總體傳熱系數(shù)的確定
在膠球清洗裝置凝汽器中，汽輪機(jī)排汽與冷卻水之間的傳熱過程一般有三個(gè)階段，即蒸汽在冷卻水管外的凝結(jié)放熱，熱量由冷卻水管外表面?zhèn)髦羶?nèi)表面，再 由冷卻水管內(nèi)表面將熱量傳至管內(nèi)的冷卻水。
在膠球清洗裝置凝汽器的傳熱方程式(4-3)中，關(guān)鍵是傳熱系數(shù)K的確定。如果將冷卻水管的圓形管壁傳熱近似看成平壁傳熱，則傳熱系數(shù)可表示為
(4-6)
式中α1--蒸汽向水管外壁的放熱系數(shù)；
δ--水管的壁厚；
λ--水管壁的熱導(dǎo)率；
α2--水管內(nèi)壁對(duì)冷卻水的放熱系數(shù)。
上式中，汽側(cè)放熱系數(shù)α1的確定十分復(fù)雜，至今仍在探索之中，它與水管的排列形狀，水管排數(shù)等多種因素有關(guān)，一根管子的α1可以確定， 但對(duì)于管束就很難解決。此外，膠球清洗裝置凝汽器處于真空狀態(tài)，空氣將要漏人，含有空氣的蒸汽向管壁的放熱現(xiàn)象更為復(fù)雜，而且空氣的相對(duì)含量是變 化的，熱交換的條件在凝汽器內(nèi)也各處不同。由于α1不能由理論公式計(jì)算出，因此也就不可能由式(4-6)計(jì)算出傳熱系數(shù)K。
考慮到上述情況，到目前為止，在進(jìn)行膠球清洗裝置凝汽器的熱力計(jì)算時(shí)；總體傳熱系數(shù)K是由根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論分析得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。通常使用的計(jì) 算公式為
(4-6)
式中φ--冷卻表面清潔程度修正系數(shù)，即清潔系數(shù)；對(duì)于開式供水系統(tǒng)，水質(zhì)清潔時(shí)φ＝0.8～0.85；對(duì)于閉式供水系統(tǒng)，經(jīng) 常換水時(shí)φ=0.7～0.8，冷卻水不清潔時(shí)，φ＝0.65～0.75；
φw--冷卻水流速和管徑的修正系數(shù)，可用下式計(jì)算；
cw--冷卻水在管內(nèi)的流速，應(yīng)根據(jù)管材、水質(zhì)、供水方式等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定，一般為1.5～2.5m/s；
d1--冷卻水管內(nèi)徑；
φt--冷卻水進(jìn)口水溫修正系數(shù)；
φz--冷卻水流程數(shù)z的修正系數(shù)；
φd--膠球清洗裝置凝汽器單位面積蒸汽負(fù)荷Dc，的修正系數(shù)，單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上冷凝的蒸汽量，稱為單位熱 負(fù)荷，即Dc＝Dc/Ac。當(dāng)Dc在設(shè)計(jì)值Dcd 與臨界值Dcc＝(0.9-0.012tw1)Dcd之間，即DccDc≤Dcd時(shí)，不需修正，φd＝1。當(dāng)DcDcc時(shí)，需進(jìn)行修正，φd＝δ(2-δ)，δ=Dc/Dcc。 |
