ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 753
Скачиваний: 19
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»Кафедра «Тепловые энергетические установки»ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТНОГО КОНДЕНСАТОРА ПАРАМетодические указания к курсовому и дипломному проектированию по стационарным и судовым теплоэнергетическим установкамКомсомольск-на-Амуре 2019Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям 13.03.01 – «Теплоэнергетика» и 180100 "Кораблестроение и океанотехника" при выполнении курсового и дипломного проектирования. Приводятся назначение и состав конденсационных установок, геометрические характеристики конденсаторов стационарных и судовых паровых турбин, рекомендации по выбору исходных данных и методики теплового расчета конденсаторов пара.Составил Седельников Геннадий Дмитриевич ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТНОГО КОНДЕНСАТОРА ПАРАМетодические указания к расчётно-графическому заданию СОДЕРЖАНИЕ1 Назначение и состав конденсационной установки………………. …42 Рекомендации по выбору исходных данных………………………...63 Тепловой расчет конденсатора пара……………………………………..93.1 Практические зависимости для определения общего коэффициента теплопередачи……………………………………….......93.2 Средняя разность температур, температура охлаждающей воды……………………………………………………..123.3 Геометрические характеристики конденсатора……………….......143.4 Алгоритм теплового расчета конденсатора………………………..163.4.1 Задание для расчета конденсатора……………………………….163.4.2 Алгоритм расчета конденсатора методом последовательных приближений…………………………………………………………….173.4.3 Алгоритм безитерационного расчета конденсатора…………….21Литература……………………………………………………………….24Приложение……………………………………………………………...251 Назначение и состав конденсационной установкиВ современной паросиловой установке отработавший пар от турбин поступает в конденсатор, в котором поддерживается разрежение. Поддержание достаточно глубокого разрежения в конденсаторе является одним из способов повышения экономичности паросиловой установки. В конденсаторе отработавший пар конденсируется, отдавая значительную часть своего тепла охлаждающей воде, которая при этом соответственно нагревается. Конденсат, получаемый, в результате конденсации отработавшего пара, служит в дальнейшем для питания котлов, в которых вновь
образуется пар, поступающий к паровым турбинам. По своему качеству конденсат должен быть пригоден для питания котлов. Поэтому содержание в конденсате солей, масла и растворенных газов не должно превышать установленных норм.По способу конденсации пара и подачи охлаждающей воды конденсаторы разделяются на два типа. В конденсаторах смешивающего типа охлаждающая вода, воспринимающая тепло от конденсируемого пара, непосредственно соприкасается с последним и смешивается с образующимся конденсатом. В конденсаторах поверхностного типа конденсирующийся пар и охлаждающая вода разделены металлической стенкой. В поверхностных конденсаторах охлаждающаявода обычно проходит внутри трубок, на наружной поверхности которых конденсируется пар. В реальных паросиловых установках в конденсатор через неплотности различных соединений и арматуры, находящейся под разрежением, а также вместе с отработавшим паром поступает воздух. Накопление воздуха у поверхности конденсации приводит к увеличению его парциального давления, что резко снижает коэффициент теплоотдачи от пара к наружной поверхности труб. Поэтому поступающий в конденсатор воздух необходимо непрерывно удалять. Очевидно, что из конденсатора необходимо непрерывно удалять также и конденсат, образующийся в результате конденсации пара.Таким образом, конденсатор должен обслуживаться следующими системами, входящими в состав конденсационной установки:1) циркуляционной, с циркуляционным насосом для прокачки охлаждавшей воды;
ся одноходовые конденсаторы. Трех- и четырехходовые конденсаторы применяются редко, лишь в установках небольшой мощности.Главные конденсаторы паротурбинных установок средней и большой мощности часто делают с раздельным подводом охлаждающей воды и симметрично расположенным пучком трубок обеих половин конденсатора. В этом случае каждая из водяных камер разделена перегородкой на две части или на каждом днище имеются по две самостоятельные водяные камеры. Через имеющиеся в этих камерах патрубки производится отдельное снабжение охлаждающей водой каждой половины трубок конденсатора. Это позволяет производить осмотр и чистку одной половины трубок во время действия конденсатора, когда охлаждающая вода подается только к другой половине трубок. Поэтому подобные конденсаторы иногда называют конденсаторами непрерывного действия.По компоновочным схемам конденсаторы классифицируются /1/:- по относительному расположению корпусов турбины и конденсатора: подвальные, аксиальные, боковые;- по взаимному расположению осей конденсаторных трубок конденсатора и турбины: продольные, поперечные;- по расположению осей конденсаторных трубок конденсатора: вертикальные, горизонтальные.Наиболее общепринятой компоновкой по относительному расположению корпусов турбины и конденсатора является подвальная, при которой корпус конденсатора расположен ниже корпуса цилиндра низкого давления (ЦНД). Отработавший пар при этой схеме раздваивается после последней ступени для пропуска вала и в выхлопных патрубках турбины разворачивается на некоторый угол в горизонтальной плоскости и на 90 градусов в вертикальной плоскости, принимая нисходящее направление в конденсатор. Основное преимущество подвального расположения заключается в удобстве обслуживания как турбины, так и конденсатора. Недостатком такой схемы является неравномерность полей параметров потока пара на входе в конденсатор.Этот недостаток устраняется при аксиальной схеме выхлопа и таком расположении конденсатора, когда он расположен на одном уровне с корпусом ЦНД и горизонтальный диффузорный патрубок турбины, внутри которого размещен подшипник, непосредственно переходит в горловину конденсатора.При боковой компоновке конденсаторы расположены по обе стороны турбины. Это позволяет снизить высоту машинного зала (машинного отделения), что несколько уменьшает капитальные затраты, хорошо согласуется с тенденцией разделения конденсатора на секции с различными давлениями конденсации и снижает потери давления в выхлопных патрубках. Недостатками такого решения являются: затрудненный доступ к ЦНД турбины при ее обслуживании; необходимость при каждом вскрытии ЦНД отсоединять выхлопные патрубки верхней половины его корпуса от правого и левого корпусов конденсатора; систематические нарушения находящихся под вакуумом протяженных фланцевых соединений, что затрудняет поддержание вакуумной плотности системы и др.
Выбор взаимного расположения осей конденсаторных трубок и турбины определяется конструктивными соображениями, в частности конструкцией ЦНД и удобством присоединения различных патрубков.При выборе расположения осей конденсаторных трубок часто предпочтение отдается горизонтальному расположению. При этом исключаются большие толщины пленок на поверхности трубок, так как конденсат, стекающий с верхних трубок в виде капель и струек, способствует срыву пленки с нижних рядов трубок. В результате увеличивается средний коэффициент теплопередачи.2 Рекомендации по выбору исходных данныхКоличество теплоты , которое пар отдает в конденсатope, определяется по зависимости , где
и - количество и энтальпия пара, поступающего в конденсатор; - энтальпия конденсата при выходе из конденсатора. Расход пара и его энтальпию определяют при расчете паровых турбин, а энтальпию конденсата принимают с учетом его переохлаждения /2/.Если в конденсатор поступает не только пар от турбин, но пар и конденсат от других источников, то для определения количества тепла отдаваемого паром в конденсаторе, необходимо просуммировать все потоки тепла, поступающего в конденсатор.Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса конденсатора ,где - теплоемкость охлаждающей вода, которую можно принимать для пресной воды 4,186, а для морской воды 3,89...3,93 кДж/(кг·°С );
- плотность воды, которую для пресной воды можно принять 996…1000, а для морокой воды 1020...1030 кг/м3; - температура охлаждающей вода при входе в конденсатор, °С ; - температура охлаждающей вода при выходе из конденсатора, °С .Одним из показателей режима конденсационных установок является кратность охлаждения (циркуляции) m, которая равна отношению количества охлаждающей воды к количеству конденсируемого пара .На практике значения кратностей охлаждения изменяются в широких пределах. Для конденсаторов современных турбинных и комбинированных установок кратность охлаждения находится обычно в пределах 50…120, доходя в отдельных случаях до 140. Нагрев охлаждающей воды в конденсаторах турбин составляет от 4 до I2°С.Вместе с отработавшим паром в конденсатор поступает воздух. Наличие воздуха оказывает существенное влияние на действие конденсационной установки и, в частности, на условия теплообмена в конденсаторе и деаэрацию конденсата. Отношение количества воздуха, поступающего в конденсатор к количеству поступающего, парапринято называть относительным содержанием воздуха .Количество воздуха, поступающего в конденсатор, зависит от качества монтажа и ухода за паротурбинной установкой, ее мощности и конструкции отдельных элементов. В установках большей мощности относительное количество воздуха, поступающего в конденсатор, нижё, чем в установках меньшей мощности. Это объясняется тем, что в рабочих условиях диаметры трубопроводов растут пропорционально корню квадратному из расхода пара, а величины зазоров, через которые проникает воздух, увеличиваются прямо пропорционально диаметрам трубопроводов. Значения относительного содержания воздуха в
образуется пар, поступающий к паровым турбинам. По своему качеству конденсат должен быть пригоден для питания котлов. Поэтому содержание в конденсате солей, масла и растворенных газов не должно превышать установленных норм.По способу конденсации пара и подачи охлаждающей воды конденсаторы разделяются на два типа. В конденсаторах смешивающего типа охлаждающая вода, воспринимающая тепло от конденсируемого пара, непосредственно соприкасается с последним и смешивается с образующимся конденсатом. В конденсаторах поверхностного типа конденсирующийся пар и охлаждающая вода разделены металлической стенкой. В поверхностных конденсаторах охлаждающаявода обычно проходит внутри трубок, на наружной поверхности которых конденсируется пар. В реальных паросиловых установках в конденсатор через неплотности различных соединений и арматуры, находящейся под разрежением, а также вместе с отработавшим паром поступает воздух. Накопление воздуха у поверхности конденсации приводит к увеличению его парциального давления, что резко снижает коэффициент теплоотдачи от пара к наружной поверхности труб. Поэтому поступающий в конденсатор воздух необходимо непрерывно удалять. Очевидно, что из конденсатора необходимо непрерывно удалять также и конденсат, образующийся в результате конденсации пара.Таким образом, конденсатор должен обслуживаться следующими системами, входящими в состав конденсационной установки:1) циркуляционной, с циркуляционным насосом для прокачки охлаждавшей воды;
-
воздушной, с воздушным насосом (эжектором или вакуумным насосом для удаления из конденсатора воздуха (неконденсирующихся газов); -
конденсатной, с конденсатным насосом для удаления из конденсатора конденсата.
ся одноходовые конденсаторы. Трех- и четырехходовые конденсаторы применяются редко, лишь в установках небольшой мощности.Главные конденсаторы паротурбинных установок средней и большой мощности часто делают с раздельным подводом охлаждающей воды и симметрично расположенным пучком трубок обеих половин конденсатора. В этом случае каждая из водяных камер разделена перегородкой на две части или на каждом днище имеются по две самостоятельные водяные камеры. Через имеющиеся в этих камерах патрубки производится отдельное снабжение охлаждающей водой каждой половины трубок конденсатора. Это позволяет производить осмотр и чистку одной половины трубок во время действия конденсатора, когда охлаждающая вода подается только к другой половине трубок. Поэтому подобные конденсаторы иногда называют конденсаторами непрерывного действия.По компоновочным схемам конденсаторы классифицируются /1/:- по относительному расположению корпусов турбины и конденсатора: подвальные, аксиальные, боковые;- по взаимному расположению осей конденсаторных трубок конденсатора и турбины: продольные, поперечные;- по расположению осей конденсаторных трубок конденсатора: вертикальные, горизонтальные.Наиболее общепринятой компоновкой по относительному расположению корпусов турбины и конденсатора является подвальная, при которой корпус конденсатора расположен ниже корпуса цилиндра низкого давления (ЦНД). Отработавший пар при этой схеме раздваивается после последней ступени для пропуска вала и в выхлопных патрубках турбины разворачивается на некоторый угол в горизонтальной плоскости и на 90 градусов в вертикальной плоскости, принимая нисходящее направление в конденсатор. Основное преимущество подвального расположения заключается в удобстве обслуживания как турбины, так и конденсатора. Недостатком такой схемы является неравномерность полей параметров потока пара на входе в конденсатор.Этот недостаток устраняется при аксиальной схеме выхлопа и таком расположении конденсатора, когда он расположен на одном уровне с корпусом ЦНД и горизонтальный диффузорный патрубок турбины, внутри которого размещен подшипник, непосредственно переходит в горловину конденсатора.При боковой компоновке конденсаторы расположены по обе стороны турбины. Это позволяет снизить высоту машинного зала (машинного отделения), что несколько уменьшает капитальные затраты, хорошо согласуется с тенденцией разделения конденсатора на секции с различными давлениями конденсации и снижает потери давления в выхлопных патрубках. Недостатками такого решения являются: затрудненный доступ к ЦНД турбины при ее обслуживании; необходимость при каждом вскрытии ЦНД отсоединять выхлопные патрубки верхней половины его корпуса от правого и левого корпусов конденсатора; систематические нарушения находящихся под вакуумом протяженных фланцевых соединений, что затрудняет поддержание вакуумной плотности системы и др.
Выбор взаимного расположения осей конденсаторных трубок и турбины определяется конструктивными соображениями, в частности конструкцией ЦНД и удобством присоединения различных патрубков.При выборе расположения осей конденсаторных трубок часто предпочтение отдается горизонтальному расположению. При этом исключаются большие толщины пленок на поверхности трубок, так как конденсат, стекающий с верхних трубок в виде капель и струек, способствует срыву пленки с нижних рядов трубок. В результате увеличивается средний коэффициент теплопередачи.2 Рекомендации по выбору исходных данныхКоличество теплоты , которое пар отдает в конденсатope, определяется по зависимости , где
и - количество и энтальпия пара, поступающего в конденсатор; - энтальпия конденсата при выходе из конденсатора. Расход пара и его энтальпию определяют при расчете паровых турбин, а энтальпию конденсата принимают с учетом его переохлаждения /2/.Если в конденсатор поступает не только пар от турбин, но пар и конденсат от других источников, то для определения количества тепла отдаваемого паром в конденсаторе, необходимо просуммировать все потоки тепла, поступающего в конденсатор.Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса конденсатора ,где - теплоемкость охлаждающей вода, которую можно принимать для пресной воды 4,186, а для морской воды 3,89...3,93 кДж/(кг·°С );
- плотность воды, которую для пресной воды можно принять 996…1000, а для морокой воды 1020...1030 кг/м3; - температура охлаждающей вода при входе в конденсатор, °С ; - температура охлаждающей вода при выходе из конденсатора, °С .Одним из показателей режима конденсационных установок является кратность охлаждения (циркуляции) m, которая равна отношению количества охлаждающей воды к количеству конденсируемого пара .На практике значения кратностей охлаждения изменяются в широких пределах. Для конденсаторов современных турбинных и комбинированных установок кратность охлаждения находится обычно в пределах 50…120, доходя в отдельных случаях до 140. Нагрев охлаждающей воды в конденсаторах турбин составляет от 4 до I2°С.Вместе с отработавшим паром в конденсатор поступает воздух. Наличие воздуха оказывает существенное влияние на действие конденсационной установки и, в частности, на условия теплообмена в конденсаторе и деаэрацию конденсата. Отношение количества воздуха, поступающего в конденсатор к количеству поступающего, парапринято называть относительным содержанием воздуха .Количество воздуха, поступающего в конденсатор, зависит от качества монтажа и ухода за паротурбинной установкой, ее мощности и конструкции отдельных элементов. В установках большей мощности относительное количество воздуха, поступающего в конденсатор, нижё, чем в установках меньшей мощности. Это объясняется тем, что в рабочих условиях диаметры трубопроводов растут пропорционально корню квадратному из расхода пара, а величины зазоров, через которые проникает воздух, увеличиваются прямо пропорционально диаметрам трубопроводов. Значения относительного содержания воздуха в